Post on 18-Sep-2020
11
W15112
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Silniki cieplneSilniki cieplne�� Obieg CarnotaObieg Carnota�� Obieg OttaObieg Otta�� Obieg DieslaObieg Diesla�� Obieg SabathegoObieg Sabathego�� Obieg JoulaObieg Joula�� Obieg BraytonaObieg Braytona�� Silnik strumieniowySilnik strumieniowy�� Silnik pulsacyjnySilnik pulsacyjny
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
22
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
33
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
44
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Maszyny i urzMaszyny i urząądzenia energetyczne dzenia energetyczne dokonujdokonująą przemiany jednego rodzaju przemiany jednego rodzaju energii w drugi.energii w drugi.
�� Silniki cieplne zamieniajSilniki cieplne zamieniająą ciepciepłło o (energi(energięę wewnwewnęętrzntrznąą) na prac) na pracęę. .
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
55
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
PoczPocząątkowtkowąą formformąą energii w maszynie lub urzenergii w maszynie lub urząądzeniu dzeniu energetycznym moenergetycznym moŜŜe bye byćć::-- energia chemicznaenergia chemiczna-- energia jenergia jąądrowadrowa-- ciepciepłło (energia wewno (energia wewnęętrzna)trzna)-- energia cienergia ciśśnienie czynnika.nienie czynnika.
KoKońńcowcowąą formformąą energii w maszynie lub urzenergii w maszynie lub urząądzeniu dzeniu energetycznym moenergetycznym moŜŜe bye byćć::-- ciepciepłło (energia wewno (energia wewnęętrzna)trzna)-- praca (energia mechaniczna)praca (energia mechaniczna)-- energia elektryczna (energia prenergia elektryczna (energia prąądu elektrycznego).du elektrycznego).
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
66
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Dla Dla źźrróódedełł ciepciepłła (grzejnik i cha (grzejnik i chłłodnica) odnica) o danych temperaturach najwyo danych temperaturach najwyŜŜszsząąsprawnosprawnośćść osiosiąąga silnik pracujga silnik pracująący cy wedwedłług obiegu Carnota. ug obiegu Carnota.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
77
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
88
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
99
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
T
S
p
V
1 1 2
24
3
4 3Tg = constTd = const
Q = 0Q = 0
Tg
Td
S1 S2
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1010
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� 1 1 –– 2 rozpr2 rozpręŜęŜanie izotermiczne anie izotermiczne (pobieranie ciep(pobieranie ciepłła)a)
�� 2 2 –– 3 rozpr3 rozpręŜęŜanie adiabatyczneanie adiabatyczne
�� 3 3 –– 4 spr4 spręŜęŜanie izotermiczne anie izotermiczne (oddawanie ciep(oddawanie ciepłła)a)
�� 4 4 –– 1 spr1 spręŜęŜanie adiabatyczne anie adiabatyczne
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1111
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
p
V
1
24
3
Q1,2
p
V
1
24
3
Q = 0L1,2 L2,3
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1212
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
p
V
1
24
3
(-)Q3,4
p
V
1
24
3
Q = 0(-)L3,4(-)L4,1
Silniki Silniki sppalinowesppalinowe
1313
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
( ) ( )( )
( ) ( ) ( ) 1,44,33,22,14,32,1
1,441
434,34,3
2,323
212,12,1
0
0
0
0
LLLLQQ
LUU
UULQ
LUU
UULQ
−+−++=−+−+−=
=−+=−+−=
=+=
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1414
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
( )( )344,34,3
122,12,1
SSTSTQ
SSTSTQ
dd
gg
−•=∆•=
−•=∆•=
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1515
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
( )( )
( )( )21
12
34
12
2,1
4,3
2,1
4,32,1
11
1
SST
SST
SST
SST
Q
Q
Q
Q
L
g
d
g
d
pob
ob
−•−•+
−•−•+=
+=+
==
η
η
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1616
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
g
d
T
T−=1η
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1717
