بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق عملکرد سیکل دیزل استاندارد هوا را با استفاده از ترمودینامیک زمان محدود بررسی نمود. در این مدل رابطه بین ظرفیت گرماي ویژه در حجم ثابت با درجه حرارت تعیین شد. رابطه غیر خطی بین گرماهاي ویژه سیال کاري و دماي متناظر با آنها، برگشت ناپذیريهاي حاصل از راندمانهاي تراکم و انبساط و همچنین نسبت قطع پاشش سوخت در نظر گرفته شد. رابطه بین کار خروجی و نسبت تراکم و همچنین رابطه بین کار خروجی و راندمان حرارتی سیکل به دست آمده است. نتایج نشان میدهد، با افزایش برگشت ناپذیري داخلی و پارامتر نسبت قطع پاشش سوخت، ماکزیمم کار خروجی و همچنین راندمان حرارتی در ماکزیمم کار خروجی کاهش مییابد. بیشترین مقدار ماکزیمم کار خروجی و راندمان حرارتی در ماکزیمم کار خروجی به ترتیب 1/23 کیلو ژول و 0/78 در نسبت قطع 1/3 بدون برگشت ناپذیري داخلی به دست میآید.
مقدمه
ترمودینامیک زمان محدود براي آنالیز عملکرد و بهینه سازي سیکل دیزل واقعی روش مناسبی است . در تحقیقاتی آنالیز سیکل دیزل با در نظر گرفتن اثر انتقال حرارت و احتراق، نسبت تراکم و قطع پاشش انجام شد. هدف این بررسی تعیین اثرات پارامترهاي ذکر شده روي کار خالص خروجی و راندمان حرارتی است.[1] همچنین در تحقیقات دیگري آنالیز ترمودینامیکی سیکل دیزل استاندارد هوا ارائه شد. اثر انتقال حرارت، نسبت قطع پاشش، دماي هواي ورودي و ثابتهاي احتراق، با فرض برگشت پذیري همه فرآیندها روي کار خروجی خالص و راندمان حرارتی اسمی بررسی شد. این مطالعه سودمند در طراحی و ارزیابی موتورهاي دیزل است.
[2] عملکرد سیکل اتو استاندارد هوا با استفاده از ترمودینامیک زمان محدود آنالیز شد. رابطه بهینه بین توان خروجی و راندمان حرارتی با ظرفیت گرماهاي ویژه غیر خطی سیال کاري، برگشت ناپذیري داخلی، اتلاف اصطکاك و حرارت به دست آمد. نتایج به دست آمده در طراحی موتورهاي احتراق داخلی موثر است.[3] سیکل دیزل استاندارد هوا برگشت ناپذیر بررسی و ارزیابی توان خروجی خالص و راندمان حرارتی سیکل با در نظر گرفتن پارامترهاي مهم و موثرانجام شد.
[4] در تحقیقاتی اثر انتقال حرارت روي کار خروجی سیکل دیزل آنالیز شد. طراحی بهینه و پارامترهاي موثر در توان و راندمان حرارتی بررسی شد.[5] در این مقاله ظرفیت گرماهاي ویژه متغیر سیال کاري در محدوده دمایی 0-3500K تعیین شد. عملکرد سیکل دیزل برگشت ناپذیر با در نظر گرفتن، نسبت قطع پاشش سوخت و برگشت ناپذیريهاي حاصل از راندمانهاي تراکم و انبساط هنگامی که دماي ماکزیمم سیکل ثابت باشد، مورد مطالعه قرار گرفت.
شبیه سازي ترمودینامیکی فرآیند برگشت ناپذیر دیزل
شکل 1 مدل سیکل دیزل استاندارد هوا را نشان می دهد. مرحله 2s←1یک فرآیند تراکم آدیاباتیک برگشت پذیر است. مرحله 2←1 فرآیند آدیاباتیک برگشت ناپذیر می باشد که برگشت ناپذیري داخلی در فرآیند تراکم واقعی را در نظر گرفته است. مرحله3←2 افزایش حرارت هم فشار می باشد. و مرحله 4s←3 یک فرآیند انبساط آدیاباتیک برگشت پذیر می باشد. مرحله4←3 فرآیند آدیاباتیک برگشت ناپذیر است که برگشت ناپذیري داخلی در فرآیند انبساط واقعی را در نظر گرفته است. و مرحله 1←4 گرماي از دست داده شده فرآیند هم حجم می باشد.
در اغلب مدلهاي سیکل با تغییرات دمایی کوچک فرض میشود، سیال کاري مانند گاز ایده ال با گرماهاي ویژه ثابت رفتار میکند. این فرض براي تغییرات دمایی بزرگ که سیکلهاي واقعی با آن مواجه هستند، به کار نمیرود. دادههاي ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت و درجه حرارت از منبع [6] استخراج شد. با استفاده از این دادهها معادلات ظرفیت گرماي ویژه در حجم ثابت براي دو محدوده درجه حرارت به دست میآید.
به علت وابستگی Cp و Cv به دما، توان آدیاباتیک k=Cp/Cv با دما تغییر میکند . بنابراین معادله اي را که در فرآیند آدیاباتیک برگشت پذیر با k ثابت استفاده می شد را نمی توان در فرآیند آدیاباتیک برگشت پذیر با k متغیر به کار برد. تقریب مناسب براي فرآیند آدیاباتیک با k متغیر را می توان به دست آورد . این فرآیند میتواند به تعداد زیادي فرایندهاي کوچک جدا نشدنی تبدیل شود و براي هر یک از این فرآیندها توان آدیاباتیک k می تواند ثابت در نظر گرفته شود.
هنگامی که rc، T1، T3،ηc و ηe معلومند، T2s از معادله - 11 - به دست میآید. T2 با جایگذاري T2s در معادله - 6 - ، T4s از معادله - - 12 و سرانجام T4، با جایگذاري T4s در معادله - 7 - حاصل میشود. با جایگذاري T2 و T4 در معادلات - 15 - و - 16 - کار خروجی و راندمان حرارتی حاصل میشوند. شکل 2 تاثیر برگشت ناپذیري داخلی و نسبت قطع پاشش روي کار خروجی در مقابل نسبت تراکم است. نسبت تراکم اثر مهمی روي کار خروجی دارد. با افزایش میزان نسبت تراکم نخست کار خروجی افزایش و پس از رسیدن به مقدار ماکزیمم با شدت بیشتري کاهش مییابد . ماکزیمم کار خروجی براي حالتهاي 1 تا 4 به ترتیب 0/85، 0/97، 0/78 و 0/91 کیلو ژول در نسبت تراکمهاي 13، 12، 12 و 11 است. مقایسه منحنیهاي 1 با 3 و 2 با 4، اثر برگشت ناپذیري داخلی روي توان خروجی سیکل در نسبت قطع پاشش 3/1 و 2/4 را نشان میدهد. همچنین مقایسه منحنیهاي 1 با 2 و 3 با 4 اثر نسبت قطع پاشش روي توان خروجی با و بدون برگشت ناپذیري داخلی سیکل میباشد .
افزایش برگشت ناپذیري داخلی در نسبت تراکم 3/1 و 2/4 به ترتیب موجب کاهش 7/24 و 6/22 درصد ماکزیمم کار خروجی میشود. کاهش نسبت قطع پاشش از 3/1 به 2/4 بدون برگشت ناپذیري داخلی و با برگشت ناپذیري داخلی به ترتیب موجب افزایش 14/2 و 15/4 درصد ماکزیمم کار خروجی میشود. افزایش نسبت قطع پاشش منجر به افزایش T4 میشود که در نهایت کار خروجی و راندمان حرارتی را کاهش میدهد - معادلات 15 و . - 16
