Степень сжатия

Модераторы: Ибадуллаев, strannik, motor

Степень сжатия

Сообщение strannik » 06 апр 2009, 19:23

Разговоров много, но зачем за нее воевать - понятно не всем (мне в т.ч.). Попробую привести все "за".
Горение в ВМТ:
- увеличение нагрузки на кривошипный механизм.
- увеличение потерь, т.к. тут нет компенсации увеличением объема, значительно возрастает температура, растет градиент, тепло уходит в тосол, давление падает, в рабочем такте давить нечем.
Сдвиг УОЗ за ВМТ - замечательно в плане рычага, но приводит к неполному сгоранию топлива. Падает литровая мощность.
Увеличение степени сжатия ускоряет горение, соотв. появляется возможность двигать УОЗ дальше за ВМТ.
Это все преимущества высокой степени сжатия?
С уважением, Евгений.
strannik
Администратор
 
Сообщения: 921
Зарегистрирован: 24 мар 2009, 10:00
Откуда: Воркута

Re: Степень сжатия

Сообщение motor » 11 апр 2009, 11:48

По мнению заведующего кафедрой «Поршневых двигателей» МГТУ им. Н.Э. Баумана профессора Иващенко Н.А. (интервью в газете «Бауманец» № 1(3460) от 31.01.08 г.): « До сих пор никому не удавалось увеличить ее даже до 14-15 — на¬ступала детонация. Надо сказать, вся история развития бензиновых двигателей — это борьба за повышение степени сжатия — чем она выше, тем двигатель экономичнее. Но препятствует детонация. Работа в условиях детонации недопустима».
motor
Администратор
 
Сообщения: 196
Зарегистрирован: 21 мар 2009, 15:35

Re: Степень сжатия

Сообщение Israel » 24 апр 2009, 00:29

motor писал(а):По мнению заведующего кафедрой «Поршневых двигателей» МГТУ им. Н.Э. Баумана профессора Иващенко Н.А. (интервью в газете «Бауманец» № 1(3460) от 31.01.08 г.): « До сих пор никому не удавалось увеличить ее даже до 14-15 — на¬ступала детонация. Надо сказать, вся история развития бензиновых двигателей — это борьба за повышение степени сжатия — чем она выше, тем двигатель экономичнее. Но препятствует детонация. Работа в условиях детонации недопустима».

А по-моему, детонация возникает не из-за степени сжатия, а из-за компресии. То есть если при малой степени сжатия например 7, закачивать в цилиндр смесь под высоким давлением, например вдвое выше атмосферного то в ВМТ получится смесь под давлением (компрессией), соответствующим степени сжатия 14 без предварительного сжатия смеси перед впуском.
Аватара пользователя
Israel
 
Сообщения: 84
Зарегистрирован: 23 мар 2009, 22:54

Re: Степень сжатия

Сообщение strannik » 24 апр 2009, 14:44

motor писал(а):По мнению заведующего кафедрой «Поршневых двигателей» МГТУ им. Н.Э. Баумана
Вряд ли это ответ. У ИГА - вообще введено в аксиоматику, т.е. недоказуемое, но очевидное утверждение. Тут совсем непонятно, особенно с недоказуемостью. Постулирование роста КПД при увеличении ст. сж. - это не опечатка?
С уважением, Евгений.
strannik
Администратор
 
Сообщения: 921
Зарегистрирован: 24 мар 2009, 10:00
Откуда: Воркута

Re: Степень сжатия

Сообщение Ибадуллаев » 25 июн 2009, 07:16

strannik писал(а):По мнению заведующего кафедрой «Поршневых двигателей» МГТУ им. Н.Э. Баумана Вряд ли это ответ. У ИГА - вообще введено в аксиоматику, т.е. недоказуемое, но очевидное утверждение.