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Rzeczywiste silniki pracujRzeczywiste silniki pracująą wedwedłług ug innych obieginnych obiegóów termodynamicznych, w termodynamicznych, w ktw któórych zakrych zakłłada siada sięę izobarycznizobarycznąą lub lub izochorycznizochorycznąą wymianwymianęę ciepciepłła. Obieg a. Obieg termodynamiczny, wedtermodynamiczny, wedłług ktug któórego rego pracuje silnik cieplny jest obiegiem pracuje silnik cieplny jest obiegiem odwracalnym. odwracalnym.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1818
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Procesy nieodwracalne zachodzProcesy nieodwracalne zachodząące w ce w silnikach cieplnych zmniejszajsilnikach cieplnych zmniejszająą sprawnosprawnośćśćsilnika. Straty nieodwracalne dzielimy na:silnika. Straty nieodwracalne dzielimy na:-- straty cieplnostraty cieplno--przepprzepłływoweywowe-- stary mechaniczne.stary mechaniczne.Do okreDo okreśślenia strat cieplnolenia strat cieplno--przepprzepłływowych ywowych analogicznie, jak dla spranalogicznie, jak dla spręŜęŜarek wyporowych, arek wyporowych, stosujemy pojstosujemy pojęęcie pracy indykowanej cie pracy indykowanej (wewn(wewnęętrznej) i sprawnotrznej) i sprawnośści indykowanej ci indykowanej (wewn(wewnęętrznej)trznej)
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1919
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
mitu
i
u
w
ut
t
i
t
wt
t
d
tt
L
L
E
E
L
L
E
E
Q
L
E
E
ηηηη
η
η
η
••=
==
==
==
2020
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
QLt
L i
Lu
strata termodynamicznastrata cieplno-przepływowa
strata termodynamiczna
strata mechaniczna
2121
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Silniki spalinowe sSilniki spalinowe sąą silnikami cieplnymi o silnikami cieplnymi o spalaniu wewnspalaniu wewnęętrznym.trznym.
�� Czynnikiem termodynamicznym, na jakim Czynnikiem termodynamicznym, na jakim pracujpracująą silniki spalinowe ssilniki spalinowe sąą spaliny.spaliny.
�� W silnikach spalinowych moW silnikach spalinowych moŜŜliwe jest liwe jest spalanie paliw ciekspalanie paliw ciekłłych gazowych bych gazowych bęęddąących cych wwęęglowodorami lub alkoholami.glowodorami lub alkoholami.
�� Spaliny sSpaliny sąą mieszaninmieszaninąą gazgazóów w dwuatomowych (Ndwuatomowych (N22) i trzyatomowych (CO) i trzyatomowych (CO22, , HH22O). O).
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
2222
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Silnikami spalinowymi sSilnikami spalinowymi sąą::
-- silniki wyporowe:silniki wyporowe:
-- silniki tsilniki tłłokowe ZIokowe ZI
-- silniki tsilniki tłłokowe ZSokowe ZS
-- silniki przepsilniki przepłływowe (przelotowe):ywowe (przelotowe):
-- silniki sprsilniki spręŜęŜarkowe:arkowe:
-- silniki turboodrzutowesilniki turboodrzutowe
-- silniki bezsprsilniki bezspręŜęŜarkowe:arkowe:
-- silniki strumieniowesilniki strumieniowe
-- silniki pulsacyjne.silniki pulsacyjne.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
2323
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Jedynym dziaJedynym działłajająącym wyporowym cym wyporowym silnikiem rotacyjnym jest silnik silnikiem rotacyjnym jest silnik Wankla.Wankla.
�� Teoretyczny przebieg pracy silnika Teoretyczny przebieg pracy silnika Wankla jest taki sam, jak dla Wankla jest taki sam, jak dla ttłłokowego silnika spalinowego ZI. okowego silnika spalinowego ZI.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
2424
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
2525
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
2626
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
2727
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� W silniku ZI mieszanka paliwowoW silniku ZI mieszanka paliwowo--powietrzna powietrzna zapalana jest iskrzapalana jest iskrąą elektrycznelektrycznąą..
�� UwzglUwzglęędniajdniająąc czas spalania mieszanki paliwowoc czas spalania mieszanki paliwowo--powietrznej i ruch, jaki tpowietrznej i ruch, jaki tłłok w tym czasie wykonuje, ok w tym czasie wykonuje, przyjmujemy izochoryczny przebieg spalania.przyjmujemy izochoryczny przebieg spalania.
�� Otwarcie zaworu wydechowego w DZP wywoOtwarcie zaworu wydechowego w DZP wywołłuje uje gwagwałłtowny spadek citowny spadek ciśśnienia gazu w cylindrze.nienia gazu w cylindrze.
