Mion-sgrùdadh Gluasad Teas ann an Einnseanan Losgaidh a-staigh
Pendahuuan
'S e inneal tionndaidh lùtha a th' ann an einnsean losgaidh a-staigh (ICE) a bhios ag atharrachadh lùth cheimigeach connaidh gu lùth meacanaigeach tro phròiseas losgaidh anns an t-seòmar losgaidh. Anns a' phròiseas seo, tha gluasad teas a' cluich pàirt chudromach oir tha e a' dearbhadh èifeachdas, coileanadh, sgaoilidhean agus earbsachd an einnsein. Chan eil an teas a thèid a chruthachadh le losgadh air a thionndadh gu tur gu obair fheumail anns a' chrann-chrann; tha cuid air chall tro ghasaichean sgapaidh, tha cuid air a ghluasad gu ballachan an t-siolandair, na pistons agus cinn an t-siolandair, agus an uairsin air a leigeil ma sgaoil gu na siostaman fuarachaidh is lubrication. Mar sin, tha mion-sgrùdadh gluasad teas ann an einnseanan losgaidh a-staigh na bhunait chudromach ann a bhith a' dealbhadh einnseanan nas èifeachdaiche a thaobh lùtha, nas cumhachdaiche agus nas seasmhaiche.
Stòran agus Slighean Gluasaid Teas
San fharsaingeachd, thig teas ann an einnsean losgaidh a-staigh bho ath-bhualadh losgaidh measgachadh an èadhair is connaidh. Às dèidh losgadh, faodaidh teòthachd a’ ghasa anns an t-siolandair ruighinn còrr air 2000 K aig na suidheachaidhean as àirde, a’ cruthachadh caochladh teòthachd mòr eadar an gas teth agus na h-uachdaran meatailt a tha an ìre mhath nas fhuaire. Mar thoradh air an sin, bidh teas a’ sruthadh bhon ghas gu na pàirtean den einnsean tro thrì prìomh dhòighean: giùlan, cuairteachadh, agus rèididheachd.
Faodar geàrr-chunntas a dhèanamh air na prìomh shlighean gluasaid teas mar a leanas:
1. Gas teth → uachdar seòmar losgaidh (balla an t-siolandair, ceann an t-siolandair, uachdar a' phistein) tro cho-chruinneachadh agus rèididheachd.
2. Uachdar seòmar losgaidh → taobh a-staigh an stuth tro ghiùlan.
3. Stuth → àrainneachd tro cho-ghluasad chun an fhuaradair (rèididheator) agus ola lubricaidh, agus mu dheireadh chun an èadhair mun cuairt.
Le bhith a’ tuigsinn nan slighean sin, bidh innleadairean a’ cuideachadh le bhith a’ dearbhadh raointean cudromach a dh’ fheumas fuarachadh nas fheàrr no stuthan a tha nas seasmhaiche ri teòthachd.
Convection ann an siolandair
’S e convection am prìomh dhòigh-obrach fo a’ mhòr-chuid de shuidheachaidhean obrachaidh einnseanan. Tha buaidh mhòr aig aimhreit sruthadh gas, astar an loine, cumadh seòmar losgaidh, agus suidheachaidhean losgaidh air co-èifeachd gluasaid teas convection anns an t-seòmar losgaidh.
Rè stròcan teannachaidh is losgaidh, bidh sruth a’ ghasa a’ fàs gu math buaireasach air sgàth gluasad a’ phistein agus dealbhadh a’ phuirt in-ghabhail, a dh’adhbhraicheas cuairteachadh is tumadh. Bidh an buaireas seo ag àrdachadh co-èifeachd gluasaid teas (h), agus mar sin ag àrdachadh ìre gluasaid teas bhon ghas chun a’ bhalla. Gu sìmplidh, faodar ìre gluasaid teas convection a sgrìobhadh mar:
\[
\dot{Q}_{conv} = hA(T_g – T_w)
\]
far a bheil \(A\) na raon uachdar gluasaid teas, \(T_g\) teòthachd a’ ghasa, agus \(T_w\) teòthachd a’ bhalla. Leis gu bheil teòthachd a’ ghasa ag atharrachadh gu luath rè cearcall, mar as trice bidh mion-sgrùdadh reusanta sealach (ag atharrachadh le ùine/astar a’ chrann-luingeis).
Ann an sgrùdaidhean einnseanan, bidh co-dhàimhean empirigeach (me, Woschni) gu tric air an cleachdadh gus \(h\) a mheasadh stèidhichte air cuideam siolandair, teòthachd gas, agus astar sruthadh sònraichte. Tha na co-dhàimhean sin cudromach leis gu bheil sruthan anns an t-siolandair iom-fhillte agus duilich an fhuasgladh gu h-anailiseach a-mhàin.
Rèididheachd Teirmeach bho Theine agus Gasaichean Teth
A bharrachd air giùlan, bidh rèididheachd cuideachd a’ cur ris, gu h-àraidh ann an einnseanan dìosail agus fo chumhachan luchdan àrda. Ann an einnseanan dìosail, bidh losgadh sgaoilidh a’ toirt a-mach tòrr sùith, a tha ag àrdachadh sgaoilidh a’ ghasa, a’ dèanamh an rèididheachd nas cudromaiche. Bidh rèididheachd a’ gluasad bhon lasair agus toraidhean losgaidh gu uachdar ballachan seòmar an losgaidh.
Mar as trice, bidh an ìre gluasaid teas rèididh a’ leantainn lagh Stefan-Boltzmann:
\[
Q_{rad} = πpsilon \sigma A(T_g^4 – T_w^4)
\]
le _(\varepsilon\) sgaoilidh èifeachdach a’ ghasa/lasair agus _(\sigma\) cunbhalachd Stefan-Boltzmann. Leis gu bheil e an urra ri ceathramh cumhachd teòthachd, bidh rèididheachd ag àrdachadh gu mòr nuair a bhios an teòthachd losgaidh as àirde àrd. Ach, ann an cleachdadh, chan eil e sìmplidh _(\varepsilon\) a mheasadh leis gu bheil buaidh aig co-dhèanamh a’ ghasa, mìrean sùith, agus geoimeatraidh seòmar losgaidh air.
Giùlan ann am Pàirtean Innealan
Bidh teas a thèid a ghabhail a-steach le uachdar an t-seòmair losgaidh a’ siubhal gu taobh a-staigh an stuth tro ghiùlan. Mar as trice, is e aloidhean alùmanaim (piostanan, cuid de chinn siolandair) no iarann agus stàilinn (blocaichean siolandair, lìnigeadh, bhalbhaichean) a th’ anns na stuthan co-phàirteach. Tha giùlan air a chur an cèill le lagh Fourier:
\[
Q_{cond} = -kA dT}{dx
\]
far a bheil \(k\) a’ riochdachadh seoltachd teirmeach an stuth. Tha seoltachd nas àirde aig alùmanum na tha aig iarann tilgte, a’ leigeil leis teas a sgaoileadh nas luaithe, a’ lughdachadh teòthachd àrd ionadail agus a’ lughdachadh cunnart àiteachan teth. Ach, tha neart teòthachd àrd nas ìsle aig alùmanum cuideachd na cuid de stuthan stèidhichte air iarann, agus mar sin feumaidh dealbhaidhean co-rèiteachadh eadar sgaoileadh teas agus seasmhachd structarail.
Tha giùlan deatamach airson pistonan: feumaidh teas bho chrùn a’ phistin a bhith air a ghluasad gu fàinneachan a’ phistin, an sgiort, agus mu dheireadh gu ballachan an t-siolandair agus an ola. Mura h-eil an t-slighe giùlain iomchaidh, faodaidh am piston leudachadh ro mhòr, caitheamh luath, agus eadhon milleadh fhaighinn air sgàth spreadhadh no ro-lasadh.
Gluasad teas gu siostaman fuarachaidh is lubricaidh
Tha teas a ruigeas ballachan an t-siolandair agus ceann an t-siolandair an uair sin air a ghluasad chun an fhuaradair (seacaid uisge) tro cho-ghluasad. Bidh an siostam fuarachaidh a’ cumail teòthachd obrachaidh an einnsein taobh a-staigh an raoin as fheàrr gus dèanamh cinnteach à slaodachd ola seasmhach, losgadh èifeachdach, agus casg a chuir air crìonadh teirmeach phàirtean.
Air an làimh eile, bidh ola lubricaidh cuideachd ag obair mar mheadhan fuarachaidh, gu sònraichte airson pistons (tro jets ola), giùlan, agus raointean àrd-frithidh. Ged a tha comas fuarachaidh ola mar as trice nas ìsle na comas fuarachaidh, tha a dreuchd deatamach ann a bhith a’ cumail smachd air teòthachd ionadail agus a’ casg fàilligeadh tribologach (caitheamh agus sgrìobadh).
Ann an mion-sgrùdadh lùth einnsein, mar as trice bidh teas air a roinn ann an: obair èifeachdach, teas don fhuaradair, teas don ola, agus enthalpy gas sgapaidh. Tha meud nan bloighean sin an urra ri seòrsa an einnsein, co-mheas teannachaidh, ro-innleachd losgaidh, agus dealbhadh an t-siostam fuarachaidh.
Buaidh Gluasad Teas air Èifeachdas
Bidh call teas gu balla an t-siolandair a’ lughdachadh na lùtha a tha ri fhaighinn gus obair a dhèanamh. Bho shealladh teirmeadainimigeach, tha comas aig einnseanan a lughdaicheas gluasad teas chun bhalla (gun chùisean teòthachd adhbhrachadh) èifeachdas teirmeach nas àirde a bhith aca. Ach, chan eil e an-còmhnaidh furasta gluasad teas a lughdachadh leis gu feum teòthachd phàirtean fuireach fo chrìochan stuthan agus lubrication.
