повышение КПД двигателя

Solo_vlad

Я люблю строить самолеты!
КПД использования химической энергии топлива для бензиновых двигателей доходит до 30%, а для дизелей - до 35...40%.
И это факт, уже более ста лет не для кого не являющийся секретом, кроме наверное господина Пименова. :)
Повышение КПД ДВС собственно и идет по двум направлениям:
1.применение новых материалов в двигателе, топлив и смазок с целью снижения механических, насосных и других потерь и повышения термической нагруженности двс
2.развитие конструций двс и его систем.
Вот два пути.
Попытки "собрать" рассеивающуюся тепловую энергию и как-то ее утилизировать (генераторы в трубе и прочее), а равно применение гибридов с электромоторами, системы стоп-старт, использование накопителей энергии, и прочее к улучшению кпд двс отношения не имеют - они оптимизируют алгоритм использования агрегата и все.
Судя по тому, что крупные корпорации практически все "лишние" деньги тратят на разработки систем производства и хранения на борту электроэнергии, можно заключить, что стратегически на двс поставлен крест. То есть автомобили Гольф-8 или Форд-Фокус-5 не будут иметь двс вообще. Ну если инженеры не подведут.
Так что покупайте поршневые моторы, скоро их снимут с производства (шутка :))
 
Попытки "собрать" рассеивающуюся тепловую энергию и как-то ее утилизировать (генераторы в трубе и прочее), а равно применение гибридов с электромоторами, системы стоп-старт, использование накопителей энергии, и прочее к улучшению кпд двс отношения не имеют - они оптимизируют алгоритм использования агрегата и все.
Добавление в цилиндр ещё одного цикла - парового, поднимает КПД двигателя почти вдвое, а учитывая, что в одном двигателе рабочая смесь может использоваться в 3х разных циклах и процессах (цикл Карно, затем паровой и на выходе турбина при постоянном давлении) то общий КПД ДВС можно поднять аж до 80%.
Но Вы правы - глобально ДВС устарел и электромоторы вполне могут его заменить на новых авто и не только авто.
 

Pimenov

Volksflugzeug Macht Frei!
Откуда
Москва
Друзья! Вы тут смеётесь, но спуститесь с небес на землю, Устал писать, это Взято с http://elementy.ru/news/164948:

Сади Карно в XIX веке вывел формулу для максимального КПД идеальной тепловой машины с нулевой мощностью. Результат для реальных тепловых машин был получен в частном случае 30 лет назад. И только сейчас удалось доказать, что этот результат является универсальным законом неравновесной термодинамики.

Эффективность любого двигателя характеризуется его коэффициентом полезного действия, КПД. Чем выше КПД машины, тем больше полезной работы она производит при тех же самых энергозатратах.

Конечно, двигатели бывают очень сложные, однако их, как правило, можно разложить на отдельные простые рабочие блоки. Примером такого простого блока служит тепловая машина — двигатель, который работает исключительно на перепаде температур между горячим и холодным телами без использования каких-либо иных источников энергии. Так возникает один из ключевых вопросов энергетики: каким максимальным КПД может обладать тепловая машина при фиксированной температуре горячего (T0) и холодного (T1) тел?

В принципе, этот вопрос был решен еще в позапрошлом веке французским физиком Сади Карно. Его формула, давно вошедшая в школьные учебники, гласит:

K=1-T1/T0  ( то есть, КПД зависит ТОЛЬКО от разницы температуры на входе и на выходе, это и есть энергия изъятая из углеводородных нитей СН в рабочий газ -моё примечание)

Впрочем, столь высокий КПД достижим только в идеальном случае тепловой машины Карно, а она, к сожалению, обладает бесконечно малой мощностью и потому не представляет интереса для техники. В этом случае встает иной вопрос: каков максимальный КПД мощной тепловой машины?

Исчерпывающий ответ на этот, казалось бы, классический вопрос был дан буквально на днях. Автор статьи C. Van der Broeck, Physical Review Letters, 95 190602 (2 November 2005) на двух страницах доказал, что наибольший КПД максимально мощной тепловой машины составляет

K=1 - извлечь корень(T1/T0) 

Для сравнения: если тепловая машина нагревается за счет водяного пара, а охлаждается за счет льда, то КПД Карно составляет 27%, а КПД мощной машины равен всего 14%.

Интересно, что эта формула была выведена еще 30 лет назад, правда лишь для одного конкретного случая. Простота формулы наводила на мысль, что тот же результат верен и для других тепловых машин, но долгое время отсутствовало строгое доказательство этого предположения. Именно это доказательство и нашел бельгийский физик, превратив, таким образом, частный факт в новый универсальный закон линейной неравновесной термодинамики.

Это жирная точка на все разглагольствования, господа, Вы бесконечно оторвались от реальности, не более 14% Вам, а реально, с учетом того, что льдом мы газ не охлаждаем, и др. потерь, КПД мощной машины не превышает 7%!!!

