Автор Тема: Двигатель на углекислом газе  (Прочитано 2512 раз)

Олег Владимирович Лавринович и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Двигатель на углекислом газе
« : 13 Апрель 2019, 21:15:03 »


Задача.
Двигатель работает на углекислом газе.
Давление кипения в балоне \(p_0=65.29~кгс/см^2\) при \(25^\circ~\)С.
\(1~кгс/см^2=98066.5~Па\).
Перед подачей в цилиндр газ нагревается до \(t_0=500^\circ~\)С.
Степень расширения в цилиндре \(k=10\).
Объём цилиндра \(V_0=2~см^3\).
Процесс в цилиндре адиабатный.

Найти мощность \(P\) при \(n_0=3000~ об/мин\).
Найти расход газа \(q\).

Клапан включается в верхней мертвой точке.
Ходом поршня за время заполнения камеры газом пренебречь.
Учитывать все фазы работы.
Выхлоп в атмосферу, \(p_{a}=1~атм\),   \(1~атм\equiv 101325~Па\).

Параметры газа.
Изобарная теплоёмкость \(CO_2\) в \(\displaystyle \frac{Дж}{моль \cdot K}\) равна
\(\displaystyle c_p=a+b~T+\frac{c}{T^2}\), где \(a=44.14;~~b=9.04 \cdot 10^{-3};~~c=-8.54 \cdot 10^5\)
в диапазоне температур \(298-2500^\circ\)K.

Газовая постоянная \(\displaystyle R=8.314462618~\frac{Дж}{моль \cdot K}\).

Молекулярная масса углекислого газа \(\mu_{co2}=44.01\) грамм.
« Последнее редактирование: 16 Август 2019, 12:46:21 от Ost »

Большой Форум

Двигатель на углекислом газе
« : 13 Апрель 2019, 21:15:03 »
Загрузка...

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 12111
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1636/-1142
  • Пол: Мужской
  • nemo curat
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #1 : 16 Апрель 2019, 19:53:30 »
А, ведь, казалось бы, расход зависит только от скорости подачи газа и той части времени, кода верхний клапан открыт. А эта часть времени никак не зависит от скорости вращения. Клапан открыт, допустим в 10% времени от общего. И никак скорость вращения это соотношение не поменяет... ?

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #2 : 16 Апрель 2019, 21:10:47 »
А, ведь, казалось бы, расход зависит только от скорости подачи газа и той части времени, кода верхний клапан открыт. А эта часть времени никак не зависит от скорости вращения. Клапан открыт, допустим в 10% времени от общего. И никак скорость вращения это соотношение не поменяет... ?
Начальный объём газа в цилиндре определяется моментом закрытия клапана.
Это примерно \(\displaystyle \frac{V_0}{k}\).
« Последнее редактирование: 09 Июнь 2019, 14:50:48 от Ost »

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 12111
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1636/-1142
  • Пол: Мужской
  • nemo curat
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #3 : 16 Апрель 2019, 21:28:57 »
Начальный объём газа в цилиндре определяется моментом закрытия клапана.
Это примерно \(\frac{V_0}{k}\).

Вопрос про верхний шариковый клапан. Ведь та часть времени, когда он открыт, нe зависит от скорости вращения. Допустим, он  открыт в 10% времени от полного оборота. Тогда, эти 10% никак не зависят ор скорости вращения. А расход зависит толко от скорости подачи газа из баллона, и от этих 10%, которые константа.
« Последнее редактирование: 16 Апрель 2019, 21:39:54 от ER* »

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #4 : 16 Апрель 2019, 22:08:41 »
Вопрос про верхний шариковый клапан. Ведь та часть времени, когда он открыт, нe зависит от скорости вращения. Допустим, он  открыт в 10% времени от полного оборота. Тогда, эти 10% никак не зависят от скорости вращения. А расход зависит только от скорости подачи газа из баллона, и от этих 10%, которые константа.
Предполагается, что гидравлика не ограничивает подачу газа в пределах допустимых оборотов двигателя.
Газ с параметрами \(p_0\), \(t_0\) заполняет объём, до момента отсечки клапана
практически мгновенно, смешиваясь с газом предыдущего цикла после его сжатия обратным ходом поршня.

При повышении оборотов выше расчётного, подача газа будет ограничена гидравлическим сопротивлением клапана, как Вы предполагаете.
Не будем усложнять задачу расчётом работы клапана.
« Последнее редактирование: 17 Апрель 2019, 18:02:30 от Ost »

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #5 : 06 Июнь 2019, 20:08:36 »
Введём индексацию параметров газа в каждой фазе работы.
0 - начальные параметры газа.

Первый индекс - процессы:
1 - смешивание.
2 - расширение.
3 - выхлоп в атмосферу.
4 - сжатие остаточного газа.

Второй индекс - положение поршня:
2 - верхняя мертвая точка.
1 - завершение расширения.
0 - завершение выхлопа. Нижняя мертвая точка.

« Последнее редактирование: 13 Август 2019, 15:09:11 от Ost »

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #6 : 20 Июнь 2019, 13:35:23 »
\(\displaystyle V_k=\frac{V_0}{k}~-\) объём газа в верхней мёртвой точке (\(2\)).

В верхней точке \(2\) газ \(p_{42}\), \(T_{42}\), \(\displaystyle V_{42}=V_k\), смешивается с газом поступающим из клапана \(p_{0}\), \(T_{0}\).
Состояние после смешивания \(p_{12}=p_0\), \(T_{12}\), \(V_{12}=V_{42}\).

При ходе поршня вниз газ изменяет состояние с  \(p_{22}=p_{12}\), \(T_{22}=T_{12}\), \(V_{22}=V_{12}\) на \(p_{21}\), \(T_{21}\), \(V_{21}=V_0\) в нижней точке (\(1\)).

В нижней точке начинается выхлоп, газ изменяет состояние с \(p_{31}=p_{21}\), \(T_{31}=T_{21}\), \(V_{31}=V_{21}\) на \(p_{30}=p_a\), \(T_{30}\), \(V_{30}\).

При сжатии остаточного газа он изменяет состояние с \(p_{41}=p_{30}\), \(T_{41}=T_{30}\), \(V_{41}=V_{0}\)  на \(p_{42}\), \(T_{42}\), \(\displaystyle V_{42}\).

 ...
« Последнее редактирование: 26 Июнь 2019, 18:26:02 от Ost »

Онлайн Вашкевич Виктор

  • Гигант мысли
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 78999
  • Страна: lv
  • Рейтинг: +1323/-3733
  • Пол: Мужской
  • Рыцарь теории эфира.
    • Партия Перемен
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #7 : 07 Август 2019, 07:22:07 »


Задача.
Двигатель работает на углекислом газе.
Давление кипения в балоне \(p_0=60~кгс/см^2\).
Перед подачей в цилиндр газ нагревается до \(t_0=500^\circ~\)С.
Степень расширения в цилиндре \(k=10\).
Объём цилиндра \(V_0=2~см^3\).
Процесс в цилиндре адиабатный.

Найти мощность \(P\) при \(n_0=3000~ об/мин\).
Найти расход газа \(q\).

Клапан включается в верхней мертвой точке.
Ходом поршня за время заполнения камеры газом пренебречь.
Учитывать все фазы работы.
Выхлоп в атмосферу, \(p_{a}=1~ат\).

Параметры газа.
Изобарная теплоёмкость \(CO_2\) в \(\displaystyle \frac{Дж}{моль \cdot K}\) равна
\(\displaystyle c_p=a+b~T+\frac{c}{T^2}\), где \(a=44.14;~~b=9.04 \cdot 10^{-3};~~c=-8.54 \cdot 10^5\)
в диапазоне температур \(298-2500^\circ\)K.


А зачем газ разогревается до 500 градусов?
Да и на схеме "подогревателя" нет.

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #8 : 07 Август 2019, 08:49:12 »

А зачем газ разогревается до 500 градусов?
Да и на схеме "подогревателя" нет.

Цитировать
А зачем газ разогревается до 500 градусов?
При высокой температуре больше работоспособность газа.

Цитировать
Да и на схеме "подогревателя" нет.
Условно считаем, что это верхняя горизонтальная трубка.

Онлайн Вашкевич Виктор

  • Гигант мысли
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 78999
  • Страна: lv
  • Рейтинг: +1323/-3733
  • Пол: Мужской
  • Рыцарь теории эфира.
    • Партия Перемен
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #9 : 07 Август 2019, 16:14:12 »
При высокой температуре больше работоспособность газа.
Условно считаем, что это верхняя горизонтальная трубка.

В балоне с углекислотой при комнатной  температуре давление в 60 атмосфер.
Куда вам еще большая работоспособность?
Не надо условно. Считайте эту горизонтальную трубку разогревателем от  окружающей среды - в 20 градусов Цельсия - и получите безтопливный двигатель. 

