Daraasadda Thermodynamic ee ku saabsan Matoorada Naaftada iyo Matoorada Gaaska
Pendahuluan
Matoorka gubashada gudaha waa tiknoolajiyad muhiim ah oo tamarta kiimikada ee shidaalka u beddesha tamar farsamo iyada oo loo marayo gubasho gudaha dhululubo ah. Labada nooc ee ugu badan ee loo isticmaalo baabuurta iyo codsiyada warshadaha kala duwan waa matoorka gaaska (shidaalka shidista/SI) iyo matoorka naaftada (shidaalka cadaadiska/CI). In kasta oo labaduba ay ku tiirsan yihiin wareegga afar-istaroogga (naqshado badan) iyo mabaadi'da thermodynamic aasaasiga ah, waxaa jira kala duwanaansho muhiim ah oo ku saabsan sameynta isku-darka, habka shidista, astaamaha gubashada, iyo natiijada, hufnaanta. Daraasadda thermodynamics waxay naga caawineysaa inaan fahanno sababta matoorada naaftada ay u muuqdaan inay waxtar badan yihiin, sababta matoorada gaaska ay u leeyihiin astaamo jawaab celin iyo rev oo kala duwan, iyo sida xuduudaha sida saamiga cadaadiska, heerkulka, cadaadiska, iyo khasaaraha ay u go'aamiyaan waxqabadka.
Heerkulka Aasaasiga ah ee Matoorada Gubashada Gudaha
Sida ugu habboon, waxqabadka matoorka waxaa badanaa lagu falanqeeyaa wareegga thermodynamic ee la habeeyay kaas oo fududeeya habka dhabta ah. Hadafku maaha in si sax ah loo soo koobo faahfaahinta gubashada, laakiin waa in la bixiyo qaab-dhismeed lagu qiimeeyo saameynta doorsoomayaasha naqshadaynta ee hufnaanta. Tirada muhiimka ah ee daraasaddan waxaa ka mid ah:
1. Saamiga cadaadiska (r): saamiga mugga dhululubada marka bistooladdu ay ku taal bartamaha hoose ee dhimashada iyo mugga xarunta sare ee dhimashada. Saamiga cadaadiska wuxuu saameeyaa heerkulka cadaadiska ugu dambeeya iyo cadaadiska, sidaas darteed si weyn ayuu u go'aamiyaa waxtarka.
2. Kuleylka la geliyo (Q_in) iyo wax soo saarka kulaylka (Q_out): fikradda wareegga ku habboon, kuleylku wuxuu dhacaa inta lagu jiro gubashada (ama ku darista kulaylka) wax soo saarka kulaylkana wuxuu dhacaa inta lagu jiro diidmada kulaylka.
3. Shaqada saafiga ah (W_net): farqiga u dhexeeya shaqada ballaarinta iyo shaqada cadaadiska.
4. Waxtarka kulaylka (η_th): saamiga shaqada saafiga ah iyo gelinta kulaylka, oo ah η_th = W_net / Q_in.
5. Sharciga Koowaad ee Thermodynamics: isbeddellada tamarta ee nidaamka waxay la xiriiraan kulaylka iyo shaqada. Wareegga xiran ee ku habboon, shaqada saafiga ah waxay la mid tahay farqiga u dhexeeya gelinta kulaylka iyo wax soo saarka kulaylka.
Dhab ahaantii, waxtarka dhabta ahi had iyo jeer wuu ka hooseeyaa kan ugu habboon sababtoo ah is jiidjiid, gudbinta kulaylka derbiyada dhululubada, gubasho aan dhammaystirnayn, khasaaraha bamka, iyo sidoo kale arrimaha gaaska qiiqa iyo nidaamka qaboojinta.
