Seuraa 
Viestejä59

MItä enemmän ilmaa puristetaan kokoon ennen palamistapahtumaa, niin sitä paremmin polttoaineen lämpösisältömuuttuu liike-energiaksi lämpövoimakoneessa.
Mutta mitä oikeasti tapahtuu? Polttoaineen lämpösisältö lämpölaajentaa kaasua sylinterissä. Polttoaineen lämpöarvo pysyy samana luonnollisestikin, tapahtuipa palaminen 1 tai 1000 baarin paineessa. Paineen nostaminen lisää ilman lämpötilaa suoraan suhteessa, kaasulakien mukaan, eli saadaan suurempi dT, jonka Carnot:n hyötysuhdekaava sanoo myös, että lämpövoimakoneen hyötysuhde on sitä parempi, mitä suurempi lämpötilaero on.

Tapahtuuko sama hyötysuhteen nouseminen, jos polttoaineen lämpösisältö tuodaankin kuvitteellisesti sylinteriin ulkopuolelta juuri oikealla hetkellä, eikä palaminen tapahdukaan sylinterin sisällä?

Vai pitääkö mennä molekyylien välisiin suhteisiin, jotta tämän voisi ymmärtää? Korkeammassa paineessa molekyylit ovat lähempänä toisiaan, ja liikenopeuskin lienee suurempi. Miksi palaminen tässä tilanteessa antaisi paremman hyötysuhteen lämmön muuttumiseksi liike-energiaksi?

Puristustahtihan on ulkopuolelta tuotua työtä sylinteriin, joka saadaan takaisin kun tulee työtahti. Tilanne tämän puristamisen energian kulutuksen kanssa on siis +/- nolla teoriassa.

Polttoaineen ja ilman parempi sekoittuminen ei ole vastaus tähän. Toki näissä on käytännön rajat, mutta teoria kiinostaa nyt.

Sivut

Kommentit (135)

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Kontra1
Seuraa 
Viestejä4972

Eiköhän Googlaamalla löydy vastas kysymykseesi, mutta tässä aikanaan tehokkain lämpövoimakone.

Concorden Olympus-moottori oli aikanaan tehokkain  lämpövoimakone 43% hyötysuhteella.  Nykyisten liikennekoneiden puhallinmoottorien hyötysuhde on luokkaa 40%  - tehokkaimmat saattavat tuohon 43 %:iin juuri ja juuri parhaimmillaan yltää.

Olympus-moottorin ahtimien painesuhde OPR yliäänimatkalennolla oli  82,1 :1 , kun nykyisten liikennekoneiden moottoreiden painesuhde parhaimmillaan ylittää 50:1.  Tosin Olympus-moottorin painesuhde moottori paikallaan oli alhainen - vain 15,5 :1 . 

Mielenkiintoinen yksityiskohta Olympuksen korkeapaineahtimen rakenteessa oli viimeisten ahdinsiipien materiaali, nikkeliseos, jota käytetään turbiinisiivissä mm. korkean sulamislämpötilan vuoksi. Eli ilma kuumeni ahtimessa puristuessaan tuossa suhteessa 82:1 niin kuumaksi, että ahtimen tavanomaiset titaanisiivet olisivat pehmenneet.

Epäilen, että nykyisinkään pystyttäisiin rakentamaan sellaista 2 Machin liikennekoneen moottoria, jonka hyötysuhde  juurikaan tuosta 43 %:sta nousisi.

Kun Concorden moottoreiden bruttoteho polttoaineenkulutuksen perusteella oli 270 MW, nettoteho oli 0,43 x 270 MW = 116 MW.

Liikennekoneessa Convair Metropolitan (52 +4 henk.) oli 2 kpl  2500 hp mäntämoottoria, eli yhteensä 3,7 MW. Concordessa oli siten 31,4  kertainen teho Convairiin verrattuna. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Rolls-Royce/Snecma_Olympus_593

Nature
Seuraa 
Viestejä9336

Tuossa periaate

http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/fysiikka/fysiikka4/5/5.lkon...

joten ei ole merkistystä sillä mten kuuma- ja kylmäsäiliö toteutetaan, hyötysuhde on kuitenkin (T1 - T2) / T2, absoluuttisina lämpötiloina (K).

Mitä korkeampi on puristussuhde, sitä korkeampi on lämpötila palamisen alkaessa ja mitä lähempänä palamisen aikana molekyylit toisiaan ovat sitä tehokkaampaa on luonnollisesti palaminenkin. Palotilan pienentyminen johtaa suhteellisestoi korkeampaan loppupaineeseen ja -lämpötilaan. Paineen- ja lämpötilan kasvaessa kierron aikaisen prosessin työ lisääntyy suhteellisesti.

Suorassa suhteessa pusristussuhteeseen muutos ei kuitenkaan tapahdu koska lämpötila- ja paine lisääntyvät myös jättöpuolella virtausten voimistumisesta ym. vastuksista johtuen.

Vastaukseni ei pyrkinyt olemaan tyhjentävä, mutta noista asiosta lähinnä on kyse.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4972

Maalaisjärjellä pääteltynä turbolla puristuspaineen nosto lisää mäntämoottorin vääntömomentuttia ja nostaa hyötysuhdetta.

