Mål

vi ser på utformingen Av En Otto syklus og på hvordan ytelsen kan forbedres ved å endre sin volumetriske kompresjonsforhold. Otto-syklusen en lukket syklus (hvor systemet er en kontrollmasse), som vanligvis brukes til å modellere sylindere av gnisttenning, forbrenning, bilmotorer, dvs.bensinmotorer.

Den Generelle Ideen

Otto-syklusen er veldig lik Diesel-syklusen ved at begge er lukkede sykluser som vanligvis brukes til å modellere forbrenningsmotorer. Forskjellen mellom Dem er At Otto-syklusen er en gnisttenningssyklus i stedet for en kompresjonstenningssyklus som Dieselsyklusen. Gnisttenningssykluser er utformet for å bruke drivstoff som krever gnist for å starte forbrenning.

Stadier Av Otto Sykluser

Otto Sykluser har fire stadier: ekspansjon, kjøling, komprimering og forbrenning.

	Figur 1: beveger seg opp under ekspansjon	Ekspansjon: I Otto syklusen, drivstoff er brent for å varme trykkluft og den varme gassen utvider tvinge stempelet til å reise opp i sylinderen. Det er i denne fasen at syklusen bidrar til sitt nyttige arbeid, roterer bilens veivaksel. Vi gjør den ideelle antakelsen om at dette stadiet i en ideell Otto syklus er isentropisk.Stempel: beveger seg fra bunndødsenter til toppdødsenter.
Figur 2: toppdødsenter under kjøling	Kjøling: deretter kjøles den utvidede luften ned til omgivelsesforhold. I en faktisk bilmotor tilsvarer dette utmattende luften fra motoren til miljøet og erstatter den med frisk luft. Siden dette skjer når stempelet er i toppdødsenterposisjonen i syklusen og ikke beveger seg, sier vi at denne prosessen er isokorisk (ingen volumendring). Stempel: på øverste dødsenter.
Figur 3: beveger seg ned under komprimering	Komprimering: som forberedelse for å legge varme til luften, komprimerer vi det ved å flytte stempelet ned i sylinderen. Det er i denne delen av syklusen at vi bidrar med arbeid til luften. I den ideelle Otto-syklusen anses denne kompresjonen å være isentropisk. det er på dette stadiet at vi setter volumetrisk kompresjonsforhold, r som er forholdet mellom volumet av arbeidsfluidet før kompresjonsprosessen til volumet etter. Det vil vise seg at Effektiviteten Til Otto-syklusen (forutsatt at luft er en ideell gass) kan beskrives helt i forhold til dette forholdet. Stempel: flytter fra toppdødsenter til bunndødsenter.
Figur 4: bunndødsenter under forbrenning	Forbrenning: deretter tilsettes varme til luften ved brennstoffforbrenning når stempelet er i bunndødsenterposisjon. Forbrenning startes ikke før en gnist (fra en tennplugg, for eksempel) er generert i sylinderen. Fordi stempelet er i hovedsak immobilt under denne delen av syklusen, sier vi at varmetilsetningen er isokorisk, som kjøleprosessen. Stempel: nederst dødsenter.

P – V-Diagram

P – v-diagrammet for En Otto-syklus er vist nedenfor.

Figur 5: Otto Cycle p-v diagram

Eksempel Otto Cycle Design

Problemstilling

for å illustrere, vil vi anta at vi ønsker å designe En Otto syklus som tar 1 kg luft ved omgivelsesforhold på 15°C Og 100kpa, komprimerer den til en åttendedel av sitt opprinnelige volum og legger Til 1800kj av varme til det i sin forbrenningsprosess. Med det vi vet om Otto cycles, er det alt vi trenger for å fullstendig beskrive problemet.

CyclePad Implemention

Nedenfor Er en mulig CyclePad design Av En Otto syklus.

Figur 6: Otto Syklus I CyclePad

arbeidsfluidet

vi den vanligste arbeidsfluid For En Otto syklus er luft, siden Det er den billigste tingen å brenne bensin. Vi kan velge luft som vår arbeidsfluid som luft ved å velge den som stoffet i målervinduet av noe.

Beskrivelse Av Syklusstadier

vi vil kort undersøke hvert statepoint og prosess I Otto-syklusen der designforutsetninger må gjøres, og detaljere hver antagelse. Som vi kan se fra eksempeldesignbegrensningene, må svært få tall angis for å beskrive en ideell Otto-syklus. Resten av forutsetningene bestemmes ved å anvende bakgrunnskunnskap om syklusen. Prinsippet numerisk designbeslutning er kompresjonsforholdet.

Cycle Properties

Under Cycle – menyelementet kan vi ringe Opp Cycle Properties meter-vinduet. Den eneste nødvendige antagelsen her er at syklusen er en varmemotor (en enhet for å konvertere varme til arbeid) slik At CyclePad vet hvordan man skal evaluere effektiviteten.