Привет "знатокам" на букву "М" из ЗР...
 
Это жирная точка на все разглагольствования, господа, Вы бесконечно оторвались от реальности, не более 14% Вам, а реально, с учетом того, что льдом мы газ не охлаждаем, и др. потерь, КПД мощной машины не превышает 7%!!! 
Хотелось бы, всё-таки, прочесть Ваш коментарий по поводу приведённых мной расчётов потерь авто и потреблённого топлива, если Вас не затруднит.
 
G

georgka

Это жирная точка на все разглагольствования, господа, Вы бесконечно оторвались от реальности, не более 14% Вам, а реально, с учетом того, что льдом мы газ не охлаждаем, и др. потерь, КПД мощной машины не превышает 7%!!!

Привет "знатокам" на букву "М" из ЗР...
Сударь! Почету-то Вы все о воде да о воде (диапазон температур 0...100 гр. Цельсия). Даже паровоз работает в более широком диапазоне температур.
И потом, как-то нескромно именовать весь научный мир теплотехников на "М" - Вы ведь только БУДУЩИЙ нобелевский лауреат ;D
 

Pimenov

Volksflugzeug Macht Frei!
Откуда
Москва
Уважаемый SIXE!

Как сравнивать коэффициенты сопротивления Сх и коэффициент КПД? Между ними нет четкой связи, ведь между химическим процессом горения и и сопротивлением движению нет прямой связи. Можно сравнивать только силу давления газов на поршень и силу сопротивления движения авто. В основе расчетов - крутящий момент на коленвалу, а он НИКАК не связан с разницей температур Т1-Т2 входящего и исходящего газа.
Обидно, конечно, что мы отравляем природу сажей и недозгоревшими углеводородами, но моторы работают в неподходящей среде. Я тоже не спал долго - жаба душила, ведь 7% это очень мало.
Вывод. Борьбу надо вести не на повышение КПД тепловой машины, а на наращивание силы (крутящего момента) по функции скорости тела.
 
Как сравнивать коэффициенты сопротивления Сх и коэффициент КПД? Между ними нет четкой связи, ведь между химическим процессом горения и и сопротивлением движению нет прямой связи.
То есть Вы считаете, что нет связи никакой между сопротивлением движению и расходом топлива?
Я сознательно не вдавался в подробности давления газов и прочей лабуды, а привёл значения энергии затраченной (количество топлива, потреблённое на 100 км) и энергии полученной в виде перемещения авто на 100 км.

Ладно, повертим калькулятор ещё немного, итак имеем:

Двигатель Ротакс 912 - 100л.с. максимальной мощности
Крейсерский (экономический) режим примерно 60 %, то есть 60 л.с. (44 кВт)
Время работы - 1 час
Часовой расход на этом режиме - 18 литров (реально у некоторых до 10 доходит, но не будем на это отвлекаться)

Имеем полученную энергию:
1кВт.ч=3,6МДж
Отсюда Е=44 х 3,6=158,4МДж

Подведённая энергия:
18 х 0,8 = 14,4  где 0,8 - удельный вес бензина
Отсюда Е=14,4 х 46 = 662,4МДж

Кпд системы 158,4/662,4 = 0,24
Средний КПД винта на крейсерском(расчетном) режиме = 0,8
Итого КПД двигателя Ротакс = 0,24/0,8 = 0,3
 
G

georgka

Как сравнивать коэффициенты сопротивления Сх и коэффициент КПД? Между ними нет четкой связи, ведь между химическим процессом горения и и сопротивлением движению нет прямой связи.
При движении машины любого типа (авто, самолет и т.п.) по ровной горизонтальной траектории, работа (мощность), совершаемая двигателем, расходуется на преодоление сил трения:
- у авто - трение качения по земле и аэродинамическое - о воздух, в расчетах определяемое через Сх;
- у самолета - трение о воздух - через Сх.
Таким образом и определяется уровень потребных тяг (мощности)  и расхода топлива двигателем по скоростной характеристике при проектировании, создании и эксплуатации транспортного средства. Но топливо расходуется на совершение полезной работы и на энергетические потери: нагрев самого двигателя (теплопередачу и теплообмен пока не отменили), всасывание воздуха и выталкивание выхлопных газов (тоже), унос тепла в выхлопными газами (вопрос об их использовании и  дал жизнь этой теме), обеспечение собственных систем двигателя и транспортного средства. А КПД = отношению полезной работы (механической) к ОБЩЕЙ произведенной (в данном случае - химической). 
Т.е. Сх и КПД однозначно связаны. :IMHO Через энергетические параметры.
Вы сами это подтверждаете своей же следующей фразой:
"Можно сравнивать только силу давления газов на поршень и силу сопротивления движения авто."

Рассмотрим два случая:
1. Поршень находится в ВМТ (НМТ), создаем давление над поршнем. Вращения вала двигателя нет.
2. Двигатель авто работает обычно и нормально, но сцепление не включено. Вал двигателя вращается, колеса авто - нет.
С какой скоростью будет двигаться авто в каждом случае и с каким сопротивлением? Боюсь, что в данном случае давление над поршнем и сопротивление движению авто Вами связаны не корректно.
Перейдем к крутящему моменту...: "В основе расчетов - крутящий момент на коленвалу, а он НИКАК не связан с разницей температур Т1-Т2 входящего и исходящего газа."
Согласен, что в расчетах можно использовать крутящий момент, т.к. он непосредственно связан с мощностью двигателя  через формулу N=Мкр * W (крутящий момент, помноженный на угловую скорость вращения). Но мощность - то связана с параметрами цикла ДВС! Или Вы это оспариваете? И очень настораживает часть Вашей фразы о разнице температур входящего и выходящего газа. Что Вы понимаете под температурой входящего газа? Максимальную температуру продуктов сгорания (1), полученную в цикле, или температуру всасываемого воздуха (тоже газ!)? Если (1), то Вы опровергаете свои предыдущие сообщения, включая и последнее, т.к температура продуктов сгорания определяет уровень их давления на поршень во время рабочего хода. Если (2), то ????....
И дайте прямой ответ на вопрос Sixe. Без сажи...
 

Pimenov

Volksflugzeug Macht Frei!
Откуда
Москва
Надеюсь, формулы Карно никто оспаривать не будет?
Вы все время выводите вопрос от КПД тепловой машины (Т1-Т2) в КПД механизма (двигателя) где учитывается только то тепло, которое выделилось от сгорания (1/3 бензобака). А коэффициент Сх вообще показывает лишь как хорошо обтекает вязкая среда воздуха автомобиль.
Не пытайтесь скрестить крокодилов и бегемотов... каждые хороши по-своему. Достаточно теории, можете продолжить образование самостоятельно. ;D
 
Вы все время выводите вопрос от КПД тепловой машины (Т1-Т2) в КПД механизма (двигателя) где учитывается только то тепло, которое выделилось от сгорания (1/3 бензобака).
То есть по Вашему я публикую только треть реального расхода топлива? А я-то думал, что залив в бак своей ОКИ 10 литров и проехав на этом 220 км я израсходовал именно 10 литров на этот путь и мне было абсолютно побоку сколько сгорело, а сколько вылетело в трубу и цикл Карно меня не интересовал - меня волновало исключительно сколько его надо было залить для этой поездки.
Ответте мне на такой вопрос - вы сомниваетесь в правильности справочных данных по удельной теплоте сгорания бензина или в том, что мы, вместо 50 литров для полёта на Зодиаке, оснащённом Ротаксом 912, из Одессы в Киев (полёт длился почти 3 часа) залили 150? Смею Вас заверить - бак у Зодиака несколько меньшей ёмкости.

Ещё раз повторюсь - приведённые мной данные показывают не КПД тепловой машины, а КПД произведенной работы от залитого туда бензина и скажите мне, пожалуйста, если в конечном счёте было с пользой израсходовано 30 % залитого бензина - может КПД этой самой тепловой машины быть 7%. Или может это торсионные поля, обидевшись на то, что я облил их бензином из выхлопной трубы, добавили мне под зад недостающие 23 процента энергии?
 
G

georgka

Надеюсь, формулы Карно никто оспаривать не будет?
Сударь!!! В своём сообщении #42 Вы же эту формулу и похоронили!!! Бедный Карно!
Но по формуле Карно производится расчет термического (термодинамического) КПД цикла (Отто, Дизеля, Брайтона и др.). А существует еще эксергический КПД, КПД силовой установки  и т.д. Как было заложено в наименовании темы и сообщении #1, здесь было предложено рассмотреть возможность повышения КПД СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ за счет использования ЧАСТИ энергии выхлопных газов. Поэтому Sixe в своих формулах прав! Они общеизвестны!
А вот Вы так и не привели ни одной формулы или расчета в объяснение того, что бензобак нужно соображать на троих и опустились в оценках КПД до крепости сухого вина...;D Самообразовывайтесь сударь, самообразовывайтесь!
 
[highlight]Ещё раз повторюсь - приведённые мной данные показывают не КПД тепловой машины, а КПД произведенной работы от залитого туда бензина [/highlight]  Sixe

  Дык енто одно и тоже! :eek: :)
 
G

georgka

[highlight]Ещё раз повторюсь - приведённые мной данные показывают не КПД тепловой машины, а КПД произведенной работы от залитого туда бензина [/highlight]  Sixe

  Дык енто одно и тоже! :eek: :)
Под КПД тепловой машины обычно понимается КПД теплового цикла. Но КПД цикла не равно КПД силовой установки и тем более коэффициенту использованию тепла (теплоты сгорания топлива, самого топлива). Sixe определяет практически важный коэффициент использования энергии топлива. Если бы, по его вычислениям, значение получалось меньше заявляемых Pimenov"ым 7%, то с 2/3 бензобака на наши головы пришлось бы согласиться :D
 
[highlight]Под КПД тепловой машины обычно понимается КПД теплового цикла. [/highlight]

  Это утверждение выглядит несколько подозрительно..........получается реальность смешана с теорией! :)
 

Pimenov

Volksflugzeug Macht Frei!
Откуда
Москва
А сколько % бензина, по-вашему, полностью сгорает в камере сгорания "Оки"? (полное сгорание -  это когда последняя молекула углеводородов бензина СхНх превращается в Н2О и Со2).
И откуда берутся кислотные дожди, если весь бензин, кажись,сгорел???    :p                                                                       На взлете самолетов отчетливо виден черный шлейф сажи, а у автомобилей его не видно просто потому, что бензиновые отбросы более летучи и выхлопной тракт достаточно длинный.                                                                                        
 
А сколько % бензина, по-вашему, полностью сгорает в камере сгорания "Оки"?
Мне абсолютно всё равно сколько сгорело в камере сгорания, а сколько вытекло из дирки в бензобаке, я привёл данные по ИСПОЛЬЗОВАННОМУ бензину для совершения поедки, а использовано было не менее 30 % от залитого. Посчитайте, ради интереса, каков должен быть расход топлива той же ОКИ, если использоваться будет только 7 % от залитого в бак - цифра Вас должна озадачить, по идее, раз другие аргументы не возымели действия.
 
[highlight]И откуда берутся кислотные дожди, если весь бензин, кажись,сгорел???[/highlight]    Pimenov

Ну СО2(из хорошо прогоревшего бензина) как раз образует газировку в тучах,попробуйте поливать цветочки газировкой?! ;D
 
G

georgka

А сколько % бензина, по-вашему, полностью сгорает в камере сгорания "Оки"? (полное сгорание -  это когда последняя молекула углеводородов бензина СхНх превращается в Н2О и Со2).
И откуда берутся кислотные дожди, если весь бензин, кажись,сгорел???    :p                                                                      
На взлете самолетов отчетливо виден черный шлейф сажи, а у автомобилей его не видно просто потому, что бензиновые отбросы более летучи и выхлопной тракт достаточно длинный.                                                                                        
1. А сколько по Вашему сгорает бензина в цилиндре двигателя при коэффициенте избытка воздуха =1 на установившемся режиме работы двигателя? Цифры с расчетом или экспериментальные данные!
2. Кислотный дождь - водяные растворы окислов углерода, азота, серы и т.п, но не раствор бензина в воде!!! Если Вас не устраивает справка из ответа #9, то соберите 2л дождевой воды и в санэпидстанцию на анализ! Справку опубликуйте.
3. При перегазовках, когда коэффициент избытка воздуха меньше единицы, за авто тоже бывает чад...
4 Не за всеми самолетами на взлете виден черный шлейф - научились проектировать малоэмиссионные КС. Взлет - режим кратковременный и раньше на полноту сгорания топлива на этом режиме давали небольшие поблажки. А сейчас - нет.
Попутный вопрос к Вам: "Какой цвет имеет  мелко распыливаемый керосин в воздухе?"
Вы же потомственный моторист-инженер, а с цифрами и доказательными документами не дружите. А голословные заявления в технике не приветствуются. Мягко говоря...
 

Pimenov

Volksflugzeug Macht Frei!
Откуда
Москва
Процесс горения в камере сгорания "Оки"идет только в ПОЛОВИНЕ от объема камеры, причем активное горение происходит только у свечи. Азот воздуха как раз и не дает быстро распространяться пламени, вот почему большинство молекул бензина так и не превращаются в пары, а лишь обугливаются, и они частично испаряются и догорают в "штанах" сего чудо-автомобиля как, впрочем, и в миллионах других ей подобных. Так что температура горения вашего драгоценного топлива около 800С мало о чем говорит! А вот гадости образуется очень много - кислотные дожди вызывает, главным образом, крайне ядовитый NO, который при соединении с влагой воздуха образует кислоту HNO3, по сравнению с которой аналогично образуемая HCO3 просто детский сад. А сажа-обугленные капли топлива выпадают в изобилии в глушителях "Оки" - можете посмотреть, изнутри все трубы-черные.
Сжигайте бензин в чистом кислороде- покупайте его, и расход топлива сразу понизится в 2-3 раза (см. формулу Карно Т1-Т0).
Если, конечно, мотор не сгорить сразу...
Учите химию, больше по ней теории не будет :mad:
 
Вверх