Kusanthula kwa Kutentha kwa Injini Zoyaka Mkati
Kusanthula kutentha kwa injini zoyatsira mkati (ICEs) ndikofunikira kwambiri kuti timvetsetse momwe mphamvu yamafuta imasinthira kukhala mphamvu yamakina, komanso momwe kutentha kumagawidwira, kugwiritsidwa ntchito, komanso kutayika panthawiyi. Mainjini oyatsira mkati—kaya m'magalimoto, majenereta, kapena ntchito zamafakitale—amagwirira ntchito pansi pa kutentha kwambiri ndi kupsinjika, kotero magwiridwe antchito awo, magwiridwe antchito awo, mpweya woipa, ndi kudalirika kwa zigawo zimakhudzidwa kwambiri ndi mawonekedwe awo a kutentha. Kudzera mu kusanthula kutentha, mainjiniya amatha kukonza kapangidwe ka chipinda choyatsira, njira zoziziritsira, kusankha zinthu, ndi kuwongolera mpweya woipa.
1. Malingaliro Oyambira a Mphamvu ndi Kutentha mu Makina
Kwenikweni, injini yoyaka mkati imasintha mphamvu ya mankhwala ya mafuta kukhala kutentha kudzera mu kuyaka. Kutentha kumeneku kumawonjezera mphamvu yamkati ya mpweya mkati mwa silinda, ndikupanga kupanikizika komwe kumakankhira pisitoni (ya injini yobwerezabwereza) kapena kuyendetsa turbine (ya injini ya turbine ya gasi). Komabe, sikuti kutentha konse kumasanduka ntchito yothandiza. Kwambiri mwa iko kumatayika kudzera mu:
1. Mpweya wotulutsa utsi (kutayika kwa utsi): Mphamvu ya kutentha imachitika ndi mpweya wotulutsa utsi.
2. Dongosolo loziziritsira (kutayika kwa choziziritsira): Kutentha kumatengedwa ndi makoma a silinda, mutu wa silinda, ndi zinthu zina kenako kumasamutsidwira ku choziziritsira kapena mpweya.
3. Kuwala kwakunja ndi kutsekeka kwa magetsi: Kutentha kumatulutsidwa kupita ku chilengedwe kuchokera pamwamba pa makina.
4. Kutayika kwa makina: Ngakhale kuti sikuli kutentha kokha, kukangana kumabweretsa kutentha ndipo kumachepetsa ntchito yogwira mtima.
Kusanthula kutentha kumayesetsa kupanga mphamvu yolinganiza: gawo la mphamvu ya mafuta lomwe limakhala mphamvu ya mabuleki, kuchuluka kwa mphamvu komwe kumatayika ku choziziritsira, kuchuluka kwa mpweya wotulutsa utsi, ndi kuchuluka kwa mphamvu komwe kumatayika kudzera munjira zina.
2. Kuzungulira Kwabwino kwa Thermodynamic ndi Kuzungulira Kweneko
Kuti mumvetse momwe injini imayendera kutentha, chitsanzo chabwino cha njinga nthawi zambiri chimagwiritsidwa ntchito:
– Otto njinga ya injini ya petulo (kuyaka moto).
- Dizilo ya injini za dizilo (compression ignition).
- Dual Cycle monga kuphatikiza kwa makhalidwe a Otto ndi Diesel.
- Brayton ya ma turbine a gasi.
Kuzungulira koyenera kumafuna njira yosinthika komanso kuyaka nthawi yomweyo, popanda kutaya kutentha komanso kukangana. Komabe, mu injini zenizeni, pali kusiyana kwakukulu, mwachitsanzo:
– Kuyaka kumatenga nthawi (kuyaka kwa finite-rate).
- Kusamutsa kutentha ku makoma a silinda ndikofunikira kwambiri.
– Pali mpweya wotuluka (kutuluka kwa mpweya kudutsa mphete za pistoni).
- Kupopera ndi kutulutsa utsi kumabweretsa kutayika kwa kupopa.
– Kapangidwe ka kutentha kwa mpweya kamasintha ndi kutentha.
Chifukwa chake, kusanthula kutentha kwa injini zenizeni kumafuna kukonzedwa—kaya kudzera mu njira zoyesera, mitundu ya 1D/3D, kapena deta yoyesera.
3. Kusamutsa Kutentha mu Silinda
Kusamutsa kutentha kuchokera ku mpweya woyaka kupita ku makoma a silinda kumachitika kudzera m'njira zitatu: kupititsa patsogolo mphamvu, kusinthasintha mphamvu, ndi kuwala. Mu ICE, kusinthasintha mphamvu ndiko kwakukulu, chifukwa kuyenda kosasunthika m'chipinda choyaka kumathandizira kusamutsa kutentha.
Zina mwa zinthu zazikulu zomwe zimakhudza kusamutsa kutentha:
– Kutentha kwa mpweya ndi khoma: Kusiyana kwa kutentha kwakukulu, kutentha kumachulukanso.
