6 Дәріс. Ұлғаю және шығару барыстары. Жылу балансы

6 Дә ріс. Ұ лғ аю жә не шығ ару барыстары. Жылу балансы

6. 1 Ұ лғ аю барысының парметрлерін анық тау

 

Ұ лғ аю барысы іштен жанатын поршенді қ озғ алтқ ыштар барыстарының ішіндегі ең пайдалы барысқ а жатады. Себебі, осы барыс кезінде ғ ана қ озғ алтқ ыш энергияны сыртқ а шығ ара алады, ал басқ а барыстар кезінде ол тек сыртқ ы энергияның кө мегімен ғ ана жұ мыс істей алады. Олай болса бұ л барысты жұ мысшы барысы деп атауғ а болады.

Ұ лғ аю барысы оның алдында болғ ан жану барысының нә тижесінде іске асады. Ө йткені жану барысы кезінде, цилиндр ішіндегі жанғ ан газдың қ ысымы кө теріледі де, ол енді, піспекті ЖӨ Н-ден ТӨ Н-ге қ арай ү лкен кү ш арқ ылы итереді.

Соның нә тижесінде қ озғ алтқ ыштың иінді білігі сырттағ ы кедергіні жең іп кү шпен итеріп отырады. Енді сол барыстың кө рсеткіштерін теория арқ ылы анық тауғ а болады. Іштен жанатынн қ озғ алтқ ыштардың ұ лғ аю барысын адиабаттық барысы деп есептейді. Себебі, бұ л кезде жанғ ан газбен қ озғ алтқ ыш бө лшектерінің аралығ ында жылу алмасуы болмайды деп қ абылдауғ а болады. Бірақ, шын мә нінде, олай емес екендігіне тө менде оғ ан кө з жеткізуге болады. Ал барыстың кө рсеткіштерін анық тауды аз да болса оң айлату ү шін, алдымен бұ л барысты адиабаттық барысы деп қ арастырып, оның кө рсеткіштерін теориялық жолмен анық тауғ а болады. Олай болса адиабаттық барысы кезіндегі газ қ ысымы мына заң дылық қ а бағ ынады:  

                                           р_b V_b^k = р_z  V_z^k ,                                             (85)

мұ нда: р_b мен V_b^k  – ұ лғ аю кезіндегі газдың қ ысымы мен кө лемінің кез келген уақ ыттағ ы мә ндері, ал k – адиабаттық барыстың кө рсеткіші.

Енді осы ө рнектен ұ лғ аю барысы соң ындағ ы газ қ ысымы анық талады:  

                                        р_b  = р_z ( V_z / V_b )^k.                                       (86)

Алдың ғ ы тақ ырыптарда айтылғ ан ұ ғ ымдарды ескере отырып, қ ысымды мына ө рнекпен анық тауғ а болады                                            

р_b = р_z (ρ /ε ) ^k,

мұ ндағ ы: ρ – қ ысымның алдын ала ұ лғ аю коэффициенті. Сондық тан, осы ө рнекті дизельді қ озғ алтқ ыш ү шін қ олдануғ а болады, ал карбюраторлы қ озғ алтқ ыштар ү шін бұ л коэффициент ρ =1. Олай болса карбюраторлы қ озғ алтқ ыштар ү шін:  

                                               р_b = p_z·ε ^{k -1}.                                             (87)   

Ұ лғ аю барысы кезінде газдың температурасы ұ лғ айғ ан сайын, ол азая береді. Сондық тан, барыстың бастапқ ы жә не соң ғ ы кезіндегі газ температурасын анық тағ ан жө н. Олай болса барыстың бастапқ ы кезіндегі газ температурасы  жану барысының соң ындағ ы газдың температурасымен (T_z) бірдей болады. Ал ұ лғ аю барысының соң ындағ ы температураны (T_b) газ кү йінің сипаттамалық тең деуі мен адиабаттық барыстың заң дылығ ын ө рнектейтін тең деумен қ атар шеше отырып анық тайды. Сонда:  

                               T_b = T_z (V_z / V_b )^{k – 1} = T_z (ρ / ε )^{k – 1}.                                     (88)

Бұ л формуланы дизельді қ озғ алтқ ыштар ү шін қ олдануғ а болады, ал карбюраторлы қ озғ алтқ ыштарда алдын-ала ұ лғ аю барысы орын алмайтындық тан, олар ү шін мына формуланы қ олданғ ан жө н:

                                  T_b = T_z ( V_z / V_b )^{k – 1} = T_z /ε ^k-1.                           (89)

Іштен жанатын қ озғ алтқ ыштардағ ы нақ ты ұ лғ аю барысы адиабаттық барыстан ө згеше болады. Оның негізгі себептеріне ұ лғ аю кезіндегі жылу алмасу барысы бірге жү ретіндігін жатқ ызуғ а болады. Ол кезде жану қ оспасы бірден толық жанып бітпегендіктен, ұ лғ аю барысы кезінде де ә рі қ арай жанып, жылулық бө ліне береді. Оның ү стіне қ озғ алтқ ыштың бө лшектері мен жанғ ан газдың температурасында ү лкен айырмашылық болғ андық тан, олардың аралығ ындағ ы жылу алмасу барысы ө те жедел жү реді де, жылу мө лшері шығ ынғ а ұ шырайды. Осыларғ а қ осымша, газ жанғ андағ ы бө лініп шығ атын жылу ұ лғ аю барысы кезіндегі сырттағ ы жұ мысқ а толық айнала алмағ андық тан, газбен бірге сыртқ а шығ ып біршама жылу шығ ын тудырады. Міне осы жағ дайларды есепке алатындай болсақ, онда бұ л ұ лғ аю барысы адиабаттық барысқ а келмейтіндігі байқ алады.