Pre-Expansion (S1)

Ingen nødvendige spesifikasjoner her, selv om det er like bra et sted som noe å spesifisere arbeidsfluidet som skal være luft.

Expansion Process (EXP1)

Siden vi analyserer en ideell Otto-syklus, antar vi at utvidelsen er isentropisk. Hvis vi visste hvor mye varmetap som skjedde i ekspansjonen og arbeidet det produserte, kan vi kanskje spesifisere de her i stedet for å modellere en ikke-ideell ekspansjonsprosess.

Eksos (Etter Utvidelse) (S2)

ingen nodvendige spesifikasjoner her. Det er her vi slipper ut den brukte luften til miljøet.

Kjøleprosess (CLG1)

siden utskifting av brukt luft med frisk luft oppstår når stempelet er i toppdødsenterposisjon, antar vi at kjøleprosessen er isokorisk.

Pre-Komprimering (S3)

På dette punktet har vi luft inn i sylinderen ved omgivelsesforhold, så vi antar at temperaturen t er 15% deg; C Og trykket skal være 100 kPa, som angitt i problemstillingen.

Komprimeringsprosess (CMP1)

her antar vi både at kompresjonen for den ideelle Otto-syklusen er isentropisk og at kompresjonsforholdet vårt er 8, som gitt i problemstillingen.

Post-Komprimering (S4)

ingen nodvendige spesifikasjoner her.

Forbrenningsprosess (HTG1)

her antar vi at oppvarmingen (som foregår mens stempelet er nederst dødsenter og ikke beveger seg, ligner kjøling) er isokorisk, og vi antar også at varmen tilsatt (Q) skal være 1800 kJ.

Otto Cycle Efficiency

vi kan se igjen i Vinduet Cycle Properties meter for å se at Den termiske effektiviteten Til Otto cycle vi har bygget er ca 57,5%.

Figur 7: Syklusegenskaper

Det viser seg at Den termiske effektiviteten Til Otto-syklusen kan uttrykkes i forhold til volumetrisk kompresjonsforhold. Det er:

h =

Qin – Qout

= 1-1/(rk-1)

hvor k er det spesifikke varmeforholdet ( = cp/cv).så vi kan forbedre syklusens effektivitet ved å øke kompresjonsforholdet. Følgende figur viser forholdet grafisk.

Figur 8: Sykluseffektivitet vs Volumetrisk Kompresjonsforhold

Så hvis vi skulle endre verdien av r til 10, vil sykluseffektiviteten øke til over 60%, noe som er en betydelig forbedring. Dette ber om det åpenbare spørsmålet: Hvorfor ikke sette kompresjonsforholdet til noe veldig stort for å få høyest effektivitet? Svaret er todelt. For det første er kompresjonsforholdet begrenset av mekaniske begrensninger i systemet. Hvis trykket i sylinderen er for høyt, er sjansen for å bryte stempelet, sylinderen eller en annen del av motoren. For eksempel er lagrene utsatt for svikt i bilmotorer som kjører med altfor høye kompresjonsforhold. Plottet nedenfor viser forholdet mellom maksimal syklustrykk og kompresjonsforholdet.

Figur 9: Maksimalt Syklustrykk vs. Volumetrisk Kompresjonsforhold

ved å ta kompresjonsforholdet fra 8 til 11 har vi for eksempel økt maksimalt syklustrykk fra like under 9 mpa til nesten 12,5 Mpa.

i tillegg, når vi øker kompresjonsforholdet, øker det økte trykket og temperaturen etter kompresjonsprosessen sannsynligheten for dieseling, som beskriver en situasjon der brennstoffet antennes alene, før tenningen gnisten påføres. Dette er i konflikt med vår antagelse om at tenning (og dermed forbrenning) finner sted når stempelet er i isokorisk bunndødsenterposisjon. I tillegg kan det faktisk føre til motorskade der forbrenningen foregår selv før stempelet er ferdig med å komme gjennom kompresjonsprosessen og tvinger stempelbackupen før vevakselen har rotert til riktig posisjon(før den har gått fra retningen vist i figur 3 til den i figur 4).

CyclePad Design Files

Last Ned CyclePad design Av Otto syklus.

Relaterte Oppføringer

• Diesel syklus
• Design Av En Rankine Syklus

Kilder

Whalley, P. B. 1992. Grunnleggende Teknisk Termodynamikk.University Press. S. ISBN: 0-19-856255-1

Van Wylen, Sonntag, Borgnakke. 1994. Grunnleggende Om Klassisk Termodynamikk, 4. utgave.John Wiley og Sønnene. ISBN: 0-471-59395-8

Gå til

eller