Методы определения работы изотропного процесса дизельного двигателя


2

Воздух в цилиндре дизельного двигателя находится при сжатии $ 30 ^ o \ $$ C $ и $ 138 \ text {kPa} $. Если он еще больше сжат до 1/18 от первоначального объема. Что из нижеперечисленного больше всего соответствует работе, проделанной при сжатии рабочего объема цилиндра, составляет $ 14,2 литра

Ответ: $ 11 \ \ text {kJ} $

$$ T_1 = 30 ^ o \ C + 273,15 = 303,15 \ K $$ $$ P_1 = 138 \ кПа $$ $$ V_d = 14,2 \ L * (1 \ m ^ 3 / 1000L) = 0,0142 \ m ^ 3 $$

Попытка 1: использование изэнтропического отношения

$$ r_k = 18 = V_1 / V_2 $$ $$ V_1 = \ frac {mRT} {P_2} = \ frac {1 * 0.287 * 303.15} {138} = 0.63046 \ m ^ 3 $$ $$ V2 = 0.03502578502 \ m ^ 3 $$ $$ P2 = \ frac {mRT} {V2} = \ frac {287 * 303.15} {0.0350257} = 2484 \ Pa $$ для воздуха: $$ k = 1.4 $$ $$ W = \ frac {(P_2V_2 - P_1V_1)} {k - 1} = \ text {(Очень очень небольшое значение)} $$


Попытка 2: использование $ r_k $ и объема смещения:

$$ r_k = \ frac {(V_d + V_c)} {V_c} $$ $$ V_d = 14.2L = 0.0142 \ m ^ 3 $$ $$ V_c = 8.3529411 * 10 ^ {- 4} = V_2 $$ $$ V_1 = V_c + V_d = 0.01583529 \ m ^ 3 $$ $$ P_1V_1 ^ k = P_2V_2 ^ k $$ $$ \ frac {138 * 0.01583529 ^ {1.4}} {(8.3529411 * 10 ^ {- 4}) ^ {1.4}} = P2 = 8487.512 \ kPa $$

Подключите все в рабочую функцию $$ W = \ frac {P_2V_2 - P_1V_1} {k-1} = 12,1 \ kJ $$

Хорошо, я уже близко, но я не знаю, что я делаю не так ... Есть намеки? И почему не работает метод 1?

Ответы:


2

Ваша вторая попытка верна, вы только что допустили две ошибки:

  1. Если вы пересчитаете $ V_1 $, вы обнаружите, что он равен $ 0,01503 $, а не $ 0,0158 $ $ m ^ 3 $.

  2. та же проблема с $ P_2 $. $$ P_2 = \ frac {138 * 10 ^ {3} * 0.01503 ^ {1.4}} {(8.3529411 * 10 ^ {- 4}) ^ {1.4}} = 7.889 * 10 ^ 6 \ Па $$

Подставляя в изэнтропическую работу уравнение: $$ W = \ frac {P_2V_2 - P_1V_1} {k-1} = \ frac {(7,867 * 10 ^ 6 * 8,3529411 * 10 ^ {- 4}) - (138 * 10 ^ 3 * 0,01503)} {1,4- 1} = 11,2 \ кДж $$

Что очень близко к вашему набору проблем, я думаю, что это был вопрос с несколькими вариантами ответов, поскольку он спрашивает, какой ответ почти равно ,


1

Учитывая, что для решения «интенсивной» проблемы уже достаточно:

Воздух в цилиндре дизельного двигателя составляет $ 30 \, {} ^ o \ mathrm {C} $ и $ 138 \, \ mathrm {kPa} $. Если он будет дополнительно сжат до $ 1/18 \, $ th от своего первоначального объема, рассчитайте работу, выполненную в системе.

коэффициент сжатия равен $ \ varrho = v_1 / v_2 = 18 $, а барометрическое соотношение $ \ beta = P_2 / P_1 $ быстро выводится из изоэнтропического соотношения (учитывая, что $ \ gamma = 1.4 $ не зависит от температуры): $$ P_1v_1 ^ \ gamma = P_2v_2 ^ \ gamma \ to \ frac {P_2} {P_1} = \ left (\ frac {v_1} {v_2} \ right) ^ \ gamma \ to \ beta = \ varrho ^ \ gamma $$ это может быть непосредственно использовано внутри уравнения работы. Последний выводится из интеграла от $ P \, \ mathrm {d} v $ на диаграмме Клапейрона (работа с изоэнтропическим валом на замкнутой системе), используя интенсивное соотношение, как показано ниже: \ {Начать выравнивать}  ш = - \ int_ {v_1} ^ {v_2} Р \, \ mathrm {d} v & амп; = - \ int_ {v_1} ^ {v_2} \ гидроразрыва {P_1v_1 ^ {\ Gamma}} {v ^ \ Gamma} \ , \ mathrm {d} v \\ & Амп; = P_1v_1 ^ {\ Gamma} \ int_ {v_1} ^ {v_2} -v ^ {- \ Gamma} \, \ mathrm {d} v \\ & Амп; = P_1v_1 ^ {\ Gamma} \ гидроразрыва {1} {\ гамма-1} \ влево (v_2 ^ {1- \ гамма} -v_1 ^ {1- \ Gamma} \ справа) \\ & Амп; = RT_1 \ гидроразрыва {1} {\ гамма-1} \ влево (v_2 ^ {1- \ гамма} / v_1 ^ {1- \ гамма} -1 \ справа) \\ & Амп; = RT_1 \ гидроразрыва {1} {\ гамма-1} \ влево (\ varrho ^ {\ гамма-1} -1 \ справа) \ Конец {} Align

