Зачем в двигателе внутреннего сгорания сжимают смесь

[_r00k_]

geodx в сообщении #1652222 писал(а):

Возможно ли как-то объяснить на пальцах, что нам дает сжатие? За счет чего получается экономия? Реально не понимаю ((

Представьте себе двигатель. Один цилиндр, рабочий объем 10 литров (объем от ВМТ до НМТ). И объем камеры сгорания еще 1 литр. Степень сжатия получается (10+1)/1=11. Весьма современная величина.

Вот вы работаете без сжатия. В ВМТ (верхняя мертвая точка) впрыскиваете топливо в цилиндр и поджигаете его. Сколько вы сможете впрыснуть? Для бензина нужно на 1 кг 14,7 кг воздуха. Воздуха у нас 1 литр, напоминаю. Потом это все сгорает, расширяется и выпускается в атмосферу.

А теперь возьмите другой случай, когда вы начинаете засасывать воздух от НМТ (нижней мертвой точки). Получается, что вы загоните примерно 10 литров, если без наддува. И сможете впрыснуть в десять раз больше топлива. И получить пропорционально больше работы на выходе.

Можно добавить турбину, которая повысит давление на впуске в два раза. Загоните нагретого (!) в турбине воздуха еще больше. Может даже в два раза. Потом подадите еще больше топлива. Больше работы на выходе.

Потом поставите охладитель наддувочного воздуха, воздух останется с высоким давлением, но холоднее. Плотность выше, загнать еще больше можно. И еще больше топлива.

Так понятее?

[GraNiNi]

_r00k_ в сообщении #1665452 писал(а):

Так понятее?

Об этом в самом начале уже было сказано.

wrest в сообщении #1651352 писал(а):

Чтобы больше поместилось.

[sergey zhukov]

_r00k_
Если, как ТС, считать, что на сжатие смеси нужно безвозвратно затратить энергию, то получается, что мы хотим затолкать в цилиндр больше топлива для того, чтобы потратить его энергию на его же сжатие. Т.е. чушь какая-то. Вообще не очевидно, что даже мощность двигателя при этом должна возрасти, не говоря уже КПД. Простой ответ в том, что работа сжатия никуда не исчезает (как это уже выше было сказано), это реактивная мощность цикла. В одном месте цикла она потребляется, в другом - отдается.

Т.е. нужно сначала убедиться, что при повышении массового расхода рабочего тела удельная работа цикла как-минимум падает не быстрее, чем растет расход рабочего тела. Тогда можем говорить, что "чем больше затолкали, тем выше мощность". А то ведь можно огромные расходы топлива и воздуха так прожигать, что вообще работы не будет.

Вывод о том, что мощность пропорциональна массовому расходу рабочей смеси, очевиден только при неизменных параметрах цикла, когда легко видеть, что, скажем, удваивание расхода рабочей смеси эквивалентно установке второго такого же параллельного двигателя.

[Konstantin12]

geodx в сообщении #1651334 писал(а):

Всем привет! Не понимаю, зачем в ДВС топливную смесь подвергают сжатию перед взрывом? Что это дает? То, что лучше перемешивается с воздухом и легче воспламеняется - это да.
Но тратится же энергия на сжатие? Газ при сжатии нагревается и начинает распирать, что еще больше затрудняет движение поршней перед взрывом.
Или горячий газ под давлением сильнее взрывается?

По моему никто в теме не говорил, что тепловая машина при любых циклах работы (хоть Карно, хоть Дизеля, хоть Стирлинга) имеет тем бОльший КПД, чем больше разница температур нагревателя и холодильника.
КПД парового двигателя будет всегда ниже чем ДВС, в силу технологических ограничений. Через сталь нет возможности передать температуру порядка 2000С. В ДВС температура при сгорании топлива внутри двигателя доходит до 3500С (в среднем 2000С). Для этого смесь предварительно сжимают, тем самым повышая ее начальную температуру (перед тем как поджечь). Температура холодильника примерно одинакова как в одном так и в другом случае.
Так и получается более высокий КПД.
Это все объясняется Энтропией. Чем выше разница температур,тем больше энергии мы можем "выудить" из нагретого тела, пока оно отдает тепло холодильнику.
Пример "на пальцах". Мы имеем тело в котором запасено N Джоулей тепла. Температура тела практически равна температуре холодильника (тело большое и холодное). Как бы мы не старались, "выудить" оттуда энергию, все равно много у нас не получиться. Теперь другое тело имеет столько же запасной энергии (N Джоулей, но тело маленькое и горячее), но его температура значительно больше температуры холодильника. В этом случае, даже имея примитивное устройство типа парового двигателя, мы что-нибудь да "выудим" для своей пользы из этой температуры.

Или еще пример. Солнце своим излучение нагревает Землю. Земля сколько получает энергии от Солнца, столько же и отдает в космос. Но(!), получает Земля более энергичные фотоны (более горячие, с большей частотой), а отдает "холодные" фотоны (инфракрасные, с меньшей частотой). Этим пользуются растения, добывая себе энергию из разницы температур.

Это и есть энтропия. Количество энергии одно и тоже, а передача энергии с разной температурой.

[DimaM]

Konstantin12 в сообщении #1694084 писал(а):

В ДВС температура при сгорании топлива внутри двигателя доходит до 3500С (в среднем 2000С).

Урежьте осетра. 3500 разве что в ЖРД бывает.

[Theoristos]

Konstantin12: если б всё было так просто.
Но увы, даже при Т нагревателя всего 300 С (и комнатной холодильника) теоретический КПД составляет аж 50%.
Что заметно больше КПД топовых ДВС. И тем более пресловутого паровоза. Причины низкого КПД оного совсем иные.


Про откровение "растения добывают себе энергию из разницы температур", я лучше промолчу.

[DimaM]

Theoristos в сообщении #1694220 писал(а):

Но увы, даже при Т нагревателя всего 300 С (и комнатной холодильника) теоретический КПД составляет аж 50%.

Цикл Карно помимо максимального КПД имеет нулевую мощность.

Theoristos в сообщении #1694220 писал(а):

Что заметно больше КПД топовых ДВС.

У топовых ДВС (дизелей) достигнуто 52+%.

Theoristos в сообщении #1694220 писал(а):

Про откровение "растения добывают себе энергию из разницы температур", я лучше промолчу.

Ну, что-то в этом есть. На тепловом излучении с температурой 300 К фотосинтез не идет.
Равно как и диссипативные процессы в атмосфере возможны благодаря низкой энтропии (высокой температуре) солнечного излучения.

[druggist]

DimaM в сообщении #1694579 писал(а):

Равно как и диссипативные процессы в атмосфере возможны благодаря низкой энтропии (высокой температуре) солнечного излучения.

Вы, видимо, имели в виду возникновение т.н. "диссипативных структур" в системах сильно удаленных от термодинамического равновесия(в "пригожинском" смысле). Диссипативные процессы же идут при любой разности температур)

[sergey zhukov]

DimaM в сообщении #1694579 писал(а):

Цикл Карно помимо максимального КПД имеет нулевую мощность.

Правильнее говорить об удельной работе цикла. С ней у цикла Карно порядок.

Не нулевая мощность двигателя, работающего по любому циклу, всегда означает необратимость. Тогда размывается само понятие термодинамического цикла.

[DimaM]

druggist в сообщении #1694599 писал(а):

Вы, видимо, имели в виду возникновение т.н. "диссипативных структур" в системах сильно удаленных от термодинамического равновесия(в "пригожинском" смысле).

Нет, я имел в виду именно диссипативные процессы. Ветры, грозы и т.п. производят изрядное количество энтропии.

druggist в сообщении #1694599 писал(а):

Диссипативные процессы же идут при любой разности температур)

Об чем и речь. Все это возможно, потому что излучение от Солнца имеет 5800 К, а не 300.

sergey zhukov в сообщении #1694606 писал(а):

Правильнее говорить об удельной работе цикла.

Это какой-то новый для меня термин. Я пишу именно про мощность, которая нулевая из-за медленности передачи тепла на изотермах.

sergey zhukov в сообщении #1694606 писал(а):

Не нулевая мощность двигателя, работающего по любому циклу, всегда означает необратимость. Тогда размывается само понятие термодинамического цикла.

Два не связанных между собой утверждения.
С одним нагревателем и одним холодильником в принципе обратим только цикл Карно, что отнюдь не мешает прочим быть вполне определенным.

[sergey zhukov]

DimaM
Ну, просто любой термодинамический цикл описывает последовательность равновесных процессов, а конечная мощность всегда означает необратимость. В реальных двигателях всегда есть конечная мощность тепловых потоков, т.е. по определению условия неравновесные.

Т.е. говорить о мощности любого термодинамического обратимого цикла можно только в том смысле, что она равна нулю. Цикл Карно тут ничем собым не выделяется. Либо нужно говорить о конечной мощности неравновесных циклов, но это ведь уже неравновесная термодинамика.

[druggist]

DimaM в сообщении #1694929 писал(а):

Нет, я имел в виду именно диссипативные процессы. Ветры, грозы

Диссипативные процессы это трение, диффузия, теплопроводность, превращающие механическую и электрическую энергию гроз и ветра в тепло.

[Евгений Машеров]

Я думаю, что чтобы "прочувствовать", лучше всего провести простенький расчёт. Два двигателя - Л-мотор без сжатия, в цилиндре литр при давлении 100000 Па и температуре 300К, смесь нагревается на 300К, адиабатически расширяется, пока давление не сравняется с атмосферным, считаем работу расширения; и О-мотор, тот же литр сжимается в 10 раз, и, помимо нагрева от сжатия, нагревается ещё на 300К, адиабатически расширяется, считаем работу сжатия и расширения и полезную, как их разность.
И затем считаем температуру газов после расширения. И становится ясно насчёт К.П.Д.