- Kugwedezeka: Kumayendetsedwa ndi kapangidwe ka doko, mawonekedwe a pistoni, kuzungulira, kugwa, ndi liwiro la injini.
– Kupanikizika kwa mpweya ndi kuchulukana kwake: Kuwonjezeka panthawi yoponderezedwa ndi kuyaka, zomwe zimawonjezera mphamvu yotumizira kutentha.
– Chiŵerengero cha kupsinjika: Kawirikawiri chimawonjezera mphamvu ya kutentha, komanso chimawonjezera kutentha kwambiri kotero kuti kutentha kwa zinthuzo kumawonjezeka.
Ma modelo osinthira kutentha mkati mwa silinda nthawi zambiri amagwiritsa ntchito maubwenzi oyeserera, monga Woschni kapena Hohenberg, kuti ayese kuchuluka kwa convection kutengera zosintha zogwirira ntchito za injini.
4. Kusanthula Kutentha Kofunika Kwambiri kwa Zigawo
Zipangizo za makina zimakhala ndi kutentha kwambiri komanso kutentha mobwerezabwereza, zomwe zingayambitse kutopa kwa kutentha, kusintha kwa kutentha, kapena kulephera kwa zinthu. Zipangizo zofunika kwambiri ndi izi:
– Pisitoni: Korona wa pisitoni amalandira kutentha mwachindunji kuchokera ku kuyaka. Kuziziritsa kumachitika kudzera mu ma jet a mafuta, malo oziziritsira a pisitoni, ndi kapangidwe ka zinthu.
– Mutu wa silinda ndi ma valve: Ma valve otulutsa utsi ndi malo ozungulira mipando yawo amalandira kutentha kwambiri kuchokera ku mpweya wotentha. Zipangizo zosagwira kutentha komanso kuzizira bwino ndizofunikira kwambiri.
– Silinda yolumikizira: Iyenera kutulutsa kutentha pamene ikusunga mafuta ndikuchepetsa kusokonekera.
– Turbocharger (ngati ilipo): Turbine imagwira ntchito kutentha kwambiri kwa mpweya wotulutsa utsi; kuganizira za kuzizira ndi kusankha ma alloys osatentha ndikofunikira.
Kusanthula kutentha kwa zinthu nthawi zambiri kumagwiritsa ntchito njira zoyezera kutentha (monga kusanthula kwa zinthu zocheperako/FEA) zokhala ndi malire a mpweya ndi mpweya wozizira. Cholinga chake ndikuwonetsetsa kuti kutentha kwakukulu kuli pansi pa malire a zinthuzo ndikuchepetsa kupsinjika kwa kutentha.
5. Njira Yoziziritsira ndi Kusamalira Kutentha
Popeza kutentha kwambiri kuyenera kuchotsedwa kuti injini isatenthe kwambiri, makina oziziritsira amakhala chinthu chofunikira kwambiri pakuwunika kutentha. Mainjini amakono amagwiritsa ntchito:
- Kuziziritsa madzi (jekete la madzi) ndi radiator, pampu yoziziritsira, thermostat, ndi fan.
- Kuziziritsa mpweya m'mainjini ena (mainjini ang'onoang'ono, injini zina za njinga zamoto).
Kusinthana kofunikira: kuzizira kwambiri kumachepetsa kutentha kwa injini ndipo kungachepetse mphamvu ya kutentha chifukwa kutentha kwambiri kumatayika ku coolant. Mosiyana ndi zimenezi, kuzizira kosakwanira kumawonjezera chiopsezo cha kugwedezeka (mu mafuta), kuyaka moto usanayambe, kuwonongeka kwa mafuta, ndi kuwonongeka kwa zigawo zake.
Malingaliro amakono okhudza kutentha amayesa kusunga injini pa kutentha koyenera: kokwanira kuti igwire bwino ntchito komanso kutulutsa mpweya woipa, koma kotsika kokwanira kuti igwire bwino ntchito. Njira zoyendetsera injini ndi izi:
- Pampu yoziziritsira yosinthasintha.
- Thermostat yamagetsi.
- Kuziziritsa kolunjika m'malo ovuta.
- Kuwongolera kayendedwe ka mpweya wotulutsa mpweya (EGR) kuti muchepetse kutentha kwa kuyaka ndi NOx.
6. Kugwira Ntchito Mwachangu ndi Kulinganiza Mphamvu
Mphamvu ya kutentha kwa injini imangokhala chiŵerengero cha ntchito yonse ndi mphamvu zomwe zimalowa kuchokera ku mafuta. M'magalimoto, nthawi zambiri zimafotokozedwa motere:
– Kugwira ntchito bwino kwa kutentha: kutengera ntchito yomwe ili mu silinda.
- Kugwiritsa ntchito bwino kutentha kwa mabuleki: kutengera mphamvu ya shaft yotulutsa.
