Wzrost temperatury podczas sprężania

Search for glossary terms (regular expression allowed)
Term Definition
Wzrost temperatury podczas sprężania

Zmniejszając objętość gazu podnosimy jego temperaturę.

Zjawisko to opisuje równanie Poissona:

rownianie poisonna

gdzie:

  • V - objętość [dm3],
  • T - temperatura [K]
  • κ (kappa) - wykładnik adiabaty - dla powietrza κ = 1.4

Powyższe równanie jest prawdziwe dla przemiany adiabatycznej (przemiana adiabatyczna to zjawisko, w którym nie zachodzi wymiana ciepła z otoczeniem). Silnik spalinowy nie jest maszyną adiabatyczną, niemniej sam proces sprężania zachodzi tak szybko, że możemy uznać w przybliżeniu do dalszych obliczeń, iż jest adiabatyczny.

 

Wyobraźmy sobie strzykawkę o pojemności 1 litra. Jest w niej powietrze o temperaturze 20C. Zamykamy strzykawkę aby była szczelna i ściskamy szybko tłok w taki sposób aby objętość zamkniętej przestrzeni zmniejszyła się o połowę - do 0.5 litra.

Pytanie jaka będzie temperatura powietrza w zamkniętej przestrzeni?

wzrost temperatury sprezania

 

Spróbujmy obliczyć temperaturę końca sprężania ze wzorów.

Ponieważ przestrzeń jest zamknięta i zakładamy adiabatyczną przemianę to:

uklad rownan poissona

po wstawieniu wartości otrzymujemy temperaturę T2=114C.

Oznacza to, że po zmniejszeniu objętości gazu o połowę, temperatura gazu wzrosła prawie o 100C.

 

UWAGA. Do powyższych wzorów należy podstawić wartości w K (Kelwinach).

 

Jeśli będziemy sprężać bardziej gaz, to temperatura będzie rosła jeszcze bardziej.

W tabelce poniżej zawarłem temperatury powietrza w zależności od ciśnienia.

ε to stopień sprężania, stosunek V1/V2 to iloraz objętości przed zmianą objętości i po zmianie (dla powyższego przypadku będzie to 2).

W trzeciej kolumnie podałem temperaturę końca sprężania (początkowa temperatura wynosiła t1=20C).

 

 

Stopień sprężania ε

stosunek objetosci

Temperatura końca sprężania [C]
3 2 114
4 3 181
6 5 285
11 10 463
16 15 592
21 20 698

 

Teraz te same zależnośc umieszczone na wykresie.

wzrost temperatury w zaleznosci od stopnia sprezania

Podsumujmy - zmniejszając objętość gazu podnosimy jego temperaturę.

 

Wróćmy teraz do liczby oktanowej.

Załóżmy, że w analizowanej strzykawce jest stechiometryczna mieszanka paliwa z powietrzem. Jeśli będziemy zmniejszać objętość to wzrośnie temperatura.

Przy zbyt niskiej liczbie oktanowej ściśnięta mieszanka paliwa z powietrzem zapali się sama (w normalnym silniku, jeszcze przed wystąpieniem iskry zapłonowej).

Mówiąc w uproszczeniu liczba oktanowa określa nam więc jak bardzo możemy zmniejszyć objętość mieszanki paliwa z powietrzem, aby nie doszło do samoczynnego wybuchu (samozapłonu).

 

Przypomnijmy jeszcze zależność liczby oktanowej od możliwego do osiągnięcia stopnia sprężania w silniku.

 

liczba oktanowa i stopień sprężania

Jeszcze 100 lat temu nieprzekraczalny stopnień sprężania wynosił ε=4, właśnie z powodu spalania stukowego.

Charles Franklin Kettering odkrył, że dodanie czteretylku ołowiu znacznie podnosi liczbę oktanową, co umożliwiło podniesienie stopnia sprężania silników, wzrost mocy, oraz sprawności.

 

Synonyms: temperatury gazu podcza sprzężania
comments powered by Disqus

 

Szybkie łącze - kliknij w obrazek i zobacz listę narzędzi AutoTURN.autoturn narzędzia