Cíl

se podíváme na design Otto cyklus a na to, jak jeho výkon lze zlepšit změnou jeho kompresní poměr. Otto cyklus uzavřený cyklus (kde je systém řídicí hmotou), běžně používaný k modelování válců zážehových, spalovacích, automobilových motorů, tj. benzínových motorů.

obecná myšlenka

Ottův cyklus je velmi podobný dieselovému cyklu v tom, že oba jsou uzavřené cykly běžně používané k modelování spalovacích motorů. Rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že cyklus Otto je cyklus zážehu namísto cyklu vznětového zapalování, jako je cyklus nafty. Zapalovací cykly jsou navrženy tak, aby používaly paliva, která vyžadují, aby jiskra začala spalovat.

stupně Otto cyklů

Otto cykly mají čtyři stupně: expanzi, chlazení, kompresi a spalování.

	Obrázek 1: pohybující se během expanze	Rozšíření: V Otto cyklus, palivo je spáleno na teplo, stlačený vzduch a horký plyn se rozpíná nutí píst pohybovat nahoru ve válci. V této fázi cyklus přispívá k jeho užitečné práci otáčením klikového hřídele automobilu. Děláme ideální předpoklad, že tato fáze v ideálním Ottově cyklu je izentropická. píst: pohyb ze spodní úvrati do horní úvrati.
	Obrázek 2: horní úvrati při chlazení	Chlazení: dále se expandovaný vzduch ochladí na okolní podmínky. U skutečného automobilového motoru to odpovídá vyčerpání vzduchu z motoru do životního prostředí a jeho nahrazení čerstvým vzduchem. Protože k tomu dochází, když je píst v horní úvrati v cyklu a nepohybuje se, říkáme, že tento proces je izochorický (žádná změna objemu). píst: v horní úvrati.
	Obrázek 3: pohyb dolů během komprese	Komprese: v rámci přípravy na přidání tepla do vzduchu jej dále stlačíme pohybem pístu dolů po válci. Právě v této části cyklu přispíváme práci do vzduchu. V ideálním Ottově cyklu je tato komprese považována za izentropickou. v této fázi je, že jsme nastavit kompresní poměr, r, což je poměr objemu pracovní látky před kompresí proces jeho objem po. Ukáže se, že účinnost Ottova cyklu (za předpokladu, že vzduch je ideální plyn) může být zcela popsána z hlediska tohoto poměru. píst: přesun z horní úvrati do dolní úvrati.
	Obrázek 4: spodní úvrati při spalování	Spalování: dále, teplo je přidán do vzduchu spalování paliva, když píst je v dolní úvrati pozici. Spalování není zahájeno, dokud ve válci nevznikne jiskra (například ze zapalovací svíčky). Protože je píst během této části cyklu v podstatě nehybný, říkáme, že přídavek tepla je izochorický, jako proces chlazení. píst: ve spodní úvrati.

p-V Diagram

p-v diagram pro Otto cyklus je uveden níže.

Obrázek 5: Otto Cyklus, P-v diagramu.

Příklad Otto Cyklus Design

Přehled

Pro ilustraci, předpokládejme, že chceme navrhnout Otto cyklu, který trvá 1kg vzduchu na okolní podmínky 15°C a 100kPa, obklady je na jednu osminu původního objemu a přidává 1800kJ tepla, aby to v jeho spalovacího procesu. S tím, co víme o Otto cyklech, to je vše, co potřebujeme k úplnému popisu problému.

CyclePad Implemention

níže je možné CyclePad návrh Otto cyklu.

Obrázek 6: Otto Cyklus v CyclePad

pracovní tekutiny

nejběžnější pracovní látky pro Otto cyklu je vzduch, jelikož je to nejlevnější věc na které spalovat benzín. Můžeme si vybrat vzduch jako naši pracovní tekutinu jako vzduch tím, že ji vybereme jako látku v okně měřiče jakékoli věci.

Popis Cyklu Fáze

Jsme se krátce prozkoumat každý statepoint a proces Otto cyklus, kde design předpoklady, které musí být provedeny, podrobně každý předpoklad. Jak vidíme z příkladu omezení návrhu, je třeba specifikovat jen velmi málo čísel, aby bylo možné popsat ideální Ottův cyklus. Zbytek předpokladů je určen použitím základních znalostí o cyklu. Principem numerického konstrukčního rozhodnutí je kompresní poměr.

vlastnosti cyklu

pod položkou nabídky cyklu můžeme vyvolat okno měřič vlastností cyklu. Je potřeba pouze předpoklad zde je, že cyklus je tepelný motor (zařízení pro převod tepla do práce) tak, že CyclePad ví, jak vyhodnotit jeho účinnost.

