Was ist thermischer Wirkungsgrad für Dieselzyklus – Definition?

Wärmewirkungsgrad für Dieselzyklus

Da nach dem Carnot-Prinzip kein Motor effizienter sein kann als ein umkehrbarer Motor ( ein Carnot-Wärmemotor ), der zwischen denselben Hochtemperatur- und Niedertemperaturbehältern arbeitet, muss der Dieselmotor einen niedrigeren Wirkungsgrad als der Carnot-Wirkungsgrad haben. Ein typischer Dieselkraftfahrzeugmotor arbeitet mit einem thermischen Wirkungsgrad von 30% bis 35% . Etwa 65-70% werden als Abwärme verworfen, ohne in Nutzarbeit umgewandelt zu werden, dh in an Räder gelieferte Arbeit. Im Allgemeinen sind Motoren, die den Dieselzyklus verwenden, in der Regel effizienter als Motoren, die den Otto-Zyklus verwenden. Der Dieselmotor hat den höchsten thermischen Wirkungsgrad aller praktischen Verbrennungsmotoren. Low-Speed-Dieselmotoren(wie in Schiffen verwendet) kann einen thermischen Wirkungsgrad von mehr als 50% haben . Der größte Dieselmotor der Welt erreicht einen Spitzenwert von 51,7%.

Im allgemeinen wird die thermischen Wirkungsgrad , η _th , ein Wärmekraftmaschine ist als das Verhältnis der definierten Arbeits es tut, W , an den Wärmeeingang bei der hohen Temperatur, Q _H .

Der thermische Wirkungsgrad , η _th , stellt den Anteil an Wärme , Q _H , die konvertiert wird , zu arbeiten . Da nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik Energie gespart wird und Energie nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden kann , muss der Wärmeeintrag Q _H gleich der geleisteten Arbeit W sein, zuzüglich der Wärme, die als Abwärme Q _C in die Wärme abgeführt werden muss Umgebung. Daher können wir die Formel für den thermischen Wirkungsgrad wie folgt umschreiben:

Die aufgenommene Wärme tritt während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf, wenn der Funken ungefähr bei konstantem Volumen auftritt. Da während eines isochoren Prozesses keine Arbeit von oder an dem System ausgeführt wird, schreibt der erste Hauptsatz der Thermodynamik ∆U = ∆Q vor. Daher wird die zugeführte und zurückgewiesene Wärme wie folgt angegeben:

Q _add = mc _p (T ₃ – T ₂ )

Q _out = mc _v (T ₄ – T ₁ )

Ersetzt man diese Ausdrücke für die hinzugefügte und zurückgewiesene Wärme im Ausdruck für den thermischen Wirkungsgrad, so erhält man:

Diese Gleichung kann mit dem Kompressionsverhältnis und dem Grenzverhältnis in die Form geändert werden. Wärmewirkungsgrad für Dieselkreislauf:

wo

• η _Diesel ist der maximale thermische Wirkungsgrad eines Dieselzyklus
• α ist das Grenzverhältnis V ₃ / V ₂ (dh das Volumenverhältnis am Ende und am Beginn der Verbrennungsphase)
• CR ist das Kompressionsverhältnis
• κ = c _p / c _v = 1,4

Dies ist eine sehr nützliche Schlussfolgerung, da es wünschenswert ist, ein hohes Verdichtungsverhältnis zu erreichen, um mehr mechanische Energie aus einer gegebenen Masse des Kraftstoffs zu extrahieren. Wie wir im vorherigen Abschnitt festgestellt haben, ist der thermische Wirkungsgrad des Otto-Zyklus nach Luftstandard auch eine Funktion des Kompressionsverhältnisses und von κ.

Wenn wir diese mit Formeln vergleichen, kann man sehen, dass für ein gegebenes Kompressionsverhältnis (CR) der Otto-Zyklus effizienter ist als der Diesel-Zyklus. Dieselmotoren sind jedoch normalerweise effizienter, da sie mit höheren Verdichtungsverhältnissen arbeiten können.

Bei gewöhnlichen Otto-Motoren hat das Verdichtungsverhältnis seine Grenzen. Das Verdichtungsverhältnis in einem benzinbetriebenen Motor ist normalerweise nicht viel höher als 10: 1. Höhere Verdichtungsverhältnisse führen dazu, dass Benzinmotoren durch Selbstentzündung einem unverbrannten Gemisch ausgesetzt werden, wenn Kraftstoff mit niedrigerer Oktanzahl verwendet wird. Bei Dieselmotoren besteht ein minimales Risiko einer Selbstentzündung des Kraftstoffs, da Dieselmotoren Selbstzündungsmotoren sind und sich zu Beginn des Kompressionshubs kein Kraftstoff im Zylinder befindet.

Siehe auch: Dieselzyklus – Problem mit der Lösung

Siehe auch: Kompressionsverhältnis