Wareegga Ku Habboon ee Matoorka Shidaalka: Otto Cycle
Matoorka shidaalka ee ugu habboon waxaa matalaya wareegga Otto, iyadoo la malaynayo in kulayku ku darsado mugga joogtada ah. Marxaladaha ugu muhiimsan ee wareegga Otto ee ugu habboon waa:
1. Cadaadiska Isentropic: isku darka hawada-shidaalka waa la cadaadiyaa iyada oo aan la wareejin kulaylka (ku habboon).
2. Ku darista kulaylka mugga joogtada ah: gubashada waxaa loo maleynayaa inay si dhakhso ah u dhacdo si mugga uu u ahaado mid joogto ah.
3. Ballaarinta Isentropic: gaaska gubanaya wuu fidaa, wuxuu riixaa bistoolada wuxuuna soo saaraa shaqo.
4. Diidmada kulaylka mugga joogtada ah: kulaylka waa la diidayaa wareegguna wuxuu ku soo noqonayaa xaaladdiisii hore.
Waxtarka kulaylka ee wareegga Otto ee ku habboon waxaa loo qori karaa iyadoo loo eegayo saamiga cadaadiska:
\[
\eta_{Otto} = 1 – \frac{1}{r^{\gamma – 1}}
\]
halkaas oo γ uu yahay saamiga kulaylka gaarka ah (Cp/Cv). Isla'egtan waxay muujinaysaa in kordhinta saamiga cadaadiska ay kordhiso waxtarka. Si kastaba ha ahaatee, matoorada shidaalka waxaa xaddidaya garaacid (qarxin), taas oo ah gubasho aan la xakamayn oo ay ugu wacan tahay heerkulka sare iyo cadaadiska oo sababa in qaar ka mid ah isku darka uu shido ka hor inta uusan furka dabku soo saarin horteeda olol deggan. Sidaa darteed, saamiga cadaadiska ee matoorada shidaalka guud ahaan wuu ka hooseeyaa kan matoorada naaftada.
Wareegga Matoorka Naaftada ee ugu Fiican: Wareegga Naaftada
Matoorka naaftada ee ku habboon waxaa matalaya wareegga naaftada, iyadoo farqiga ugu weyn uu yahay in ku darista kulaylka la filayo inay dhacdo cadaadis joogto ah (ama ku dhawaad joogto ah) oo ay ugu wacan tahay durista shidaalka inta lagu jiro wareegga ballaarinta bilowga ah. Marxaladaha wareegga naaftada ee ku habboon waa:
1. Cadaadiska Isentropic: hawada oo keliya ayaa la cadaadiyaa ilaa heerkul aad u sarreeya.
2. Ku darista kulaylka cadaadiska joogtada ah: shidaalka waa la duraa oo la gubaa, iyadoo la ilaalinayo cadaadis joogto ah inta lagu jiro qayb ka mid ah hawsha.
3. Ballaarinta Isentropic: gaaska kulul wuu fidaa oo shaqo ayuu soo saaraa.
4. Kala-baxa kulaylka mugga joogtada ah: kulaylka waa la diidayaa inuu ku soo laabto xaaladdii hore.
Waxtarka wareegga Diesel-ka ee ku habboon wuxuu ku xiran yahay saamiga cadaadiska iyo saamiga goynta (ρ), kaas oo ah saamiga mugga kulaylka-ku-darka ugu dambeeya ilaa mugga kulaylka-ku-darka bilowga ah. Guud ahaan, saamiga cadaadiska isku midka ah, waxtarka Otto wuxuu u janjeeraa inuu ka sarreeyo kan Diesel-ka ku habboon. Si kastaba ha ahaatee, xaqiiqadu waa liddi ku ah: matoorada naaftada badanaa way ka waxtar badan yihiin sababtoo ah waxay isticmaali karaan saamiga cadaadiska sare waxayna ku shaqeyn karaan khasaarooyin yar yar oo ceejin ah.
Isbarbardhigga Thermodynamic: Maxaa Naaftada uga Waxtar Badan?
Marka laga eego aragtida thermodynamics ee la dabaqay, waxaa jira dhowr sababood oo qasab ah:
1. Saamiga cadaadiska sare ee naaftada
Matoorada naaftada waxay hawada ku cadaadiyaan oo keliya, sidaa darteed garaaciddu ma aha mid xaddidan sida ay u tahay matoorada gaaska. Saamiga cadaadiska naaftada wuxuu noqon karaa mid aad u sarreeya, taasoo keenta heerkul sare oo heer sare ah oo cadaadiska ah, gubasho fudud, iyo hufnaan kordhaysa.
2. Hawlgal aan lahayn ceejin iyadoo qayb ahaan culays la saarayo
Matoorro badan oo shidaal ah ayaa korontada ku xakameeya iyadoo la adeegsanayo ceejin taasoo xaddidaysa socodka hawada ee la qaato. Tani waxay abuurtaa khasaarooyin bamgareyn ah, gaar ahaan marka ay yar yihiin culaysyada. Matoorada naaftada guud ahaan waxay korontada ku xakameeyaan xaddiga shidaalka la duray, iyagoo ilaalinaya hawada xad-dhaafka ah, taasoo keenta khasaarooyin bamgareyn oo hooseeya iyo hufnaan qayb ahaan wanaagsan.
3. Astaamaha gubashada iyo saamiga hawada iyo shidaalka
Matoorada naaftada waxay caadi ahaan ku shaqeeyaan isku-darka aadka u caatada ah, taasoo u oggolaanaysa heerkulka ugu sarreeya xaaladaha qaarkood, taasoo yaraynaysa khasaaraha kulaylka. Si kastaba ha ahaatee, naaftada waxay sidoo kale keentaa caqabado la xiriira walxaha qashinka ah (dabka) iyo qiiqa NOx ee u baahan xakamaynta.
4. Qiimaha kalooriga iyo cufnaanta tamarta ee shidaalka
Shidaalka naaftada wuxuu leeyahay cufnaan tamar oo ka sarreysa shidaalka. In kasta oo waxtarka kuleylku uu weli yahay fikrad gaar ah, qodobkani wuxuu saameeyaa isticmaalka shidaalka halkii kiiloomitir iyo halkii litir, taasoo inta badan ka dhigaysa naaftada inay u muuqato mid "waxtar badan leh."
Dhinacyada Geedi socodka Dhabta ah: Laga bilaabo Wareegga Ku Habboon ilaa Wareegga Dhabta ah
Wareegyada Otto iyo Diesel ee ku habboon waxay u qaataan hab isentropic ah iyo ku darid kulayl "wanaagsan". Matoorada adduunka dhabta ah waxay la kulmaan leexashooyin muhiim ah, oo ay ku jiraan:
– Kuleylka loo gudbiyo derbiga dhululubada ayaa yareeya heerkulka gaaska shaqeynaya si shaqada ballaarinta loo yareeyo.
– Isjiidjiid farsamo oo ku dhaca giraangiraha bistoolada, boodhadhka, iyo qaybaha valvetrain waxay yareeyaan awoodda wax ku oolka ah.
– Muddada gubashada: gubashada ma aha mid degdeg ah. Matoorada shidaalka, gubashadu waxay u baahan tahay dhowr darajo oo xagal crankshaft ah; matoorada naaftada, waxaa jira dab-shid iyo gubasho faafin oo dib u dhac ah.
– Gaaska haraaga ah ee ka soo wareegay wareeggii hore wuxuu beddelaa isku-darka iyo heerkulka isku-darka xiga.
- Waxtarka mugga waxaa saameeya naqshadeynta qaadashada/qixidda iyo waqtiga waalka, taasoo go'aamisa cufka hawada soo galaysa, sidaas darteedna saameysa korontada iyo isticmaalka.
Falanqaynta injineernimada, waxqabadka waxaa badanaa lagu cabbiraa cadaadiska celceliska wax ku oolka ah ee la tilmaamay (IMEP) iyo cadaadiska celceliska wax ku oolka ah ee biriiga (BMEP). IMEP waxay ka tarjumaysaa shaqada thermodynamic ee lagu sameeyay dhululubada, halka BMEP ay tahay shaqada dhabta ah ee laga heli karo usha ka dib marka laga jaro khasaaraha farsamada. Farqiga u dhexeeya labaduba wuxuu la xiriiraa hufnaanta farsamada.
