Wzrost temperatury podczas sprężania

Search for glossary terms (regular expression allowed)
Begin with Contains Exact termSounds like
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.

 

comments powered by Disqus

 

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