�� Spadek ciSpadek ciśśnienia po otwarciu zaworu wydechowego nienia po otwarciu zaworu wydechowego w teoretycznym przebiegu pracy silnika ZI w teoretycznym przebiegu pracy silnika ZI interpretujemy jako izochoryczne oddanie ciepinterpretujemy jako izochoryczne oddanie ciepłła. a.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
2828
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
2929
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
3030
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
3131
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
GZP
1
4
a
3
2
DZP
a-1 pobieranie czynnika (suw ssania)1-2 spręŜanie adiabatyczne (suw spręŜania)2-3 izochoryczne dostarczenie ciepła (spalanie)3-4 rozpręŜanie adiabatyczne (suw pracy)4-1 izochoryczne oddanie ciepła (otworzenie
zaworu wydechowego)1-a usunięcie czynnika (suw wydechu)
3232
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
3333
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
1
4
3
2
S
T
1
4
3
2
3434
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg termodynamiczny Obieg termodynamiczny rróównowawnowaŜŜny przebiegowi ny przebiegowi pracy silnika ZI nazywany pracy silnika ZI nazywany jest obiegiem Otta. jest obiegiem Otta.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
3535
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )( ) ( )
( )( )23
14
14411,40
233,2
00
1
)(1
)(
TTc
TTc
TTcTTcqq
TTcqq
q
q
q
q
l
v
vt
vv
v
tt
−•−•−=
−•−=−•==−•==
−+=−+==
η
η
3636
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
1
2
1
3
4
4
3
1
1
2
1
1
2
32
41
T
T
v
v
T
T
v
v
T
T
vv
vv
=
=
=
=
==
−
−−
κ
κκ
ε
3737
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
1
2
32
1
41
1
4
2
3
11
1
1
1
−−=
−•
−•
−=
=
κεη
η
T
TT
T
TT
T
T
T
T
3838
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� SprawnoSprawnośćść teoretyczna teoretyczna (termodynamiczna) obiegu Otta zale(termodynamiczna) obiegu Otta zaleŜŜy y od stopnia sprod stopnia spręŜęŜania ania εε i wi włłasnoasnośści ci czynnika termodynamicznego czynnika termodynamicznego κκ (ilo(ilośści ci atomatomóów w czw w cząąstce gazu).stce gazu).
�� Teoretyczna sprawnoTeoretyczna sprawnośćść obiegu Otta obiegu Otta dla stopnia sprdla stopnia spręŜęŜania ania εε = 8 (= 8 (κκ = 1,4) = 1,4) wynosi 56 [%]. wynosi 56 [%].
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
3939
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� W silniku ZS wtrysk paliwa do cylindra wywoW silniku ZS wtrysk paliwa do cylindra wywołłuje uje samozapsamozapłłon powstajon powstająącej mieszanki paliwowocej mieszanki paliwowo--powietrznej.powietrznej.
�� Spalanie jest rozciSpalanie jest rozciąągnignięęte w czasie. Przyjmujemy, te w czasie. Przyjmujemy, ŜŜe w czasie spalania te w czasie spalania tłłok wykonuje ruch ok wykonuje ruch rozprrozpręŜęŜajająący.cy.
�� Spalanie realizowane w trakcie rozprSpalanie realizowane w trakcie rozpręŜęŜajająącego cego ruchu truchu tłłoka jest interpretowane jako izobaryczne oka jest interpretowane jako izobaryczne dostarczenie ciepdostarczenie ciepłła.a.
�� Teoretyczny przebieg pracy silnika ZS rTeoretyczny przebieg pracy silnika ZS róóŜŜni sini sięę od od teoretycznego przebiegu pracy silnika ZI tylko teoretycznego przebiegu pracy silnika ZI tylko sposobem dostarczenia ciepsposobem dostarczenia ciepłła. a.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
4040
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
4141
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
1
4
32
S
T
1
4
3
2
4242
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg termodynamiczny Obieg termodynamiczny rróównowawnowaŜŜny przebiegowi ny przebiegowi pracy silnika ZS pracy silnika ZS nazywany jest obiegiem nazywany jest obiegiem Diesla. Diesla.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
4343
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )( ) ( )
( )( ) 1
11
11
)(1
)(
2
3
1
4
2
1
23
14
14411,40
233,2
00
−
−••−=
−•−•−=
−•−=−•==
−•==
−+=−+==
T
TT
T
T
T
TTc
TTc
TTcTTcqq
TTcqq
q
q
q
q
l
p
vt
vv
p
tt
κη
η
4444
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
11
1
1
2
2
3
1
4
3
3
4
1
1
2
1
1
2
2
3
2
332
41
1−
−−−
−−
•=
•=
=
=
=
===
=
κκ
κκ
κκ
εϕ
ε
ϕ
v
v
v
v
v
v
T
T
v
v
T
T
T
T
v
vpp
vv
4545
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
1111
1
1
1
11
1
1
2
2
3
3
4
1
4
−−••−=
=•••=••=
−
−−
−
ϕϕ
εκη
ϕεϕε
ϕ
κ
κ
κκκ
κ
T
T
T
T
T
T
T
T
4646
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
SprawnoSprawnośćść teoretyczna teoretyczna (termodynamiczna) obiegu Diesla (termodynamiczna) obiegu Diesla zalezaleŜŜy od stopnia spry od stopnia spręŜęŜania ania εε, , stosunku temperatur kostosunku temperatur końńca i poczca i począątku tku spalania spalania φφ i wi włłasnoasnośści czynnika ci czynnika termodynamicznego termodynamicznego κκ (ilo(ilośści atomci atomóów w w czw cząąstce gazu). stce gazu).