Я просил Сейфудина больше ссылок на мнение зав.кафедрой Иващенко Н.А. не делать. Но он, видимо, решил использовать ссылку, как аргумент. Интервью было дано не для того, чтобы заявить, что создан новый двигатель, а чтобы подчернуть, какую исторически значимую конференцию он организовал и провел. Вот, если бы я согласился признать, что по отношению к двигателю я являюсь воеводской курицы племянником, Иващенко Н.А. двигатель тоже расхвалил бы.
Israel писал(а):То есть если при малой степени сжатия например 7, закачивать в цилиндр смесь под высоким давлением,

Вы правы, результат будет почти одниковый в части детонации. Но детонация нас интересует только как некая помеха, которая мешает увеличивать степень сжатия и, соответственно, КПД двигателя. А в этом аспекте закачивание смеси в цилиндр при неизменной степени сжатия не даст соответствующего расширения. Игорь Петрович правильно сказал: В ДВС сжатие нужно не для сжатия, а для получения большей степени расширения. Чем выше расширение, тем больше КПД.
В то же время у этого вопроса есть еще один аспект. Если при неизменной степени сжатия увеличивать (путем наддува) количество подаваемой в цилиндр смеси КПД будет увеличиваться за счет уменьшения удельных механических потерь. Рост среднего индикаторного давления влечет за собой увеличение механического КПД двигателя. Но этот "ресурс" увеличения КПД незначителен и имеет свои минусы.
strannik писал(а):Постулирование роста КПД при увеличении ст. сж. - это не опечатка?

Нет, не опечатка. В другом топике Вы спрашивали на кой это надо было классификации всякие (циклов, видов теплоты и пр.) делать. Коротко объясню именно в связи с приведенным выше вопросом:
Двигатели Ленуара и первые двигатели Отто были без кривошипа. В них рабочее тело не сжималось. Теоретически они могли выдать максимальную мощь и КПД (теоретически 48.44 %, а реально значительно меньше) при стехиометрическом составе смеси и при полном (до Ра) расширении =5.24. Такой цикл по классификации назван свободным циклом. В свободном цикле бензинового двигателя рабочее тело способно принять теплоту эквивалентную нагреву в 2500 С (располагаемая теплота цикла).
Берем двигатель со СС 5.24. В нем расширение равно расширению двигателя со свободным циклом. По этой причине КПД и теоретически и практически тоже равно. Но мощность больше. По причине того, что смесь подверглась сжатию. Но что означает сжатие?
В свободном цикле температура смеси на начало горения, допустим, равна 273 К. При сгорании смеси температура увеличится до 2773 К. В цикле со сжатием температура на начало горения составит 530 К (больше на 257 С). Соответственно, при сгорании смеси температура увеличится до 3030 К (обращаемая теплота цикла). То есть используя сжатие мы принудили рабочее тело принять дополнительную энергию, эквивалентную увеличению температуры на величину 257 С.
Теперь берем двигатель со СС 10. За счет сжатия мы увеличиваем количество дополнительной энергии сообщаемой рабочему телу на величину 413 С. За счет увеличения степени расширения мы увеличиваем интервал температур начала и конца расширения. Это дает увеличение и мощи и КПД и уменьшение удельных потерь теплоты.
Что происходит далее? Общая зависимость: динамика прироста КПД уменьшается, динамика прироста потерь увеличивается. Частные зависимости: 1. при условии подвода всей располагаемой теплоты (располагаемая теплота свободного цикла + энергия работы сжатия) мы имеем максимальную мощность. 2. При условии ограничения количества подводимой теплоты условием: подводимая теплота + энергия работы сжатия = обращаемой теплоте свободного цикла (т.е. обедненная смесь) - мы получим максимальный КПД для данной величины степени сжатия. Теоретически данные зависимости действуют до величины идеальной степени сжатия 74. Если будет построен двигатель с такой степенью сжатия, он выдаст максимальный КПД при а=2. Максимальную мощность он выдаст при а=1. Но варьирование состава смеси от 1 до 2 не означает, что КПД и мощность тоже будут изменяться в такой же динамике. Если при а=2 мы получим КПД = 82.08 %, то при а=1, получим КПД = 66.04. Теряемая разница теплоты в 16.04 % уходит на совершение отрицательной работы, т.е. данное количество теплоты для цикла становится лишней. При переходе за величину СС 74 количество теплоты выполняющей отрицательную работу возрастает и при СС 253.4 вся подводимая теплота (2500 С) выполняет отрицательную работу. Т.е. работа цикла будет равна нулю, КПД тоже будет равен нулю.
Утверждения теории о том, что при определенной предельной величине степени сжатия КПД может быть 100 %, а работа равна нулю, есть глупость.
Вернемся к вопросу Израэля по поводу детонации еще раз. Детонация и жесткость работы двигателей есть факторы вызываемые подводом лишнего количества теплоты в зоне ВМТ. Есть термодинамическая зависимость между степенью сжатия (вернее энергией работы сжатия) и количеством теплоты, которая при данной величине степени сжатия может быть подведена в зоне ВМТ . Данная зависимость выражается конкретной формулой, которая определяет, какое предельное количество теплоты (от располагаемой теплоты) может быть подведено в зоне ВМТ при данной величине СС. Если подвод теплоты в зоне ВМТ осуществлять по данной зависимости никакой детонации или жесткости работы не будет. И не только это. Такой двигатель будет иметь для данной величины СС наилучшие показатели по мощности и КПД.
Насчет "корочки" по термодинамике и вопросов Михееву Б.Я. я серьезно. Если кто-то из участников форума предъявит правильный документ и задаст мои вопросы от своего имени, он многим обяжет меня.
С уважением Ибадуллаев Г.А.
Ибадуллаев
Администратор
 