Онлайн Вашкевич Виктор

  • Гигант мысли
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 78999
  • Страна: lv
  • Рейтинг: +1323/-3733
  • Пол: Мужской
  • Рыцарь теории эфира.
    • Партия Перемен
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #10 : 07 Август 2019, 19:51:00 »
Вот же, царь Долдон! При разогреве увеличивается объем газа и те же количества,которые исчерпываются наперстком цилиндра за 100 циклов, исчерпаются за 10000! Только и всего.  Поршневой мотор черпает объемом своего рабочего цилиндра. Танковый дизель запускается от сжатого воздуха из баллона, которого хватает на десятки секунд работы мотора, пока не заведется от солярки. А тот же газ, нагретый до пятьсот крутил бы двигатель час. А это же количество воздуха разогретое горением дизтоплива до 1900 цельсия, хватает на часы.
Сам же говоришь, давление, главнее всего. Но чем легче газ  тем меньше в массовом отношении его расходуется при прочих равных. Простая арифметика.

Зачем разогревать, жечь какое-то топливо, если давление в баллоне  углекислого газа при комнатной температуре 60 атмосфер.
Так ты и вправду  агент мировой закулисы, дипломированный лакей  топливных монополий?


Онлайн Вашкевич Виктор

  • Гигант мысли
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 78999
  • Страна: lv
  • Рейтинг: +1323/-3733
  • Пол: Мужской
  • Рыцарь теории эфира.
    • Партия Перемен
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #11 : 07 Август 2019, 21:15:52 »
Ты дурак или прикидываешься? Есть у тебя 60 литров газа при давлении 60 атм. Двигатель твой имеет 1 литр цилиндр(цилиндр с поршнем, это как шприц, сколько наберет, столько и выплюнет. ) Так вот , литровый двигатель съест твой газ , допустим,  за 60 ходов. А если ты газ серьезно нагреешь, то при давлении 60 атм его станет 60000литров. И кушать эти расширившиеся литры тот же шприц будет 60000 ходов.
 Если учился в школе, то сообразишь с подсказки 60000 больше,чем 60. То есть, на нагретом газе пробег твоего детандера(а двигатель на углекислом, типичный детандер) существенно больше при прочих равных.

Ты мне мозги не люби.
У тебя есть баллон с газом, давление  в котором 60 атмосфер. Ты представляешь водяной котел с давлением  водяного пара в 60 атмосфер?
Но для того чтоб получит давление пара воды сколько нужносжечь топлива, а тут никакого топлива не нужно жечь...
Не выступай ты лучше адвокатом Чубайса...

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #12 : 07 Август 2019, 22:46:12 »
В балоне с углекислотой при комнатной  температуре давление в 60 атмосфер.
Куда вам еще большая работоспособность?
Не надо условно. Считайте эту горизонтальную трубку разогревателем от  окружающей среды - в 20 градусов Цельсия - и получите безтопливный двигатель.
Буду солнышком греть.
Из алюминиевого полированного листа сделаю концентратор.

Онлайн Вашкевич Виктор

  • Гигант мысли
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 78999
  • Страна: lv
  • Рейтинг: +1323/-3733
  • Пол: Мужской
  • Рыцарь теории эфира.
    • Партия Перемен
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #13 : 07 Август 2019, 23:22:17 »
Буду солнышком греть.
Из алюминиевого полированного листа сделаю концентратор.


Зачем  греть, если давление  при комнатной температуре 60 атмосфер?

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #14 : 08 Август 2019, 15:38:24 »

Зачем  греть, если давление  при комнатной температуре 60 атмосфер?

При высокой температуре к.п.д. двигателя будет значительно выше и объём газа больше в \(\displaystyle \frac{273.15+500}{273.15+20}=2.637\) раз.

Писать только по теме.

Онлайн Вашкевич Виктор

  • Гигант мысли
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 78999
  • Страна: lv
  • Рейтинг: +1323/-3733
  • Пол: Мужской
  • Рыцарь теории эфира.
    • Партия Перемен
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #15 : 08 Август 2019, 20:39:33 »
При высокой температуре к.п.д. двигателя будет значительно выше и объём газа больше в \(\displaystyle \frac{273.15+500}{273.15+20}=2.637\) раз.

Писать только по теме.

А при отказе от нагревания кпд двигателя будет больше единицы.

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #16 : 09 Август 2019, 11:58:52 »
А при отказе от нагревания кпд двигателя будет больше единицы.
КПД по определению не может быть больше единицы, так как
показывает какая часть подведенной к приводу энергии превращается в работу.
Чтобы двигатель работал, необходимо сначала заправить баллон и на это расходуется энергия.
Получается такая цепочка. Электродвигатель - компрессор - баллон - двигатель.
Только небольшая часть эквивалента электрической энергии будет реализована в механическую работу двигателя.
Результирующий КПД цепочки будет существенно меньше единицы.
При нагреве появляется дополнительный источник энергии и работа будет соответственно больше.
« Последнее редактирование: 09 Август 2019, 12:05:52 от Ost »

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 12111
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1636/-1142
  • Пол: Мужской
  • nemo curat
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #17 : 09 Август 2019, 12:47:20 »
Немного не по теме. :)

КПД по определению не может быть больше единицы,

Это только, если не нарушается закон сохранения энергии. :)

Допустим, он не нарушается. Рассмотрим какую-нибудь систему без диссипативного исчезновения энергии (типа потерь на трение, потерь на нагрев, и пр.). Например, система из \( i \) тел. Рассмотрим скорости этих тел в какие-нибудь моменты времени 1 и 2. Скорости частиц в эти моменты времени обозначим как \( v \) и \( V \). Закон сохранения энергии:

\( \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i v_i^2 = \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i V_i^2 \) ;

При переходе в какую-нибудь иную систему отсчёта, движущуюся со скоростью \( u \):

\( \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (v_i-u)^2 = \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (V_i-u)^2 \) ;

\( \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (v_i^2 -2uv_i + u^2) = \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (V_i^2-2uV_i + u^2) \) ;

тогда

\( \sum\limits_{i} m_i u v_i = \sum\limits_{i} m_i u V_i \)  ;

\( \sum\limits_{i} m_i v_i = \sum\limits_{i} m_i V_i \) ;

Получили закон сохранения импульса. Получется, Вы согласны с ЗСЭ, но не согласны с ЗСИ (инерциоиды). Но, ведь, одно следует из другого?  :)
« Последнее редактирование: 09 Август 2019, 13:08:31 от ER* »

Оффлайн Ost

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 777
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +214/-28
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #18 : 09 Август 2019, 13:35:22 »
Немного не по теме. :)

Это только, если не нарушается закон сохранения энергии. :)

Допустим, он не нарушается. Рассмотрим какую-нибудь систему без диссипативного исчезновения энергии (типа потерь на трение, потерь на нагрев, и пр.). Например, система из \( i \) тел. Рассмотрим скорости этих тел в какие-нибудь моменты времени 1 и 2. Скорости частиц в эти моменты времени обозначим как \( v \) и \( V \). Закон сохранения энергии:

\( \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i v_i^2 = \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i V_i^2 \) ;

При переходе в какую-нибудь иную систему отсчёта, движущуюся со скоростью \( u \):

\( \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (v_i-u)^2 = \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (V_i-u)^2 \) ;

\( \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (v_i^2 -2uv_i + u^2) = \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i (V_i^2-2uV_i + u^2) \) ;

тогда

\( \sum\limits_{i} m_i u v_i = \sum\limits_{i} m_i u V_i \)  ;

\( \sum\limits_{i} m_i v_i = \sum\limits_{i} m_i V_i \) ;

Получили закон сохранения импульса. Получается, Вы согласны с ЗСЭ, но не согласны с ЗСИ (инерциоиды). Но, ведь, одно следует из другого?  :)
Предполагается, что движение инерцоида происходит под действием гироскопических сил.
Гироскопические силы по определению не совершают работы.
В этом случае происходит передача части механической энергии системы центру масс.
Баланс энергии не нарушается.



Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 12111
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1636/-1142
  • Пол: Мужской
  • nemo curat
Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #19 : 09 Август 2019, 13:45:23 »
происходит передача части механической энергии системы центру масс.
Баланс энергии не нарушается.

Хорошо, баланс энергии не нарушается. Тогда слева - механическая энергия до передачи её части ЦМ, а справа - после:

\( \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i v_i^2 = \frac{1}{2} \sum\limits_{i} m_i V_i^2 \) ;

Но, если эта запись справедлива, тогда и автоматически выполняется ЗСИ, а, следовательно, ЦМ инерциоида HE может изменить свою скорость. Как же быть? :)
« Последнее редактирование: 09 Август 2019, 14:03:34 от ER* »

Большой Форум

Re: Двигатель на углекислом газе
« Ответ #19 : 09 Август 2019, 13:45:23 »
Загрузка...