W15 Silniki spalinowejerzy.olencki.eu/pliki/file/PDF/dtermo/dwt/dwt15.pdfObieg Braytona...

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


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. .


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).


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.


77

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


88

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


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


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


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

−+−++=−+−+−=

=−+=−+−=

=+=


1414

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz

na

( )( )344,34,3

122,12,1

SSTSTQ

SSTSTQ

dd

gg

−•=∆•=

−•=∆•=


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

QQ

Q

L

g

d

g

d

pob

ob

−•−•+

−•−•+=

+=+

==

η

η


1616

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz

na

g

d

T

T−=1η


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.


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)


1919

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


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).


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.


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.


2424

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


2525

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


2626

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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.


2828

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


2929

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


3030

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


3131

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


3333

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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.


3535

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( )( ) ( )

( )( )23

14

14411,40

233,2

00

1

)(1

)(

TTc

TTc

TTcTTcqq

TTcqq

q

q

q

qq

q

l

v

vt

vv

v

tt

−•−•−=

−•−=−•==−•==

−+=−+==

η

η

3636

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


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 [%].


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.


4040

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


4141

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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.


4343

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( )( ) ( )

( )( ) 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

qq

q

l

p

vt

vv

p

tt

κη

η

4444

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


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).


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.


1111

lim1

=

−−•

→ ϕϕ

κ

κ

ϕ

4848

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( )

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 [%].


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.


5151

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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.


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.


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.


5555

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


5656

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


5757

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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.


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.


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.


6161

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


spręŜarka

komora spalania

turbina

6262

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


6363

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


6464

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


6565

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


6666

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


6767

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


6868

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


6969

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


7070

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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.


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.


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.


7474

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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.


7676

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( )( ) ( )

( )( )23

14

14411,40

233,2

00

1

)(1

)(

TTc

TTc

TTcTTcqq

TTcqq

q

q

q

qq

q

l

p

pt

pp

p

tt

−•−•

−=

−•−=−•==

−•==

−+=−+==

η

η

7777

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


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.


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..


8181

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( ) ( )( ) ( )1243

1243

TTcTTcl

iiiil

lll

ppt

t

sprezarkiturbinyt

−•−−•=−−−=

−=

8282

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( )

−•−

−••=

==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


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


( )12max1

1

−•−

−

==Π

=Π

κκ

κκ

κκ

τ

τ

ooptopt T

T

8585

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( )

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


( )

[%]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


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).


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.


9090

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


wp

9191

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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]


3,1

][102

222225,1

1 5

2

3

=Π•

•

+=ΠPa

s

m

m

kg

9393

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


[%]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.


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.


9696

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


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].


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


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


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]).]).


102102

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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..


104104

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


105105

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


107107

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


( )( ) ( )

( )( )12

13

13311,30

122,1

00

1

)(1

)(

TTc

TTc

TTcTTcqq

TTcqq

q

q

q

qq

q

l

v

pt

pp

v

tt

−•−•

−=

−•−=−•==−•==

−+=−+==

η

η

108108

w15

Ter

mod

ynam

ika

tech

nicz


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


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


[%]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.


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


W15 Silniki spalinowejerzy.olencki.eu/pliki/file/PDF/dtermo/dwt/dwt15.pdfObieg Braytona...

Documents

Transcript of W15 Silniki spalinowejerzy.olencki.eu/pliki/file/PDF/dtermo/dwt/dwt15.pdfObieg Braytona...