Сообщения: 1416
Зарегистрирован: 15 июн 2009, 18:46

Re: Степень сжатия

Сообщение Ибадуллаев » 26 июн 2009, 09:29

strannik писал(а):Сдвиг УОЗ за ВМТ - замечательно в плане рычага, но приводит к неполному сгоранию топлива. Падает литровая мощность. Увеличение степени сжатия ускоряет горение, соотв. появляется возможность двигать УОЗ дальше за ВМТ.Это все преимущества высокой степени сжатия?

Ответ с позиций термодинамики: Увеличение степени сжатия-расширения влечет за собой увеличение интервала температур, в пределах которого совершается преобразовательный процесс. Чем выше этот интервал, тем КПД выше.

Ответ с позиций теории рабочих процессов: В реальных циклах увеличение степени сжатия влечет за собой уменьшение максимальной температуры и давления цикла и уменьшение температуры и давления выхлопа. Вроде бы противоречие. Но противоречия нет. В последней моей книге приведены расчеты удельных потерь теплоты в стенки и расчеты удельных механических потерь в зависимости от положения поршня. По данным расчетам практически все потери двигателя (ориентировочно не менее 95) происходят при положении поршня в зоне ВМТ. Потому что есть максимальные температуры и давления, но нет работы. Теперь сравним, что дает изменение СС от 10 до 25.
СС=10. Сгорание начинается за 15 до ВМТ. Температура увеличивается и за счет дальнейшего сжатия и сгорания. Допустим, в ВМТ мы имеет давление 60 атм, температура 2000 С в объеме 42 кубика. Плечо кривошипа 0. Крутящий момент тоже 0.
СС=25. Сгорание начинается в ВМТ при температуре 900 С и давлении 82 атм. При данных параметрах удельные потери теплоты в стенки и механические потери в зоне ВМТ (15 град. до и после ВМТ) будут меньше в 1.6 раза меньше. Объема в 42 кубика камера сгорания достигнет при положении кривошипа в 28 с копейками градусов. При данном положении кривошипа давление будет в пределах 82-85 атм. При положении кривошипа в данном положении у движка с СС=10 давление будет 30 атм. Соответственно крутящий момент у СС=25 почти втрое больше.
Скорость сгорания смеси зависит от плотности данной смеси. В стандартных двигателях при уменьшении УОЗ процесс горения на линии расширения замедляется, а то и вовсе затухает, т.к. падает плотность смеси. При увеличении степени сжатия плотность смеси не падает и она досточная, чтобы сгорела вся смесь.

Двигателестроение почти достигло предельно эффективных величин давлений и температур в двигателях. У дизелей с наддувом они сейчас доходят до 250 атм. В двигателе Стирлинга -240 атм. С моей точки зрения предельно эффективные величины давлениий располагаются в районе 300 атм. Вопрос в том как в реальных двигателях эти давления создаются и используются.
С уважением Ибадуллаев Г.А.
Ибадуллаев
Администратор
 
Сообщения: 1416
Зарегистрирован: 15 июн 2009, 18:46

Re: Степень сжатия

Сообщение strannik » 26 июн 2009, 10:42

Ибадуллаев писал(а):Ответ с позиций термодинамики
Коротко, внятно. Закинул в ФАК (пора формировать).
С уважением, Евгений.
strannik
Администратор
 
Сообщения: 921
Зарегистрирован: 24 мар 2009, 10:00
Откуда: Воркута


Вернуться в Справочный раздел

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron