kola Elektroindustrijska i obrtnika kola Rijeka Razred Predmet

Škola: Elektroindustrijska i obrtnička škola Rijeka Razred: Predmet: Termodinamika Nastavna cjelina: Drugi zakon termodinamike NASTAVNA JEDINICA: OTTO I DIESEL KRUŽNI PROCESI Nastavnik: Zoran Knežević, mag. ing. mech.

Otto i Diesel kružni procesi

Cilj nastavne jedinice Usvojiti osnovna znanja o primjeni drugog glavnog stavka termodinamike i procesima Otto i Diesel motora.

Zadaci nastavne jedinice • Definirati pojmove: toplinski stroj, drugi glavni stavak termodinamike, Otto i Diesel kružni proces. • Prepoznati Otto i Diesel kružne procese. • Povezati rad benzinskog i dizelskog motora s teorijskim kružnim procesima. • Usporediti entropiju različitih sustava.

Drugi glavni stavak termodinamike Eksperimentalno je dokazano da nije moguće napraviti takav toplinski stroj koji će svu toplinsku energiju uzetu od toplinskog izvora (toplinskog spremnika) pretvoriti u mehanički rad. Toplinski spremnik Qh Toplinski stroj W NEMOGUĆE

Drugi glavni stavak termodinamike Uvijek se dio topline mora predati hladnijem toplinskom izvoru (rashladnom spremniku). Toplinski spremnik Qh Toplinski stroj W W<Qh Qc Rashladni spremnik Dio topline mora prijeći na hladnije tijelo

Drugi glavni stavak termodinamike Hlađenje – Toplina ne može sama od sebe prelaziti s tijela niže temperature na tijelo koje ima višu temperaturu. Toplinski spremnik Qh Toplinski stroj NEMOGUĆE…bez rada Qc Rashladni spremnik

Drugi glavni stavak termodinamike Hlađenje – moguće samo uz dodatni rad. Toplinski spremnik Qh Toplinski stroj Qc Rashladni spremnik W Potrebno je uložiti rad kako bi toplinu prenosili s hladnijeg na toplije tijelo

Termički stupanj djelovanja Omjer iskorištene topline (dobivenog rada) i dovedene topline radnoj tvari naziva se termički ili toplinski stupanj djelovanja. Toplinski spremnik Qh Toplinski stroj Qc Rashladni spremnik W W<Qh Termički stupanj djelovanja, h = dobiveni rad/ulazna toplina:

Termički stupanj djelovanja Koristeći se prvim zakonom termodinamike: DU = Q 1 – Q 2 – W gdje nam je Q 1 = Qh (toplinski spremnik) i Q 2 = Qc (rashladni spremnik) DU = 0 za kružni proces W = Q 1 – Q 2 Slijedi: Zaključak: h je najveća kada je Q 2 najmanji.

Povratljivi i nepovratljivi procesi Proces je povratljiv ako se suprotan proces vraćanja u početno stanje može izvršiti tako da nigdje u okolini ne ostane traga procesa. X Nepovratljiv proces, odnosno povratljiv uz ulaganje energije

Entropija Pojmom entropija objašnjavamo nepovratljivost ili nesređenost nekog procesa. Svaki proces teži prema nesređenosti. A B

Entropija U kojoj je čaši veća entropija?

Entropija Makroskopski, led izgleda neuređenije. Mikroskopski, kruto agregatno stanje ograničava položaj molekula. U ledu je više reda nego u vodi u kojoj se molekule slobodno kreću.

Entropija nepovratljivih i povratljivih procesa Povratljivi proces je u izoliranom sustavu pa entropiju promatramo kao istrošenost tog sustava. Nepovratljivi procesi su otvoreni pa se ne mogu sami od sebe vratiti u prvobitno stanje te se entropija odnosi na sam proces.

Otto kružni proces

Otto kružni proces Teorijski (idealni) rad Otto motora – sastoji se od dvije adijabatske i dvije izohorne promjene stanja. Svječica 3 p GMT/DMT 2 Klip Cilindar patm d ek go spa riv nz e ija sm , je se ko rad n mpresija, a gor ivoj s mjes i 0 usis/ispuh Klipnjača Radilica ra V 2 4 1 V 1 ispuh Usisni ventil paljenje Ispušni ventil V

Teorijski kružni proces Otto motora ►Kako bi približili Ottov kružni proces, izostavit ćemo takt usisa i ispuha koji su u konačnom zbroju uloženog i dobiveno rada zanemarivi. ►Stanje 1 -2: adijabatska kompresija. ►Stanje 2 -3: Izohorno dovođenje topline zraku iz okoline. ►Stanje 3 -4: adijabatska ekspanzija. ►Stanje 4 -1: izohorno odvođenje topline iz procesa.

Teorijski kružni proces Otto motora ►Omjer volumena se zove kompresijski stupanj i iznosi: ►Termički stupanj djelovanje Ottova kružnog procesa iznosi:

Teorijski kružni proces Otto motora ►Kompresijski stupanj, r = V 2/V 1, kao važan parametar učinkovitosti motora s unutarnjim izgaranjem dokazuje se kroz proces u T-s dijagramu: ►Povećanjem kompresijskog stupnja se proces 1 -2 -3 -4 -1 pretvara u proces 1 -2′-3′ 4 -1. ►Kako je prosječna temperatura dovedene topline viša u procesu 1 -2′-3′-41, i oba ciklusa imaju isti proces odvodnje topline, proces 1 -2′-3′-4 -1 ima veći termički stupanj djelovanja. ►Ottovu kružnom procesu se termički stupanj djelovanja povećava povećanjem kompresijskog stupnja.

Teorijski kružni proces Otto motora ►Na Ottovom kružnom procesu, područja na T-s i p-v dijagramima se može promatrati kao toplina i rad: ►Na T-s dijagramu, prijenos topline po jedinici mase je površina ispod krivulje promjene stanja (∫Tds). • Površina 2 -3 -a-b-2 predstavlja dovedenu toplinu po jedinici mase. • Površina 1 -4 -a-b-1 predstavlja odvedenu toplinu po jedinici mase. • Zaokruženo područje predstavlja dovedenu toplinu pretvorenu u rad.

Teorijski kružni proces Otto motora ►Na p-v dijagramu, rad po jedinici mase predstavlja površina ispod krivulje promjene stanje (∫pdv). • Površina 1 -2 -a-b-1 predstavlja uloženi rad po jedinici mase za vrijeme procesa kompresije. • Površina 3 -4 -b-a-3 predstavlja izvršen rad po jedinici mase prilikom procesa ekspanzije. • Zaokruženo područje predstavlja dobiveni rad koji je jednak dovedenoj toplini.

Diesel kružni proces

Teorijski kružni proces Diesel motora Teorijski (idealni) rad Diesel motora – sastoji se od dvije adijabatske promjene stanja, izohornog odvođenja topline i izobarnog dovođenja topline. Usisni ventil Mlaznica za gorivo paljenje a, se zij an mje s sp ek rive si , go ija je es sm rad pr oj m riv ko go na d ra ispuh Ispušni ventil

Teorijski kružni proces Diesel motora ►Kako bi Dieselov kružni proces bolje objasnili, animirana su taktovi i opisana stanja: ►Stanje 1 -2: ►Stanje 2 -3: okoline. ►Stanje 3 -4: ►Stanje 4 -1: adijabatska kompresija. izobarno dovođenje topline zraku iz adijabatska ekspanzija. izohorno odvođenje topline u okolinu. ►Dieselov kružni proces ima dvostupanjsku ekspanziju: proces 2 -3 i 3 -4.

Teorijski kružni proces Diesel motora ►Stupanj kompresije Dieselova kružnog procesa iznosi: ►Dieselov kružni proces sadrži i koeficijent između krajnjeg i početnog volumena faze izgaranja:

Teorijski kružni proces Diesel motora ►Termički stupanj djelovanja Dieselova kružnog procesa iznosi: Kao i kod Ottova kružnog procesa, termički stupanj djelovanja se povećava povećanjem stupnja kompresije.

Teorijski kružni proces Diesel motora ►Kao i za Ottov kružni proces, površine na T-s i p-v dijagramima Dieselova kružnog procesa predstavljaju toplinu i rad: ►Na T-s dijagramu, prijenos topline po jedinici mase je površina ispod krivulje promjene stanja (∫Tds). • Površina 2 -3 -a-b-2 predstavlja dovedenu toplinu po jedinici mase. • Površina 1 -4 -a-b-1 je odvedena toplina po jedinici mase. • Zaokružena površina predstavlja dovedenu toplinu, koja je jednaka dobivenom radu.

Teorijski kružni proces Diesel motora ►Na p-v dijagramu, rad po jedinici mase jednak je površini ispod krivulje stanja (∫pdv). • Površina 1 -2 -a-b-1 predstavlja uloženi rad po jedinici mase za vrijeme kompresije. • Površina 2 -3 -4 -b-a-2 je dobiveni rad po jedinici mase kod dvostupanjske ekspanzije: proces 2 -3 i 3 -4. • Zaokružena površina predstavlja dobiveni rad, koji je jednak dovedenoj toplini.

Zaključak Postoji nekoliko različitih načina kako izreći drugi zakon termodinamike: 1. 2. 3. 4. Toplina prelazi s toplijeg na hladnije tijelo Ne postoji savršeni toplinski stroj/uređaj Ne postoji savršeni rashladni stroj/uređaj. Entropija s vremenom raste u kružnom procesu

Zaključak Ottov i Dieselov kružni proces odvijaju se u izoliranim sustavima, odnosno u cilindrima motora s unutarnjim izgaranjem. Za održavanje takvog kružnog procesa koristimo gorive smjese koje komprimiramo i dovodimo im toplinu kako bi njihovom kasnijom ekspanzijom dobili rad.

Domaća zadaća Riješiti zadatke 7. 5. i 7. 7. koji se nalaze u udžbeniku na stranici 89. Rješenja prikazati u p-v i T-s dijagramima. Ukoliko zatrebate pomoć prilikom rješavanja zadataka, slobodno mi se obratite putem e-mail adrese: nastavnik_str@net. hr

Evaluacija nastave Cilj evaluacije: 1. Utvrditi vaš interes za današnje gradivo 2. Procjena uspješnosti predavanja 3. Uvid u trenutnu savladanost gradiva