Faodaidh cuid de dhòighean-obrach, leithid còmhdach bacaidh teirmeach air pistonan no cinn siolandair, sruthadh teas chun stuth a lughdachadh. Ach, faodaidh na h-atharrachaidhean sin teòthachd a’ ghasa àrdachadh, a dh’ fhaodadh cruthachadh NOx a mheudachadh ann an einnseanan gasoline agus dìosail agus cunnart cnagadh ann an einnseanan gasoline a mheudachadh. Mar sin, nuair a bhios tu a’ leasachadh gluasad teas, bidh feum air co-rèiteachadh eadar èifeachdas, sgaoilidhean agus seasmhachd.
Mion-sgrùdadh Sealach agus Sgaoileadh Teòthachd
Tha cearcallan einnsein luath (m.e., tha 2000 rpm a’ ciallachadh 33,3 rèabhlaidean gach diog), agus mar sin bidh teòthachd a’ ghasa ag atharrachadh gu luath le gach cearcall. Bidh uachdar bhallachan a’ fulang le atharrachaidhean teòthachd nas lugha air sgàth mais teirmeach an stuth. Mar sin, mar as trice bidh feum air dòigh-obrach sealach airson mion-sgrùdadh gluasad teas ann an einnseanan: teòthachd a’ ghasa mar ghnìomh de astar a’ chrann-luingeis, co-èifeachdan giùlain ag atharrachadh, agus suidheachaidhean rèididheachd caochlaideach.
Chan eil sgaoileadh teòthachd co-ionnan. Is e an sgìre faisg air a’ bhalbha-sgaoilidh an t-àite as teotha gu tric leis gu bheil na gasaichean-sgaoilidh glè theth agus a’ sruthadh seachad air a’ bhalbha. Faodaidh an t-àite teth seo sgàineadh teirmeach adhbhrachadh ann an ceann an t-siolandair no losgadh a’ bhalbha mura h-eil fuarachadh iomchaidh. Mar sin, tha dealbhadh seacaid uisge, taghadh stuth bhalbha, agus ro-innleachd fuarachaidh deatamach.
Buaidhean Dealbhaidh agus Ro-innleachdan Smachd
Bidh mion-sgrùdadh gluasad teas a’ stiùireadh grunn cho-dhùnaidhean dealbhaidh cudromach:
1. Geoimeatraidh seòmar-losgaidh: a’ toirt buaidh air farsaingeachd uachdair, aimhreit, agus sgaoileadh teas. Bidh seòmraichean-losgaidh le raointean uachdair mòra buailteach call teas a mheudachadh.
2. Stuthan agus còtaichean: tagh an giùlan teirmeach agus an aghaidh teòthachd iomchaidh.
3. Siostam fuarachaidh atharrachail: teirmeastat, pumpa dealain caochlaideach, agus smachd sruthadh fuarachaidh gus an teòthachd as fheàrr a chumail suas aig diofar luchdan.
4. Riaghladh losgaidh: àm lasachaidh/in-stealladh, EGR, agus ro-innleachd measgachadh gus cothromachadh a dhèanamh eadar èifeachdas agus sgaoilidhean.
5. Leasachadh lubrication: dealbhadh jet ola piston agus cuairteachadh ola gus teòthachd piston agus giùlain a lùghdachadh.
Co-dhùnadh
Tha gluasad teas ann an einnsean losgaidh a-staigh na rud iom-fhillte anns a bheil giùlan buaireasach ghasan anns na siolandairean, rèididheachd bhon lasair agus gasaichean teth, agus giùlan tro phàirtean an einnsein chun na siostaman fuarachaidh is lubricaidh. Leigidh mion-sgrùdadh ceart le dealbhadairean call lùtha a thuigsinn, teòthachd phàirtean a smachdachadh, agus èifeachdas a leasachadh fhad ‘s a tha iad a’ cumail suas sgaoilidhean agus earbsachd. Le carbadan an latha an-diugh a’ sìor fhàs feumach air caitheamh connaidh agus sgaoilidhean, tha maighstireachd air mion-sgrùdadh gluasad teas a’ sìor fhàs cudromach, an dà chuid airson einnseanan àbhaisteach agus an fheadhainn leis na teicneòlasan losgaidh as ùire.
Ma thogras tu, is urrainn dhomh an artaigil seo a chrìochnachadh le: (1) eisimpleir shìmplidh de àireamhachadh sruth teas balla siolandair, (2) diagram sruth lùtha àbhaisteach (cothromachadh teas) einnsean gasoline an aghaidh einnsean dìosail, no (3) liosta de iomraidhean leabhraichean/irisean gus am bunait saidheansail a neartachadh.