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
4747
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
WspWspóółłczynnik czynnik φφ ma tym mniejszma tym mniejsząąwartowartośćść, im mniejsz, im mniejsząą wartowartośćść ma ma objobjęętotośćść kokońńca spalania. ca spalania.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
1111
lim1
=
−−•
→ ϕϕ
κ
κ
ϕ
4848
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )
1111
1
1111
1
11
111
2
=−−•⇒=
>−−•⇒>
+•=−−•⇒=
ϕϕ
κϕ
ϕϕ
κϕ
ϕκϕ
ϕκ
κ
κ
κ
κ
4949
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� PoniewaPoniewaŜŜ w silnikach ZS stosujemy w silnikach ZS stosujemy dwukrotnie wydwukrotnie wyŜŜsze stopnie sprsze stopnie spręŜęŜania, niania, niŜŜ w w silnikach ZI, to sprawnosilnikach ZI, to sprawnośćść silnika ZS i obiegu silnika ZS i obiegu Diesla dla dwukrotnie wyDiesla dla dwukrotnie wyŜŜszego stopnia szego stopnia sprspręŜęŜania moania moŜŜe bye byćć wywyŜŜsza od sprawnosza od sprawnośści ci silnika ZI i obiegu Otta.silnika ZI i obiegu Otta.
�� Teoretyczna sprawnoTeoretyczna sprawnośćść obiegu Diesla dla obiegu Diesla dla stopnia sprstopnia spręŜęŜania ania εε = 21 (= 21 (κκ = 1,4) przy = 1,4) przy spalaniu trwajspalaniu trwająącym 1/8 suwu rozprcym 1/8 suwu rozpręŜęŜania ania wynosi 60 [%]. wynosi 60 [%].
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
5050
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Dla szybkoobrotowego silnika ZS Dla szybkoobrotowego silnika ZS samozapsamozapłłon naston nastęępuje po wtrypuje po wtryśśninięęciu do ciu do komory spalania prawie cakomory spalania prawie całłej dawki paliwa.ej dawki paliwa.
�� Z tego wzglZ tego wzglęędu przejmuje sidu przejmuje sięę, , ŜŜe w takim e w takim przypadku spalanie czprzypadku spalanie częśęściowo jest ciowo jest realizowane jako proces izochoryczny, a realizowane jako proces izochoryczny, a czczęśęściowo jako proces izobaryczny. ciowo jako proces izobaryczny.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
5151
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
1
5
43
S
T
1
5
4
2
2 3
5252
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg termodynamiczny Obieg termodynamiczny rróównowawnowaŜŜny przebiegowi ny przebiegowi pracy szybkoobrotowego pracy szybkoobrotowego silnika ZS nazywany jest silnika ZS nazywany jest obiegiem Sabathego. obiegiem Sabathego.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
5353
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
SprawnoSprawnośćść obiegu Sabathego wynosi obiegu Sabathego wynosi jest wyjest wyŜŜsza od sprawnosza od sprawnośści obiegu ci obiegu Diesla i niDiesla i niŜŜsza od sprawnosza od sprawnośści obiegu ci obiegu Otta przy tych samych stopniach Otta przy tych samych stopniach sprspręŜęŜania.ania.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
DieslaSabathegoOttaconst ηηηε >>→=
5454
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
UwzglUwzglęędniajdniająąc stopiec stopieńńsprspręŜęŜania silniki ZS majania silniki ZS mająąwywyŜŜszsząą sprawnosprawnośćść od od silniksilnikóów ZI.w ZI.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
5555
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
5656
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
5757
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
5858
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Turbina gazowa moTurbina gazowa moŜŜe pracowae pracowaćć jako jako samodzielna maszyna i mosamodzielna maszyna i moŜŜe bye byććczczęśęściciąą skskłładowadowąą turbinowego silnika turbinowego silnika spalinowego.spalinowego.