předběžná expanze (S1)

zde nejsou nutné SPECIFIKACE, i když je stejně dobré místo jako jakékoli jiné pro specifikaci pracovní tekutiny, která má být vzduchem.

expanzní proces (EXP1)

protože analyzujeme ideální Ottův cyklus, předpokládáme, že expanze je izoentropická. Kdybychom věděli, kolik tepelné ztráty došlo v expanzi a práce to vyrábí, mohli bychom být schopni určit ty tady místo toho, aby model non-ideální procesu rozšiřování.

výfuk (po expanzi) (S2)

zde nejsou nutné SPECIFIKACE. Zde uvolňujeme použitý vzduch do životního prostředí.

proces chlazení (CLG1)

vzhledem k tomu, že k nahrazení vyhořelého vzduchu čerstvým vzduchem dochází, když je píst v horní úvrati, předpokládáme, že proces chlazení je izochorický.

Pre-Komprese (S3)

V tomto bodě, máme vzduch vstupující do válců na okolní podmínky, takže předpokládáme, že teplota t být 15%deg;C a tlaku 100 kPa, jak je uvedeno v prohlášení problém.

Komprese Proces (CMP1)

Zde předpokládáme, že oba komprese pro ideální Otto cyklus je izoentropická a že naše kompresní poměr je 8, jak je uvedeno v prohlášení problém.

Post-komprese (S4)

zde nejsou nutné SPECIFIKACE.

spalovací proces (HTG1)

zde předpokládáme, že ohřev (který probíhá, když je píst ve spodní úvrati a nepohybuje se, podobně jako chlazení) je izochorický a také předpokládáme, že přidané teplo (Q)je 1800 kJ.

Otto Cyklus Účinnost

můžeme se podívat znovu v Cyklu Vlastnosti metr okno vidět, že tepelná účinnost Otto cyklus vybudovali jsme je o 57,5 procenta.

Obrázek 7: Cyklus Vlastnosti

ukázalo se, že tepelná účinnost Otto cyklus může být vyjádřena kompresní poměr. To je:

h =

Qin – Qout —– Qin

= 1 – 1/(rk-1)

, kde k je měrné teplo poměru ( = Cp / Cv).

takže můžeme zlepšit účinnost cyklu zvýšením kompresního poměru. Následující obrázek ukazuje vztah graficky.

Obrázek 8: Cyklus Účinnost vs. Kompresní Poměr

Takže, pokud bychom měli změnit hodnotu r na 10, naše cyklus účinnost by se zvýšila na více než 60%, což je výrazné zlepšení.

to vyvolává zřejmou otázku: Proč nenastavit kompresní poměr na něco velmi velkého, abyste dosáhli nejvyšší účinnosti? Odpověď je dvojí. Za prvé, náš kompresní poměr je omezen mechanickými omezeními v systému. Pokud je tlak ve válci příliš vysoký, pravděpodobnost zlomení pístu, válce nebo jiné části motoru. Například ložiska jsou náchylná k selhání v automobilových motorech běžících s příliš vysokými kompresními poměry. Následující graf ukazuje vztah mezi maximálním cyklovým tlakem a kompresním poměrem.

Obrázek 9: Maximální Cyklu Tlak vs. Kompresní Poměr

přičemž kompresní poměr od 8 do 11, například jsme zvýšili maximální cyklu tlakem těsně pod 9 Mpa téměř 12.5 Mpa.

kromě toho, jak jsme zvýšit kompresní poměr, zvýšeného tlaku a teploty po kompresi, zvyšuje pravděpodobnost samozápal, který popisuje situaci, v níž se palivo vznítí samo, než se zapalovací jiskra je aplikován. To je v rozporu s naším předpokladem, že k zapálení (a tedy spalování) dochází, když je píst v poloze isochorické spodní úvrati. Kromě toho, to může skutečně vést k poškození motoru, kde probíhá spalování ještě předtím, než píst má hotové dostat se přes proces komprese a nutí píst zálohování před klikový hřídel se otáčí do správné polohy (před tím, než odešla z orientace je znázorněno na obrázku 3 v obrázku 4).

CyclePad Design Files

Stáhněte si CyclePad design Otto cyklu.

Související Položky

• Diesel cyklu
• Design Rankinův Cyklus

Zdroje

Whalley, P. B. 1992. Základní Inženýrská Termodynamika.Oxford University Press. ISBN: 0-19-856255-1

Van Wylen, Sonntag, Borgnakke. 1994. Základy klasické termodynamiky, 4. vydání.John Wiley a synové. ISBN: 0-471-59395-8