Поскольку результат будет описывать интенсивное количество, экстенсивный результат будет зависеть от химического вещества, содержащегося (и не потребляемого) внутри системы. Это вытекает из смещенного объема и степени сжатия, а именно перестановки членов для выделения $ \ varrho $:

выполненная операция сжатия, учитывая объем смещения цилиндра как $ \ Delta V = 14.2 \, \ mathrm {L} $

$$ \ Delta V = V_1-V_2 \ to \ frac {\ Delta V} {V_2} = \ frac {V_1-V_2} {V_2} = \ varrho-1 \ to V_2 = \ frac {\ Delta V} {\ varrho- 1} $$ отсюда начальный объем известен (подставляя обратно термин $ V_2 $): $$ V_1 = V_2 + \ Delta V = \ frac {\ Delta V} {\ varrho-1} + \ Delta V = \ frac {14.2 \, \ mathrm {L}} {17} +14.2 \, \ mathrm {L} = 15.03 \, \ mathrm {L} = 15,03 \ times10 ^ {- 3} \, \ mathrm {м ^ 3} $$ подставляя все первые интенсивные параметры внутри EoS Ideal Gas, известно постоянное молярное количество воздуха: $$ п = \ гидроразрыва {P_1V_1} {RT_1} = \ гидроразрыва {15,03 \ times10 ^ {- 3} \, \ mathrm {м ^ 3} \ cdot138 \ times10 ^ {3} \, \ mathrm {Па}} {8,314 \ , (\ mathrm {Ра \, м ^ 3 \, мол ^ {- 1} \, К ^ {- 1}}) \ cdot303.15 \, \ mathrm {K}} = 0,823 \, \ mathrm {} моль $$ Зная, что экстенсивный параметр $ W $ выражается в виде $ nw $, а из предыдущего уравнения $ w = 13.72 \, \ mathrm {kJ \, mol ^ {- 1}} $, запрашиваемое значение равно $ W = 0.823 \ , \ mathrm {mol} \ cdot 13.72 \, \ mathrm {kJ \, mol ^ {- 1}} = 11.29 \, \ mathrm {kJ} $.

На этом этапе, даже если результат отличается от первого, может быть одно объяснение. Поскольку в первом методе вы рассматривали начальную массу воздуха, равную $ 1 \, \ mathrm {kg} $, это противоречит уравнению состояния. Поскольку начальное (и постоянное) молярное количество воздуха зависит от начального экстенсивного состояния $ (T_1, P_1, V_1) $, то единственная оставшаяся переменная $ V_1 $ получается, если известны объем смещения и степень сжатия.


Отличная работа, Андреа, но почему ты рассчитал интенсивную механическую работу с помощью $ w = \ int_ {P_1} ^ {P_2} v \, \ mathrm {d} P $ как изоэнтропийной работы вала с устойчивым течением (у нас здесь замкнутая система) а не $ w = \ int_ {v_1} ^ {v_2} P \, \ mathrm {d} v $ как граничная работа?
Algo

@Algo Мои рассуждения основывались на предположении, что внутри непостоянного контрольного объема будет иметь место интенсивное дифференциальное соотношение $ T \ mathrm {d} s = \ mathrm {d} hv \ mathrm {d} P $, потому что здесь я оценил $ w $ как изменение энтальпии. Как будто ступень сжатия (при наличии входного потока внутри реального двигателя) будет эквивалентна работающей машине
alandella

Но это не может относиться к нашему случаю, не говоря уже о том, что это не полный цикл дизельного топлива, это просто простой процесс изоэнтропического сжатия. Однако, когда речь идет об идеализированном простом цикле мощности, мы обычно предполагаем, что все процессы расширения и сжатия происходят квазиравновесным образом.
Algo

Во всяком случае, $ p \, dv $ никогда не игнорируется physics.stackexchange.com/questions/52001/...
Algo

@Algo Здесь я изменил это и таким образом исправил это. Еще раз спасибо за замечание ошибки;)
alandella
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.