�� Turbina gazowa nie musi byTurbina gazowa nie musi byćć silnikiem silnikiem spalinowym i mospalinowym i moŜŜe pracowae pracowaćć w w ukukłładzie zamkniadzie zamknięętym. tym.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
5959
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Z punktu widzenia zasady dziaZ punktu widzenia zasady działłania i ania i obiegu termodynamicznego obiegu termodynamicznego rróównowawnowaŜŜnego pracy silnika nego pracy silnika przepprzepłływowego rozrywowego rozróóŜŜniamy:niamy:
-- silniki turbinowesilniki turbinowe
-- silniki strumieniowesilniki strumieniowe
-- silniki pulsacyjne.silniki pulsacyjne.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
6060
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
RRóóŜŜnica minica mięędzy turbina dzy turbina gazowgazowąą, a silnikiem , a silnikiem turboodrzutowym turboodrzutowym sprowadza sisprowadza sięę do sposobu do sposobu odebrania pracy z silnika. odebrania pracy z silnika.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
6161
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
spręŜarka
komora spalania
turbina
6262
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
6363
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
6464
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
6565
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
6666
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
6767
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
6868
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
6969
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
7070
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
1
4
32
S
T
1
4
3
2
7171
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg Joula stanowiObieg Joula stanowiąą przemiany:przemiany:
-- 11--2 spr2 spręŜęŜanie adiabatyczneanie adiabatyczne
-- 22--3 izobaryczne dostarczenie ciep3 izobaryczne dostarczenie ciepłłaa
-- 33--4 rozpr4 rozpręŜęŜanie adiabatyczneanie adiabatyczne
-- 44--1 izobaryczne oddanie ciep1 izobaryczne oddanie ciepłła.a.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
7272
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg termodynamiczny Obieg termodynamiczny rróównowawnowaŜŜny przebiegowi ny przebiegowi pracy silnika turbinowego pracy silnika turbinowego nazywany jest obiegiem nazywany jest obiegiem Joula. Joula.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
7373
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Obieg Braytona jest obiegiem porObieg Braytona jest obiegiem poróównawczym wnawczym silnika turboodrzutowego.silnika turboodrzutowego.
�� Od obiegu Joula rOd obiegu Joula róóŜŜni sini sięę tym, tym, ŜŜe w obiegu e w obiegu Braytona:Braytona:
-- sprspręŜęŜanie adiabatyczne dzieli sianie adiabatyczne dzieli sięę na izentropowe na izentropowe sprspręŜęŜanie dynamiczne na wlocie silnika i anie dynamiczne na wlocie silnika i izentropowe sprizentropowe spręŜęŜanie w spranie w spręŜęŜarcearce
-- rozprrozpręŜęŜanie adiabatyczne dzieli sianie adiabatyczne dzieli sięę na izentropowe na izentropowe rozprrozpręŜęŜanie na turbinie i izentropowe rozpranie na turbinie i izentropowe rozpręŜęŜanie anie dynamiczne w dyszy wylotowej.dynamiczne w dyszy wylotowej.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
7474
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
1
6
43
S
T
1
6
4
32
2
55
7575
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg Braytona stanowiObieg Braytona stanowiąą przemiany:przemiany:
-- 11--2 spr2 spręŜęŜanie adiabatyczne (dynamiczne na wlocie anie adiabatyczne (dynamiczne na wlocie silnika)silnika)
-- 22--3 spr3 spręŜęŜanie adiabatyczne (w spranie adiabatyczne (w spręŜęŜarce silnika)arce silnika)
-- 33--4 izobaryczne dostarczenie ciep4 izobaryczne dostarczenie ciepłłaa
-- 44--5 rozpr5 rozpręŜęŜanie adiabatyczne (na turbinie silnika)anie adiabatyczne (na turbinie silnika)
-- 55--6 rozpr6 rozpręŜęŜanie adiabatyczne (dynamiczne na dyszy anie adiabatyczne (dynamiczne na dyszy wylotowej silnika)wylotowej silnika)
-- 66--1 izobaryczne oddanie ciep1 izobaryczne oddanie ciepłła.a.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
7676
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )( ) ( )
( )( )23
14
14411,40
233,2
00
1
)(1
)(
TTc
TTc
TTcTTcqq
TTcqq
q
q
q
q
l
p
pt
pp
p
tt
−•−•
−=
−•−=−•==
−•==
−+=−+==
η
η
7777
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
1
2
1
3
4
4
3
11
2
1
1
2
32
41
T
T
p
p
T
T
p
p
T
T
pp
pp
=
=
Π=
=
==
−
−−
κκ
κκκ
κ
7878
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
κκη
η
1
11
1
1
1
2
32
1
41
1
4
2
3
−
Π−=
−•
−•
−=
=
T
TT
T
TT
T
T
T
T
7979
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� PodziaPodziałł sprspręŜęŜania adiabatycznego ania adiabatycznego mimięędzy wlot do silnika i sprdzy wlot do silnika i spręŜęŜarkarkęę i i rozprrozpręŜęŜania adiabatycznego miania adiabatycznego mięędzy dzy turbinturbinęę i dyszi dyszęę wylotowwylotowąą silnika nie silnika nie wpwpłływa na sprawnoywa na sprawnośćść obiegu.obiegu.