Қ озғ алтқ ыш жұ мыс істеген кезіндегі нақ ты ұ лғ аю барысы адиабаттық барыстың заң дылығ ымен емес, политроптық, яғ ни аралас барысы заң дылығ ы арқ ылы жү реді. Олай болса барыстың адиабаттық кө рсеткішін (k) политроптық барыстың оратша кө рсеткішіне (n₂) алмастырылса болғ аны.

Ұ лғ аю политропасының орташа кө рсеткіші n₂ деп жұ мысы, ұ лғ айып жатқ ан газ кө рсеткіші айнымалы кезінде орындайтын жұ мысқ а тең болатын тұ рақ ты кө рсеткішті айтады.

Ал политроптық барыстың оратша кө рсеткіші, тә жірибе арқ ылы дә лелденеді, адиабаттық барыстың кө рсеткішінің орташа мә ніндей болады, яғ ни сонда дизельдік қ озғ алтқ ыштар ү шін n₂ = 1, 22¸ 1, 25, ал карбюраторлы қ озғ алтқ ыштар ү шін n₂ = 1, 25¸ 1, 33 тең болады екен. Олай болса, ұ лғ аю барысы кезіндегі газ кө рсеткіштерін айтылғ ан заң дылық тарды пайдалана отырып анық тауғ а болады.

 

6. 2 Шығ ару барысы

 

Іштей жанатын қ озғ алтқ ыштардың шығ ару барысының да басқ а барыстар сияқ ты маң ызы бар. Себебі, осы шығ ару барысы ғ ылыми тұ рғ ыдан ретке келтірілмесе, онда қ озғ алқ ыш жұ мысына кө птеген зиян келеді, яғ ни қ озғ алтқ ыштың жанып біткен газдан тазалануы толық болмайды жә не цилиндрден шық қ ан газбен бірге кө птеген жылу шығ ып кетеді де, оның пайдалы жұ мыс істеу кө рсеткіштерін тө мендетеді. Енді тө менде осындай зиянды қ ұ былыстардың пайда болу себептері мен оларды жө нге келтіру тә сілдерін қ арастыруғ а болады.

Қ озғ алқ ыштың шығ ару барысы теориялық тұ рғ ыдан қ арағ анда поршеннің ТӨ Н-ден ЖӨ Н-ге дейін жү рген кезінде іске асуғ а тиіс. Егер қ озғ алқ ыш осы кө рсетілген теориялық барысы бойынша жұ мыс істейтін болса, онда цилиндр іші жанып біткен газдан толық тазаланып ү лгермейді. Себебі, жанып біткен газ массасының инерциялық қ асиетіне байланысты, ол шығ уғ а тиісті қ озғ алыс жылдмдығ ына жеткенше біраз уақ ыт жоғ алтылады, ал осы шығ ару барысына тиісті уақ ыт ө те аз болғ андығ ын есепке алатын болсақ, онда шығ атын газды бұ лай кешіктіруге болмайтындығ ына кө з жеткіземіз. Жұ мыс істейтін қ озғ алтқ ыштарда ә рбір барысқ а небә ры секундтың жү зден бір бө лігі ғ ана тиесілі болады.

Осы қ ұ былысты есепке ала отырып, қ озғ алтқ ыштағ ы шығ ару барысы піспек ТӨ Н-не жетпей тұ рып, бұ рынырақ басталады. Сол кезде газ қ ысымы мен сырттағ ы ауа қ ысымының айырмашылығ ы жанып біткен газ ө здігінен цилинрден шығ а бастайды да, піспек те ТӨ Н-не жеткенше оның кө птеген бө лігі цилиндрден шығ ып ү лгереді. Оның ү стіне бұ л кезде шығ атын газ инерция кү шін жең іп, ү лкен қ озғ алыс жылдамдығ ына да жетеді. Енді піспек ә рі қ арай ЖӨ Н-нен жылжығ ан кезде қ алғ ан газды итеріп шығ аруғ а энергия шығ ыны онша кө п шық пайды.

Сонымен, іштен жанатын қ озғ алтқ ыштардағ ы нақ ты шығ ару барысы, теориялық барыстан ерте басталып, кеш аяқ талады. Шығ ару барысы тиімді мө лшерінен бұ рынырақ басталады. Шығ ару барысы кешігіп басталса, цилиндр ішінен газдың ө здігінен шығ уы тө мендейді де, оның жанып біткен газдан толық тазалануына мү мкіндік бермейді. Сонымен, шығ ару барысының кешігу кезең і де белгілі бір тиімді мө лшерде болуғ а тиіс.

Сондық тан, газ қ ысымы мен температурасы мына ө рнек арқ ылы есептеуге болады

                                                p_r = р_o+Δ p_r,                                               (90)

                                              Т_r = ,                                               (91)

мұ нда Δ p_r =Δ p_a – газдың шығ ару жолындағ ы кедергілерді жең уге арналғ ан қ ысым.

Осындай анық талғ ан газ температурасының мә ні алғ ашқ ы сору барысы кезінде анық талғ ан цилиндр ішіндегі қ алдық газдың температурасындай (Т_r) болуғ а тиіс.

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: