Перейти к публикации

Изменен п. 12 раздела "Другие ограничения", просьба ознакомиться. Расшифровка и пояснения - тут

Наш учитель

Вопросы проектирования тепловых двигателей с внешним нагревом

Рекомендованные сообщения

break

 

Стирлинги не нравятся мне , ну хот по причине необходимости совмещать в одном агрегате и двигатель и холодильник и нагреватель , а мне хочется все это растащить по разным углам, кстати в паровиках это возможно, но конструкторы не замечают данное преимущество , например в советском лесовозе на дровах на базе МАЗа все засунули в кабину к водителю за спину, а могли бы паровой двигатель сразу на задний мост, а у них перед с перегрузом вышел

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Перенес некоторые посты из предыдущие темы о подводных лодках

quote name='Паровичкофф' timestamp='1489242236' post='3560043']

Теплоемкость воздуха от -50 до 120 С 1010Дж/кгК, плотность 1,205кг/м3 при 1бар.

Давление в цилиндре 50кг/см2 нагрев на 80С объём 1л Масса воздуха 1,205*10^-3*50=0,06кг

Нагрев на 80 градусов потребует 1010*80*0,06=4848Дж.

Продолжим ваши расчет 1 калория = 4.1868 джоуля Нагрев 1 г воды на 1*С = 1 калории

Разделим 4848 дж. на 4.1868 = 1158 калорий

У нас есть вода с температурой 100*С , мы хотим нагреть ею воздух на 80*С

"Надо заметить, что температура воздуха не достигнет 100С, а вода не охладится до 20Сили до 100С теоретически температура смеси будет 50С. Надеюсь, не соврал"

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Если слившаяся в картер вода будет иметь температуру 50*С то это означает, что для ее повторного подогрева до температуры 100* потребуется меньше энергии.

делим 1158 кал на 80* = 11.6 грамма воды которые необходимо распылить в цилиндре, возьмем с запасом 20 г на 2 литра "мертвого объема " на два цилиндра 40 г. при 1000 оборотах в минуту потребуется 40 х1000= 4 литра горячей воды и столько же холодной ,в час потребуется 240 литров горячей воды . Если принять КПД равным 20% то можно сосчитать мощность . КПД будет по любому выше чем в паровом двигателе двойного расширения так как нет потерь на конденсацию пара, кстати и с водоподготовкой гораздо проще,

да водогрейный котел попроще парового

Попытался рассчитать мощность исходя из 1000 об в мин это =16.7об. в сек

у нас расход горячей воды 40 г на один оборот двигателя ,значит 16.7 х 40 = 668 г/сек

в калориях это 668 х 80 = 53440 кал

в джоулях 53440 х 4.18 = 223379 дж/сек

джоуль = подъему 1 ньютона на 1 м значит 223379 ньютонов подняли на 1 м/сек

1 ньтон = 98 гр

лошадиная сила =75 кг/с или 750 Н/сек

тогда делим 223379 на 750 = 297 л/с, с учетом КПД =20% получается 59 л/с,

нормальная мощность ,получилась Конечно данный расчет не вполне корректен, точнее совсем не корректен, грубая пригидка

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Конечно данный расчет не вполне корректен, точнее совсем не корректен

Вот это точно...

Мало того, что от фонаря всё, еще и в элементарном напутано, например, можно сразу прикинуть 1 калория это 0,001163 Вт час и тогда 53440кал это 62Вт час, ещё 20% посчитайте и в итоге 12ватт час......

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Наш учитель, Вы никак не поймёте простую вещь - газ увеличивается в объёме при неизменном давлении пропорционально абсолютной температуре, верно?

То есть нагрев 2 литра воды на 50с ( с 300к до 350к) даст расширение в 1/6 раза, умножаем два литра на одну шестую получаем 0,3333333.....

Иначе говоря поршень с площадью 100сс сдвинется на 33,3333 миллиметра, при условии что он не нагружен и не имеет трения.

Мёртвый объём, рабочий объём и температуры охлаждения/нагрева связаны известной вам формулой, и никак иначе.