�� SprawnoSprawnośćść obiegu Braytona jest taka obiegu Braytona jest taka sama, jak obiegu Joula. sama, jak obiegu Joula.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
8080
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Wzrost sprWzrost spręŜęŜu oznacza podniesie ciu oznacza podniesie ciśśnienia konienia końńcowego cowego sprspręŜęŜania, a co za tym idzie takania, a co za tym idzie takŜŜe koe końńcowej cowej temperatury sprtemperatury spręŜęŜania.ania.
�� Maksymalna temperatura obiegu (TMaksymalna temperatura obiegu (T33) jest ograniczona ) jest ograniczona wytrzymawytrzymałłoośściciąą termiczna termiczna łłopatek turbiny.opatek turbiny.
�� Wzrost sprWzrost spręŜęŜu zwiu zwięększa sprawnoksza sprawnośćść silnika turbinowego i silnika turbinowego i obniobniŜŜa iloa ilośćść ciepciepłła, jaka, jakąą momoŜŜna pobrana pobraćć bez bez przekraczania temperatury maksymalnej.przekraczania temperatury maksymalnej.
�� Przy pewnych parametrach obiegu praca obiegu Przy pewnych parametrach obiegu praca obiegu osiosiąągnie wartognie wartośćść maksymalnmaksymalnąą..
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
8181
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( ) ( )( ) ( )1243
1243
TTcTTcl
iiiil
lll
ppt
t
sprezarkiturbinyt
−•−−•=−−−=
−=
8282
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )
−•−
−••=
==Π===
−•−
−••=
−
11
1
11
max
1max3
1
4
3
1
2
1
21
3
43
ττ
τ κκ
opt
o
pt
TTcl
TTTTT
T
T
T
T
TT
T
TTcl
8383
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
oopt
op
opt
T
T
TT
c
TT
cd
dl
max
2max
2max
0
=
=
−•
−•=
τ
τ
ττ
8484
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )12max1
1
−•−
−
==Π
=Π
κκ
κκ
κκ
τ
τ
ooptopt T
T
8585
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )
max
12
1
max
1
1
11
11
T
T
T
T
oopt
o
opt
−=
−=
Π−=
−••−
−
η
η
η
κκ
κκ
κκ
8686
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Dla temperatury maksymalnej 1100 [K] i Dla temperatury maksymalnej 1100 [K] i temperatury otoczenia 300 [K] otrzymujemytemperatury otoczenia 300 [K] otrzymujemy
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
( )
[%]8,47478,0][1100
][3001
7,9][300][1100 14,,12
4,1
==−=
=
=Π−•
K
K
K
K
opt
opt
η
8787
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
SprawnoSprawnośćść silnika turbinowego silnika turbinowego momoŜŜna zwina zwięększykszyćć przez przez zastosowanie:zastosowanie:
-- chchłłodzenia miodzenia mięędzystopniowegodzystopniowego
-- regeneracjregeneracjęę ciepciepłła a
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
8888
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� W obu przypadkach konieczne jest W obu przypadkach konieczne jest zastosowanie wymiennikzastosowanie wymiennikóów ciepw ciepłąłą..
�� Ze wzglZe wzglęęddóów na masw na masęę i gabaryty i gabaryty wymiennikwymiennikóów ciepw ciepłła cha chłłodzenie odzenie mimięędzystopniowe i regeneracja ciepdzystopniowe i regeneracja ciepłła a stosowane sstosowane sąą w ukw ukłładach adach przemysprzemysłłowych (stacjonarnych). owych (stacjonarnych).
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
8989
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Obieg Braytona stanowi obieg Obieg Braytona stanowi obieg rróównowawnowaŜŜny przebiegowi pracy w ny przebiegowi pracy w silniku strumieniowym.silniku strumieniowym.
�� Silnik strumieniowy skSilnik strumieniowy skłłada siada sięę z z dyfuzora wlotowego spedyfuzora wlotowego spełłniajniająącego rolcego rolęęsprspręŜęŜarki, komory spalania i dyszy arki, komory spalania i dyszy wylotowej spewylotowej spełłniajniająącej rolcej rolęę turbiny. turbiny.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
9090
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
wp
9191
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
oo
o
oo
p
w
p
wp
ppw
pp
••+=
•+=Π
=•+=
212
2
2
2
1
2
2
ρρ
ρ
9292
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Dla poddDla poddźźwiwięękowej prkowej pręędkodkośści lotuci lotu
800 [km/h] = 222 [m/s]800 [km/h] = 222 [m/s]
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
3,1
][102
222225,1
1 5
2
3
=Π•
•
+=ΠPa
s
m
m
kg
9393
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
[%]3,7073,0
3,1
11
11
14,1
4,1
1
==−=
Π−=
−
−
η
ηκκ
9494
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Przy prPrzy pręędkodkośści naddci naddźźwiwięękowej kowej 4 [M] sprawno4 [M] sprawnośćść teoretyczna teoretyczna silnika strumieniowego jest silnika strumieniowego jest wiwięększa od sprawnoksza od sprawnośści ci teoretycznej silnika teoretycznej silnika turboodrzutowego. turboodrzutowego.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
9595
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� W silniku turboodrzutowym moW silniku turboodrzutowym moŜŜliwe liwe jest spalanie paliwa za turbina.jest spalanie paliwa za turbina.
�� DyszDyszęę wylotowa silnika wylotowa silnika turboodrzutowego dostosowana do turboodrzutowego dostosowana do spalania paliwa nazywamy spalania paliwa nazywamy dopalaczem.dopalaczem.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
9696
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
1
7
43
S
T
1
7
6
32
2
5
5
6
4
9797
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg silnika turboodrzutowego z dopalaczem stanowiObieg silnika turboodrzutowego z dopalaczem stanowiąąprzemiany:przemiany:-- 11--2 spr2 spręŜęŜanie adiabatyczne (dynamiczne na wlocie anie adiabatyczne (dynamiczne na wlocie
silnika)silnika)-- 22--3 spr3 spręŜęŜanie adiabatyczne (w spranie adiabatyczne (w spręŜęŜarce silnika)arce silnika)-- 33--4 izobaryczne dostarczenie ciep4 izobaryczne dostarczenie ciepłła (komora spalania a (komora spalania
silnika)silnika)-- 44--5 rozpr5 rozpręŜęŜanie adiabatyczne (na turbinie silnika)anie adiabatyczne (na turbinie silnika)-- 55--6 izobaryczne dostarczenie ciep6 izobaryczne dostarczenie ciepłła (dopalacz)a (dopalacz)-- 55--6 rozpr6 rozpręŜęŜanie adiabatyczne (dynamiczne na dyszy anie adiabatyczne (dynamiczne na dyszy
wylotowej silnika)wylotowej silnika)-- 66--1 izobaryczne oddanie ciep1 izobaryczne oddanie ciepłła a
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
9898
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Maksymalna temperatura w dopalaczu Maksymalna temperatura w dopalaczu nie jest ograniczona wytrzymanie jest ograniczona wytrzymałłoośściciąątermiczntermicznąą łłopatek turbiny.opatek turbiny.
�� W dopalaczu moW dopalaczu moŜŜna stosowana stosowaććtemperatury kotemperatury końńca spalania (Tca spalania (T66) rz) rzęędu du 2000 [K]. 2000 [K].
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
9999
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Spalanie w dopalaczu zachodzi przy Spalanie w dopalaczu zachodzi przy niniŜŜszym ciszym ciśśnieniu ninieniu niŜŜ w komorze w komorze spalania:spalania:
-- sprspręŜęŜ sprspręŜęŜarki arki ΠΠ = p= p33/p/p11
-- „„sprspręŜęŜ”” dopalacza dopalacza ΠΠ = p= p55/p/p11
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
100100
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� SprawnoSprawnośćść dopalacza jest nidopalacza jest niŜŜsza, nisza, niŜŜsprawnosprawnośćść silnika turboodrzutowegosilnika turboodrzutowego
�� SprawnoSprawnośćść silnika turboodrzutowego silnika turboodrzutowego z wz włąłączonym dopalaczem jest niczonym dopalaczem jest niŜŜsza, sza, niniŜŜ z wyz wyłąłączonym dopalaczem czonym dopalaczem
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
101101
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Dopalacz pozwala na:Dopalacz pozwala na:
-- szybki wzrost ciszybki wzrost ciąągu silnika (K [gu silnika (K [daNdaN]) bez ]) bez wzrostu temperatury na turbiniewzrostu temperatury na turbinie
-- lot z prlot z pręędkodkośściciąą wiwięększksząą niniŜŜ maksymalna maksymalna prpręędkodkośćść lotu bez dopalaczalotu bez dopalacza
-- zmniejszenie jednostkowego zuzmniejszenie jednostkowego zuŜŜycia paliwa ycia paliwa dla dudla duŜŜych prych pręędkodkośści lotuci lotu
((bjbj [kg/[kg/daNdaN••hh]).]).
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
102102
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
Kd
Kbj
bjd
wH
103103
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Silnik pulsacyjny jest silnikiem o Silnik pulsacyjny jest silnikiem o spalaniu izochorycznym.spalaniu izochorycznym.
�� Teoretycznie moTeoretycznie moŜŜliwa jest konstrukcja liwa jest konstrukcja silnika pulsacyjnego bezzaworowego silnika pulsacyjnego bezzaworowego pracujpracująącego z czcego z częęstotliwostotliwośściciąąrezonansowrezonansowąą..
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
104104
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
105105
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
V
p
1 3
2
S
T
1
3
2
106106
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Obieg silnika pulsacyjnego stanowiObieg silnika pulsacyjnego stanowiąąprzemiany:przemiany:
-- 11--2 izochoryczne dostarczenie ciep2 izochoryczne dostarczenie ciepłłaa
-- 22--3 rozpr3 rozpręŜęŜanie adiabatyczneanie adiabatyczne
-- 33--1 izobaryczne oddanie ciep1 izobaryczne oddanie ciepłła a
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
107107
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
( )( ) ( )
( )( )12
13
13311,30
122,1
00
1
)(1
)(
TTc
TTc
TTcTTcqq
TTcqq
q
q
q
q
l
v
pt
pp
v
tt
−•−•
−=
−•−=−•==−•==
−+=−+==
η
η
108108
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
κκκ
λ
λ
11
1
2
1
3
2
2
3
1
3
1
3
1
2
1
2
12
31
=
=
===
==
==
p
p
p
p
v
v
v
v
T
T
p
p
T
T
vv
pp
109109
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naSilniki spalinoweSilniki spalinowe
11
1
1
1
1
1
1
21
1
31
−−•−=
−•
−•
•−=
λλκη
κη
κ
T
TT
T
TT
110110
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� SprawnoSprawnośćść silnika pulsacyjnego zalesilnika pulsacyjnego zaleŜŜy od y od wzrostu ciwzrostu ciśśnienia (i temperatury) podczas nienia (i temperatury) podczas spalania.spalania.
�� Przy wzroPrzy wzrośście cicie ciśśnienia nienia λλ = 5 sprawno= 5 sprawnośćśćteoretyczna silnika pulsacyjnego wynositeoretyczna silnika pulsacyjnego wynosi
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
[%]5,24245,01515
4,114,1
1
==−−•−=
η
η
111111
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� SprawnoSprawnośćść silnika pulsacyjnego jest silnika pulsacyjnego jest wywyŜŜsza od sprawnosza od sprawnośści silnika ci silnika strumieniowego.strumieniowego.
�� Ponadto w silniku pulsacyjnym nie Ponadto w silniku pulsacyjnym nie zachodzi sprzachodzi spręŜęŜanie dynamiczne i silnik anie dynamiczne i silnik pulsacyjny w przeciwiepulsacyjny w przeciwieńństwie do stwie do silnika strumieniowego rozwija cisilnika strumieniowego rozwija ciąąg g przy prprzy pręędkodkośści rci róównej zero. wnej zero.
Silniki spalinoweSilniki spalinowe
112112
w15
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
KoniecznoKoniecznośćść stosowania w silniku stosowania w silniku pulsacyjny zaworpulsacyjny zaworóów (samoczynnych) w (samoczynnych) powoduje, powoduje, ŜŜe silnik strumieniowy jest e silnik strumieniowy jest czczęśęściej stosowany od silnika ciej stosowany od silnika pulsacyjnego pulsacyjnego
Silniki spalinoweSilniki spalinowe