Saamaynta Heerkulka ee Qiiqa
Daraasadda thermodynamics-ka lama kala saari karo sameynta qiiqa sababtoo ah heerkulka, cadaadiska, iyo halabuurka isku darka ayaa go'aamiya falcelinta kiimikada.
– Matoorada shidaalka ayaa u janjeera inay soo saaraan CO iyo HC haddii gubashadu aanay dhammaystirnayn, laakiin kiciyeyaasha saddex-geesoodka ah ayaa waxtar leh marka isku-darka uu u dhow yahay stoichiometric.
– Matoorada naaftada waxay u muuqdaan inay soo saaraan NOx (heerkulka sare iyo oksijiinta xad-dhaafka ah awgeed) iyo walxaha qashinka/dabka (sababtoo ah aagagga hodanka ah ee deegaanka ee gubashada baahsan). Istaraatiijiyadaha sida EGR (dib-u-warshadaynta gaaska qiiqa), turbocharging, iyo ka dib daaweynta (SCR/DPF) ayaa loo isticmaalaa in lagu dheellitiro hufnaanta iyo qiiqa.
Horumarrada Casriga ah: Turbocharging, Cirbad Toos ah, iyo Wareeg Isku Dhafan
Horumarka tignoolajiyada ayaa mugdi gelinaya khadadka u dhexeeya "astaamaha shidaalka" iyo "astaamaha naaftada." Matoorada gaaska casriga ah badanaa waxay isticmaalaan duritaan toos ah iyo turbocharging si loo hagaajiyo hufnaanta loona yareeyo isticmaalka shidaalka, inkastoo tani ay kordhin karto walxaha qashinka ah oo u baahan karto shaandhooyin. Dhanka kale, matoorada naaftada casriga ah waxay isticmaalaan xakamaynta duritaanka marxalado badan leh iyo turbocharging isbeddelaya si ay u wanaajiyaan gubashada.
Daraasadaha thermodynamic, matoorada casriga ah waxaa badanaa lagu falanqeeyaa wareeg laba-geesood ah: ku darista kulaylka waxay dhacdaa qayb ahaan mugga joogtada ah iyo qayb ahaan cadaadis joogto ah. Qaabkani waa mid macquul ah oo lagu sharraxayo gubashada dhabta ah ee aan si buuxda u buuxinayn mala-awaalka Otto ama Diesel.
Gabagabo
Daraasadaha thermodynamic ee matoorada naaftada iyo gaaska ayaa muujinaya in hababka kala duwan ee shidista iyo isku-darka ay keenaan wareegyo ku habboon oo kala duwan: Otto (mugga joogtada ah) ee gaaska iyo Diesel (cadaadis joogto ah) ee naaftada. In kasta oo wareegga Otto ee ugu habboon uu noqon karo mid waxtar badan leh isla saamiga cadaadiska, matoorada naaftada ee ficil ahaan badanaa waxay ku fiican yihiin hufnaanta sababtoo ah awooddooda ay u leeyihiin inay isticmaalaan saamiga cadaadiska sare iyo inay yareeyaan khasaaraha bamgareynta culaysyo qayb ah. Si kastaba ha ahaatee, hufnaanta ma aha arrin gooni u taagan: qiiqa, astaamaha awoodda, kharashyada nidaamka, iyo shuruudaha dayactirka ayaa dhammaantood ah arrimo go'aamiya codsiga. Iyada oo la adeegsanayo teknoolojiyada casriga ah sida duritaanka tooska ah, turbocharging, EGR, iyo daaweynta ka dib, labada nooc ee matoorku waxay sii wadaan inay u gudbaan meelaha ugu wanaagsan ee cusub - hagaajinta hufnaanta kulaylka iyadoo la dhimayo qiiqa - sidaa darteed fahamka thermodynamics-ku wuxuu weli yahay aasaas muhiim u ah naqshadeynta iyo qiimeynta waxqabadka matoorada gubashada gudaha.