Второе - двигатель по вашей схеме не может крутиться быстрее нескольких оборотов в минуту из за проблемы отделения воды от газа, водяной туман должен осесть под действием гравитации и стечь к месту откачки, на это нужно время. Решение этой проблемы есть, даю подсказку - нужно увеличить силу, которая заставляет воду стекать.

Третья очень трудноразрешимая проблема - откачка воды из цилиндра. Чтобы вода оттуда быстро вышла, она должна быть собрана в специальном объёме и откачана оттуда специальным насосом, причём два раза за один оборот, и на такте нагревания, и на такте охлаждения, второе гораздо сложнее.

 

Всё цифры что вы насчитали не имеют отношения к реальности вообще, и придуманные вами соотношения объёмов, и обороты, и кпд, а тем более мощность, лишь плод вашей фантазии. Вы даже не учитываете в расчётах что теплоёмкость влажного воздуха много выше сухого, вы что, в серьёз думаете что в вашем двигателе будет сухой воздух? :)

Изменено пользователем romka10.06

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Допустил ошибку, написал при нагреве 2 литра воды, конечно же там должно быть два литра воздуха.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Давайте пересчитаем

Теплоемкость воздуха в интервале от 20*С до 100 С 1009*Дж/кг,

плотность 1,2 кг/м3.

Давление в цилиндре 50кг/см2

нагрев с 20* до 100* итого на 80*С

объём цилиндра 2 л

100 оборотов в минуту

Масса воздуха в цилиндре ( в верхней мертвой точке)1,2 кг/м3 х 0.002 м3 х 50 = 0.12 кг

Нагрев на воздуха ы цилиндре на 80 градусов потребует 0.12 кг х 1009 х 80* = 9.686 Дж.

переведем в калории

1 калория = 4.1868 джоуля

Разделим 9.686 дж. на 4.1868 = 2.313 калорий

у нас температура воды 80* С при такой температуре ее потребуется

делим 2.313 кал на 80* = 24 грамма воды которые необходимо распылить в цилиндре для нагрева воздуха до 100*,

на два цилиндра 50 г. при 100 оборотах в минуту потребуется 50 г х100= 5 литров горячей воды и столько же холодной ,в час потребуется 5 х 60 =300 литров горячей воды

. Если принять КПД равным 20% то можно сосчитать мощность

исходя из 100 об в мин это =1.67об. в сек

у нас расход горячей воды 50 г на один оборот двигателя ,значит 1.67 х 50 = 83.5 г/сек

в калориях это 83.5 х 80 = 6680 кал/сек

в джоулях 6680 х 4.18 = 27922 дж/сек

джоуль = подъему 1 ньютона на 1 м значит 22338 ньютонов подняли на 1 м/сек

1 ньтон = 98 гр

лошадиная сила =75 кг/с или 750 Н/сек

тогда делим 27922 Н/сек на 750 Н/сек = 37.2 л/с, с учетом КПД =20% получается 7.4 л/с,

Вот теперь более правильно. Да немного , но зато всего 100 оборотов

Можно возразит, что температура отработанного теплоносителя воды буде выше 20 * С

С согласен, весьма вероятно что ее температура в картере она будет около 60 *С , как это повлияет на расчет , ответ , вода из картера на выходе разделяется на два потока пополам , один идет в нагревательный котел на доподогрев до 100* С, причем его туда поступает ровно столько сколько ранее было подано в цилиндр через горячую форсунку, отсюда следует воду в котле надо греть не с 20* С , а с 60* С , до 100 * С для чего потребуется меньше энергии, Возможно , что после детального расчета КПД будет выше 20%

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Второе - двигатель по вашей схеме не может крутиться быстрее нескольких оборотов в минуту из за проблемы отделения воды от газа, водяной туман должен осесть под действием гравитации и стечь к месту откачки, на это нужно время. Решение этой проблемы есть, даю подсказку - нужно увеличить силу, которая заставляет воду стекать.

Третья очень трудноразрешимая проблема - откачка воды из цилиндра. Чтобы вода оттуда быстро вышла, она должна быть собрана в специальном объёме и откачана оттуда специальным насосом, причём два раза за один оборот, и на такте нагревания, и на такте охлаждения, второе гораздо сложнее.

 

Если капли не слишком мелкие то они быстро осядут, возможности испарения ограничены насыщением воздуха , вода должна стекать через окно в цилиндре при каждом попадании поршня, в нижнию мертвую точку , возможно, вода всегда будет присутствовать в небольшом объеме, хотя поршень может иметь наклонную головку..

Главный недостаток данного двигателя это трудность его пуска и возможности работы только в узком диапазоне частот вращения и нагрузки ну и конечно сама сложность изготовления, одних насосов потребуется 5 штук как миниум. Вердикт для самостоятельной постройки не рекомендуется.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Если капли не слишком мелкие то они быстро осядут, возможности испарения ограничены насыщением воздуха , вода должна стекать через окно в цилиндре при каждом попадании поршня, в нижнию мертвую точку , возможно, вода всегда будет присутствовать в небольшом объеме, хотя поршень может иметь наклонную головку..

Главный недостаток данного двигателя это трудность его пуска

Если капли не слишком мелкие, то и площадь теплообмена не слишком большая, воздух будет теплообмениваться с ними небыстро :) А куда будет деваться охлаждающая вода с поршня, или у вас впрыск горячей воды будет производиться прямо в лужу холодной ? :) Сколько по вашему времени надо воде, чтобы стечь полностью из трёхлитрового объёма в картер? Попробуйте взять пластиковую бутылку, распылить в неё воды грамм 50 разбрызгивателем, и вылить обратно.

Вы кстати подсчитали давление воздуха над поршнем в НМТ? Оно будет глубоко отрицательным, и вода не потечёт в картер, она будет вдута обратно фонтаном. Без специального насоса она не покинет цилиндр быстро, в любом случае все эти процессы настолько долгие, что в случае решения всех этих проблем обороты не достигнут и тысячи за час, не то чтобы в минуту.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Интересно а сколько топлива потребуется для нагрева 300 л с 20 * С до 100 *С, , вода у нас не кипит, так как давление 50 кг/см 2

Бензин 46 000 000 дж/кг или 11 004 784 калории,

нам потребуется 300 000 гр воды . х 80 *С = 24 000 000 кал или 2.180 кг бензина.

удельный расход на 1 л/с = 2.18 делим на 7.4 л/с = 290 грамм бензина на лошадиную силу,

да не высокий показатель,

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Вы кстати подсчитали давление воздуха над поршнем в НМТ? Оно будет глубоко отрицательным, и вода не потечёт в картер, она будет вдута обратно фонтаном

Следует так подобрать параметры начального давления газа , температуры теплоносителя , % расширения газа при опускании поршня, чтобы в нижней МТ давление в цилиндре на 5% превышало давление в картере, и такие параметры вполне достижимы., тогда не будет обратного выброса воды в цилиндр

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

По поводу КПД двигателя, из условий задачи вся вода поступающая в котел имеет температуру 60 *С то ее остается догреть не с 20* С до 100 * С , а с 60 * С до 100 * С ,интервал нагрева в два раза ниже следовательно расход топлива будет в два раза меньше, (для простоты примем КПД водяного котла 100%) тогда расход топлива будет 140 г на л/с. Конечно это все опять не корректно, но однако.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Давление в цилиндре 50кг/см2

в минуту потребуется 50 г х100= 5 литров горячей воды

одних насосов потребуется 5 штук как миниум

Если принять КПД равным 20%

:rofl: Откуда те 20% взялись? И даже если там чудесным образом они есть, посчитайте, сколько мощности надо, чтоб пятью насосами гонять воду под давлением в 50атм, греть ее и т.п.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Откуда те 20% взялись? И даже если там чудесным образом они есть, посчитайте, сколько мощности надо, чтоб пятью насосами гонять воду под давлением в 50атм, греть ее и т

Вода в замкнутой системе уже находится под давлением 50 атм,требуется только небольшой перепад для ее подачи

Насосов действительно многовато, но можно обойтись тремя, шестеренчатыми насосами, то есть , один на горячую воду, один на холодную и один в два раза большей производительности на откачку отработанной воды, все с приводом от одного вала , все три вращаются с одной скоростью , потребуется правда переключение в трубопроводах на основе шаровых двухходовых кранов.

