 |
5.2 Жану барысын термодинамикалық талдау
|
|
|
|
Термодинамиканың бірінші заң ына сай 1 кг отын ү шін жану барысының жалпы тең деуі
(69)
мұ ндағ ы Нu – жанармайдың тө менгі жылу беру қ абілеттілігі;
– жылуды пайдалану коэффициенті;
и" z, и" c – 1 кмоль қ оламта газдың Tz жә не Tc температурағ а сә йкес ішкі энергиясы;
и" c – 1 кмоль таза тү сімінің с нү ктесіндегі температурағ а сә йкес ішкі энергиясы;
М1, М2 жә не Мr – сә кес тү рде таза тү сімнің, қ оламта газ бен қ алдық газдың 1 кг сұ йық отынғ а есептелген мө лшері, кмоль;
– газдың жану барысындағ ы сыртқ ы жұ мысы.
, (70)
ө йткені 
жоғ арыдағ ы тең деуге бірнеше ө згертулер енгізгенне кейін ол ың ғ алы тү рге келеді
. (71)
Ұ шқ ыннан тұ танатын қ озғ алтқ ыштар ү шін жоғ арыдағ ы тұ жырымғ а сай V=Const, ал 
, олай болса тең деу ық шамдалады
(72)
Жану қ оспасы байытылғ ан жағ дайда (α < 1) отынның толық жануы химиялық тұ рғ ыда мү мкін емес. Сондық тан жанармайдың тө менгі жылу беру қ абілетілігінің азайтылғ ан мө лшерін қ ою керек
(73)
Газ тә різді отын ү шін жану барысының тең деуіне оның 1 кмоль кө леміне шақ талғ ан қ ызу шамасын енгізу қ ажет. Қ осынды қ ұ рамы α ≥ 1 болғ анда жоғ арыдағ ы тең деу былайша тү рленеді
|
|
|
(74)
22, 4 – температурасы 0°С, қ ысымы 0, 1 МПа 1 кмоль газ тә різді отынның кө лемі, м3.
Ал карбюраторлы қ озғ алтқ ыш ү шін жану барысының соң ындағ ы температураны табу ү шін, сол барыстың дизель ү шін қ аралғ ан изобаралық барыс болмайтындығ ын есепке алу қ ажет. Сонда:
(75)
Жану барысын термодинамикалық талдауғ а басты мақ сат – нақ ты циклдың жоғ арғ ы температурасы Тz пен қ ысымын рz анық тау.
Кө рсетілген тең деулерде екі шама – Тz пен газдың ішкі энергиясы (дә лрек айтқ анда, оны анық тау ү шін жылу сыйымдылығ ы қ ажет) белгісіз. Жылу сыйымдылығ ы нақ ты газдың қ ұ рамымен температурасына байланысты ө згеріп тұ ратын қ ұ былмалы шама. Сондық тан жану барысының тең деуін 
жә не 
функцияларын, яғ ни белгісіз ө лшемдердің ө зара сыбайластығ ын пайдалана отырып шешеді.
Тz шамасын анық таудың екі тә сілі бар. Бірі температураны газдың жылу сыйымдылығ ы арқ ылы есептеу, онда жану барысының тең деуі квадраттық тең деуге айналады
(76)
Екіншісі – сұ рыптау немесе біртіндеп жуық тау тә сілі: мұ ның мә нісі ә ртү рлі температура мен соғ ан сә йкес ішкі энергия шамасын тең деуге енгізе отырып, оның тең дігіне қ ол жеткізу.
Дизельдегі жану барысының тең деуінде тағ ы бір белгісіз шама – қ ысым кө терілу дә режесі бар. Нақ ты есептеулерде λ шамасын қ ұ рылымы ұ қ сас қ озғ алтқ ышты қ олдану тә жірибесіне сү йене отырып, ойша белгілейді. Ә детте λ мө лшері 1, 4÷ 2, 2; оның жоғ ары дең гейі откамерасы қ ос қ уысты жә не қ апталдық қ осынды тү зетін қ озғ алтқ ышқ а тә н.
|
|
|
Ал карбюраторлы қ озғ алтқ ыштар ү шін жану барысының соң ындағ ы температураны табу ү шін, сол барыстың дизель ү шін қ аралғ ан изобаралық барыс болмайтындығ ын есепке алу қ ажет. Сонда
(77)
Жану барысының негізгі қ ажетті кө рсеткіштерінің бірі ол жану барысының соң ғ ы кезең індегі газ қ ысымы (рz) болып табылады. Оны анық тау ү шін жану барысының басталғ ан кезі мен аяқ талғ ан кезіндегі газ кү йінің тең деуін бірге шешеміз, яғ ни:
рzVz = R(M2+Mr)Tz; (78)
рcVc = R(M1+Mr) Tc. (79)
Енді жоғ арғ ы тең деуді тө менгі тең деуге бө ліп, газдың молекулярлық ө згеру коэффициентін (μ ) еске ала отырып, ә рі қ арай ө рнектесек мына тең деуді аламыз:
(рzVz)/(рcVc) = μ (Tz / Tc). (80)
Олай болса, іздеп отырғ ан жану барысының соң ғ ы кезіндегі дизельді қ озғ алтқ ыштар ү шін газ қ ысымын анық тау онша қ иын болмайды, яғ ни:
рz = рc (μ Tz/ρ Tc). (81)
Карбюраторлы қ озғ алтқ ыштар ү шін жану барысының соң ғ ы кезіндегі газ қ ысымын сондағ ы жү ретін жану барысының ерекшелігін ескере отырып анық таймыз, яғ ни бұ л кезде, жоғ арыда айтылғ андай, алдын-ала ұ лғ аятын изобаралық барыс болмайды, ал жанғ ан газдың температурасы жану барысының соң ындағ ы газ кү йінің температурасымен анық талады. Олай болса, дизельді қ озғ алтқ ыштар ү шін табылғ ан газ қ ысымының ө рнегіндегі Tz - температураны карбюраторлы қ озғ алтқ ыштың Tz – температурасына алмастырамыз жә не алдын-ала ұ лғ аю коэффициентін ρ =1, 0 деп қ абылдаймыз. Сонда:
|
|
|
рz = рc μ (Tz/Тc). (82)
Осы жоғ арыда кө рсетілген теориялық жолмен анық талғ ан жану барысының кө рсеткіштері қ озғ алтқ ыштағ ы нақ ты жү ретін жану барысының кө рсеткіштерінен аздап алшақ тау болуы мү мкін. Оның, тағ ы да жоғ арыда басқ а барыстарғ а қ арағ анда айтылғ андай, негізгі себебі, қ озғ алтқ ышта жү ретін таза изохоралық, изобаралық немесе адиабаттық барыстар болмайды. Қ озғ алтқ ыш жұ мыс істеген кезінде онда аралас барыс, яғ ни политроптық барыс жү реді. Соның салдарынан жоғ арыда кө рсетілген айырмашылық тардың болуы ешбір қ ателікке жатпайды. Ал тө менде сол алшақ тауларды азайтудың кейбір мү мкіндіктері айтылады.
1. Қ озғ алтқ ыштардың жұ мысы кезіндегі журетін нақ ты барыс ауаның артық тық коэффициентіне α тікелей байланысты болады. Егер бұ л коэффициент α < 1, 0 болса, онда сұ йық жанар май толық жанбайды да, бө лінуге тиісті жылу молшері бө лінбейді. Олай болса жану барысының барлық кө рсеткіштері ө згеше болып шығ ады. Сондық тан, жылуды пайдалану коэффициентін (ξ z) есепке алуымыз керек. Сонда жанғ ан кездегі бө лінетін жылу жанудың тө менгі мө лшердегі жылуы (Ни) мен осы коэффициенттің кө бейтіндісіне тең болады. Ендеше дизельді қ озғ алтқ ыштағ ы жану барысының соң ындағ ы температураны анық тайтын формулағ а осы айтылғ ан ө згерісті енгізу керек. Ал карбюраторлы қ озғ алтқ ышта барлық бө лінетін жылуды Qж=ξ z(Ни-∆ Ни) жану барысының соң ғ ы кезіндегі температураның формуласындағ ы тө менгі мө лшердегі жылудың (Ни) орнына қ ою керек. Мұ ндағ ы жылудың шығ ынын жуық тап мына формуламен анық тайды:
|
|
|
∆ Ни = 119950·(1-α )Lo. (83)
2. Қ озғ алтқ ыштардағ ы нақ ты барысқ а қ атысатын жану қ оспасының да мольдік массасы ауаның молдық коэффициентіне (α ) байланысты анық талуғ а тиіс. Себебі, ауаның мө лшеріне қ арай қ оспаның да сапасы ө згеретіндігін жоғ арыда айтқ анбыз. Олай болса,
M1 = Lo α + 1 / mж. м. , (84)
мұ ндағ ы mж. м = 110÷ 120 сұ йық жанар майдың молекулярлық салмағ ы.
Осылайша қ арастырып отырғ ан қ озғ алтқ ыштардағ ы барыстарғ а ә рбір тиісті жағ дайғ а байланысты ө згертулер енгізіп отыруғ а болады.
Ұ сынатын ә дебиеттер: 1 [116¸ 131]; 2 [72¸ 86]; 8 [88¸ 93]; 12 [79¸ 123].
Тексеру сұ рақ тары
1. Жануғ а қ ажетті ауаның теориялық мә ні қ алай анық талады?
2. Карбюраторлы жә не дизельді қ озғ алтқ ыштардың жану барыстарында айырмашылық бола ма?
3. Жану барысы кезінде цилиндр ішінде қ андай қ ұ былыс болады жә не ол қ озғ алтқ ыш жұ мыс циклының қ ай кезінде жү реді?
4. Ауа мен жанар май қ оспасының қ андай тү рлері болады?
5. Ауаның артық тық кэффициенті нені кө рсетеді?
6. Жану барысы кезінде қ андай молекулярлық ө згеріс болады?
7. Жанғ аннан кейінгі газ қ ысымының артуын қ андай кө рсеткішпен бағ алайды?
|
|
|