Kulinganiza mphamvu kwa injini yachizolowezi kumasonyeza kuti pafupifupi 25–40% yokha ya mphamvu ya mafuta imasinthidwa kukhala mphamvu yogwiritsidwa ntchito, ndipo yotsalayo imatayika kudzera mu utsi ndi kuziziritsa. Mu injini zamakono za dizilo zapamwamba, magwiridwe antchito amatha kukhala okwera kwambiri, koma malire oyambira amakhalabe chifukwa cha thermodynamics (monga, malire abwino a Carnot) ndi zoletsa zenizeni (kuyaka, kukangana, kutulutsa mpweya, ndi kulimba kwa zinthu).
Kuyesetsa kukonza bwino kutentha kumaphatikizapo:
- Wonjezerani chiŵerengero cha kupsinjika (ndi malire ogundana/osazolowereka a kuyaka).
- Kuchepetsa kutayika kwa kutentha kudzera mu zophimba kutentha (zophimba zotchinga kutentha).
- Kugwiritsa ntchito mphamvu ya mpweya wotulutsa utsi kudzera mu turbocharging, turbocompounding, kapena kutaya kutentha (monga Rankine cycle).
- Konzani nthawi yoyaka, AFR (chiŵerengero cha mpweya ndi mafuta), ndi njira yopangira jakisoni.
7. Ubale Pakati pa Kusanthula Kutentha ndi Utsi Wotuluka
Kutentha kwa kuyaka kumakhudza kwambiri kupanga kwa mpweya woipa:
– NOx imawonjezeka kutentha kwambiri komanso kuchuluka kwa mpweya woipa.
– CO ndi HC zimawonjezeka ngati kuyaka sikunathe kapena kutentha kuli kotsika kwambiri.
– Tinthu tating'onoting'ono (sosi), makamaka mu dizilo, timakhudzidwa ndi kusakaniza ndi kutentha kwa malo.
Chifukwa chake, kusanthula kutentha sikungalekanitsidwe ndi njira zowongolera mpweya woipa. Mwachitsanzo, EGR imachepetsa kutentha kwambiri, motero imaletsa NOx, koma imatha kuwonjezera soot ngati siili bwino mwa kusakaniza bwino ndi okosijeni.
8. Njira Zowunikira: Zoyesera ndi Zoyeserera
Kusanthula kutentha kumachitika pogwiritsa ntchito njira zotsatirazi:
1. Kuyesa injini
Yesani kutentha kwa choziziritsira, mafuta, mpweya wotulutsa utsi, ndi zinthu zina (pogwiritsa ntchito ma thermocouples, makamera a IR, kapena masensa apadera). Deta iyi ndi yofunika kwambiri kuti chitsanzo chitsimikizidwe.
2. Kuyerekezera kwa 1D (kuyerekezera kwa kayendedwe ka injini)
Ma modelo a njira zogwirira ntchito mu silinda, kuchuluka kwa madzi otuluka/otuluka, ndi kuyaka padziko lonse lapansi. Mwachangu poyesa magawo a magwiridwe antchito ndi kutentha komwe kumafanana.
3. Chipinda choyaka moto cha CFD 3D
Imafufuza tsatanetsatane wa kugwedezeka, kusakaniza, malawi, ndi kugawa kutentha. Yothandiza kwambiri pokonza bwino chipinda choyaka ndi kapangidwe ka injector.
4. FEA yopangidwa ndi kutentha
Werengerani kugawa kutentha ndi kupsinjika kwa kutentha pa zigawo, makamaka ma pistoni, mitu ya masilinda, manifold, ndi ma turbocharger.
Kuphatikiza njira zimenezi kumabweretsa kapangidwe kabwino komanso kodalirika.
Mapeto
Kusanthula kutentha kwa injini zoyatsira mkati ndikofunikira kwambiri pakukweza magwiridwe antchito, kuchepetsa mpweya woipa, ndikuwonetsetsa kuti zigawo zake zimadalira malo ogwirira ntchito kutentha kwambiri. Pomvetsetsa kusamutsa kutentha mkati mwa silinda, kuchuluka kwa mphamvu, ndi kasamalidwe koziziritsa, mainjiniya amatha kupanga zisankho zodziwika bwino - kuyambira pa mawonekedwe a chipinda choyatsira ndi zinthu mpaka makina ozizira ndi zowongolera magwiridwe antchito a injini. Kupita patsogolo kwa ukadaulo woyeserera (CFD/FEA) ndi masensa oyezera kukuwonjezeranso luso losanthula, zomwe zimathandiza kukonza mwachangu komanso molondola kuti zikwaniritse zofunikira zamasiku ano zowongolera mphamvu ndi mpweya woipa.
Ngati mukufuna, nditha kusintha nkhaniyi kuti ikhale yokhudza maphunziro (yokhala ndi ma equation oyambira, maumboni, ndi mitu yaying'ono ya njira yowerengera) kapena yogwiritsidwa ntchito kwambiri pa ntchito/thesis.