КПД может быть и выше 20 % например КПД паровой машины отдельно от котла и холодильника в паровозах где то 86-88%, но все вместе менее 9 %, главные потери в ДВС, это нагрев стенок цилиндра , в паровых машинах, это потери на конденсацию пара в холодильниках, здесь нет ни того ни другого, поэтому данный КПД =20 % вполне реальный, энергия идет для "доподогрева" достаточно горячей воды с 60* до 100 *С

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Наш учитель, а не пора ли нарисовать фазы работы вашей сказочной машины, когда и сколько длиться впрыск воды, когда и сколько её откачка, а то ничего непонятно. С шаровыми кранами насмешили честное пионерское :) Это надо сколько народу посадить, чтобы краны вертеть! Шутка конечно, но вы похоже вообще не имеете представления о скорости работы и ресурсе этих кранов, как клапана они малопригодны, да и шестерёнчатые насосы тут не в тему вообще, качать то они будут, но как дозировать впрыск и что будет когда клапана краны закрыты?

Когда нужен чётко дозированный впрыск, да ещё строго синхронизированный с положением коленвала, годиться либо насос форсунка, либо целая система впрыска с электронным управлением, включающая в себя насос, гидроаккумулятор, датчик положения коленвала, управляемые электросигалом форсунки.

 

Рисуйте фазы, как вы себе вообще работу этой машины представляете.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

КПД паровой машины отдельно от котла и холодильника в паровозах где то 86-88%

Лучших машин четырехкратного расширения - 82%. Только измеряются эти проценты относительно идеального цикла Ренкина, не знали? А КПД цикла Ренкина зависит от параметров пара, формулу писать не буду, сами найдите. Поэтому у лучших машин на паре высокого давления четырехкратного расширения КПД - 30% (без учета котла, питателей и прочего).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Система подачи воды и ее откачки будет попроще чем подача солярки в дизель, ладно схему вставлю.

КПД 86 -88% это на память из данных по паровозам, в других справочниках для одноцилиндровой машины приводят КПД 65 %, но это не суть важно, главное у нас тут нет конденсации пара, то есть нет потерь на фазовый переход, который портит КПД любых паровых установок,

Между прочим при горении углеводородов порядка 70-80% энергии , в зависимости от условий горения, выделяется в видимом и невидимом диапазонах электромагнитного излучения, в широком спектре, так вот оно, излучение НЕ ОКАЗЫВАЕТ давления на поршни, лопатки турбин, оно не создает движущей силы, оно просто поглощается стенками камер сгорания, причем пропорционально 4 степени разницы температур, отсюда и КПД ДВС получается 100%-80%=20%

в нашем двигателе в цилиндрах ни чего не горит поэтому и КПД может быть выше 20%

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

максКПД=(373-293)/373=0,214 по циклу Карно. По вашей схеме будет по чуточку другой формуле - меньше раза в два. Т.е. не больше 11%. Это - в идеальном цикле. Если ориентироваться на КПД низкотемпературных паровых машин, то у них порядка 0,3 от идеального, т.е. 0,11х0,3=0,033. Т.е. максимум, что можно из вашей схемы выжать, это чуть больше 3%. Теперь добавьте к этому потери в насосах, теплоизоляции, на трение и останется не больше 1% при условии, что подводимая мощность будет измеряться мегаваттами.

В размере пары литров полезного обьема КПД будет отрицательным.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

у нас тут нет конденсации пара, то есть нет потерь на фазовый переход, который портит КПД любых паровых установок,

А вы уверены что при 100% влажности и перепадах давления и температуры не будет происходить фазовых переходов? Однозначно будут.

Между прочим при горении углеводородов порядка 70-80% энергии , в зависимости от условий горения, выделяется в видимом и невидимом диапазонах электромагнитного излучения, в широком спектре, так вот оно, излучение НЕ ОКАЗЫВАЕТ давления на поршни, лопатки турбин, оно не создает движущей силы, оно просто поглощается стенками камер сгорания, причем пропорционально 4 степени разницы температур, отсюда и КПД ДВС получается 100%-80%=20%

Стенки цилиндра зеркальные это раз, Кпд легкового турбодизеля более 40%, КПД корабельных дизелей 56%, это два., так что ваши вымыслы - это только ваши вымыслы и ничего более.

Ещё раз задаю вам вопрос - каковы фазы в вашем двигателе, как будет удаляться вода после фазы охлаждения?

Я вижу вы просто игнорируете ключевые вопросы, без ответа на которые нельзя построить двигатель в принципе. Почему?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

А вы уверены что при 100% влажности и перепадах давления и температуры не будет происходить фазовых переходов? Однозначно будут.

Пускай будут, но они если и будут то, будут происходит в цилиндре, а в нем еще есть поршень который воспринимает скачки давления и преобразует их в крутящий момент, а в паровых машинах фозовые переходы происходят за пределами цилиндра, один в холодильнике другой в паровом котле, два раза!!!.. на один цикл расширения пара получается

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Стенки цилиндра зеркальные это раз, Кпд легкового турбодизеля более 40%, КПД корабельных дизелей 56%, это два., так что ваши вымыслы - это только ваши вымыслы и ничего более.

Ещё раз задаю вам вопрос - каковы фазы в вашем двигателе, как будет удаляться вода после фазы охлаждения?

У вас очень лесное мнение о турбодизелях автомобилей.

Если кратко , лучше на примере корабельного дизеля на 125 оборотов с диаметром цилиндра 960 мм, там расход мазута 118-126 на л/с в час,удельная мощность 4.3 л/с на литр кстати у нас таких не делают, не умеют, так там еще много всяких ухищьрений от нагреву воздуха на входе , до обогрева жилых помещений, в итоге КПД на отдельных режимах превышает 50 %

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

максКПД=(373-293)/373=0,214 по циклу Карно. По вашей схеме будет по чуточку другой формуле - меньше раза в два. Т.е. не больше 11%. Это - в идеальном цикле. Если ориентироваться на КПД низкотемпературных паровых машин, то у них порядка 0,3 от идеального, т.е. 0,11х0,3=0,033

А почему следует применять аналогию с циклом Карно, у на не паровой двигатель а скорее пневматический, правда с подогревом воздуха, но без пара, поэтому данная формула неподходит, а в пневматических двигателях КПД по другому считают и справочные данные приводят

КПД мотора. Для объемных двигателей общего назначения ин=(0,30…0,35) n x x. наибольшая экономичность работы пневмомотора достигается именно при номинальной частоте враще­ния, а наибольшая техническая эффективность — при максимальной мощности.

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

 

А вы уверены что при 100% влажности и перепадах давления и температуры не будет происходить фазовых переходов? Однозначно будут.

 

Пускай будут, но они если и будут то, будут происходит в цилиндре, а в нем еще есть поршень который воспринимает скачки давления и преобразует их в крутящий момент

Чудак вы человек, говорю же вам, рисуйте фазы работы, при впрыске холодной воды в горячий влажный воздух. пар из него будет конденсироваться выделяя тепло, а при впрыске горячей воды, она будет испаряться, пар будет забирать тепло, мешая нагреву воздуха. Отрицательная Обратная Связь ООС, она действует против КПД, похлеще чем в паровике.

У вас очень лесное мнение о турбодизелях автомобилей.

А у вас очень лестное мнение о своём воображаемом двигателе :) про дизеля это не моё мнение, это практические результаты. В любом случае ваше утверждение что 80% энергии топлива поглощают стенки цилиндра - полная чушь.

 

Вам дело говоришь, а вы какой то несусветной ерундой отвечаете каждый раз, хотел вам помочь решением по быстрому осаждению и откачке воды, оно у меня есть, но вам это не надо видимо. Ну что ж, удачи вам в творчестве, а я лучше время на что ни будь реальное потрачу.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Попробую вставить рисунок №3

post-159995-003404200_1489861642_thumb.jpg

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.


×