Oletetaan, että polttomoottori puristaa ilmaa tiettyyn paineeseen ja ruiskutetaan sinne tietty määrä polttoainetta. Kun ilma joka sylinterissä oli pakkautuneena, laajenee polton kuumuudessa, se työntää mäntää tietyllä voimalla.

Nyt turbolla työnnetään kaksinkertainen määrä ilmaa sylinteriin ja ruiskutetaan sama määrä polttoainetta sylinteriin. Nyt kun ilmaa on kaksinkertainen määrä pakkautuneena sylinteriin, joka kuumetessaan nostaa paineen noin kaksinkertaiseksi, ja työntää mäntää kaksinkertaisella voimalla. Siis vaikka palaminen vaatii vain saman verran happea, kaksinkertainen ilmamäärä laajetessaan tuottaa kaksinkertaisen paineen.

Tämä siis vain periaatteessa, kun en tunne prosessiin vaikuttavia muita tekijöitä. Sanotaan, että turbolla työnnetyssä kovemmassa paineessa ruiskutettu polttoaine palaisi tehokkaammin/täydellisemmin, ja poltto olisi kuumempi sen vuoksi eli käyttäisi enemmän happea tehokkaammin, mutta tämä on vain arvailua.

Suihkumoottorissa ilmiö olisi vastaava. Siinä ahtimella myös nostetaan polttokammioon syötettävän ilman painetta, mutta ahdinpaine on nostetava vähintään yhtä suureksi, kuin paine on polttokammiossa polttoaineen palaessa, muuten ahdinilma ei pääse työntymään polttokammioon. Polttokammiossa palamaton kuumentunut ilma laajetessaan tekee sen työn sitten tubiinissa  syöksyessään kovalla vauhdilla pyörivän tubiinin siipiä vasten ja niiden välistä synnyttäen siipiin kohdistuvan reaktiovoiman. Nämä voimat tuottavat turbiinin roottoriakseliin vääntömomentin, joka pyörittää ahdinta, ja puhallinta ja syöksyessään ulos suihkusuuttimesta tuottaa reaktiovoiman moottorille suuremman puhallinsuihkun reaktiovoiman lisäksi.

111
Seuraa 
Viestejä801

Laajenevan Maapallon pinnan ja keskustan välisellä alueella on enemmän laajenevia atomien ytimiä kuin laajenevan Kuun pinnan ja keskustan välisellä alueella.

Kun kaikki laajenevat protonit ja neutronit laajenevat yhtä nopeasti, on kiihtyvyys pois päin laajenevan Maapallon keskustasta nopeampaa kuin Kuun pinnalla pois päin Kuun keskustasta.

Muitakin tekijöitä on tietysti olemassa, ne vaikuttavat koettuun / havaittavaan ns. painovoimaan ja ne pitää ottaa huomioon jos haluaa ymmärtää kokonaisuuden, mutta tuo ylläoleva liittyy omalla tavallaan avaukseen.

🤔

Ikuista työntävän voiman kierrätystä äärettömässä 3 D avaruudessa joka ei todellakaan laajene tai kaareudu. Laajeneva avaruus on keisari alasti!!!

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4972

muokkasin korjasin kommennittia 9

Puristuspaineen nosto lisää polttomoottorin tehoa ja hyötysuhdetta (maalaisjärjellä)

Mäntämoottorin vääntömomentti hyötysuhde nousee

Oletetaan, että polttomoottori puristaa ilmaa tiettyyn paineeseen ja ruiskutetaan sinne tietty määrä polttoainetta. Kun paloon osallistumaton ilma, joka sylinterissä oli pakkautuneena laajenee palokaasun ohella  polton kuumuudessa, se työntää mäntää tietyllä voimalla.

Turbolla työnnetään kaksinkertainen määrä ilmaa sylinteriin ja ruiskutetaan sama määrä polttoainetta sylinteriin. Nyt kun ilmaa on kaksinkertainen määrä pakkautuneena sylinteriin, se kuumetessaan nostaa paineen noin kaksinkertaiseksi, ja työntää mäntää kaksinkertaisella voimalla. Siis vaikka palaminen vaatii vain saman verran happea, kaksinkertainen ilmamäärä laajetessaan tuottaa kaksinkertaisen paineen.

Tämä siis vain periaatteessa, kun en tunne prosessiin vaikuttavia muita tekijöitä.

Käsitykseni on, että turbolla työnnetyssä kovemmassa paineessa ruiskutettu polttoainekin  palaisi tehokkaammin/täydellisemmin, ja poltto olisi kuumempi sen vuoksi, eli happea käytettäisiin tehokkaammin. 

Puhallinsuihkumoottorin hyötysuhde nousee

Suihkumoottorissa ilmiö olisi vastaava. Siinä ahtimella myös nostetaan polttokammioon syötettävän ilman painetta, mutta ahdinpaine on nostettava vähintään yhtä suureksi, kuin paine on polttokammiossa polttoaineen palaessa siellä, muuten ahdinilma ei pääsisi työntymään polttokammioon. Polttokammiossa paloon osallistumaton kuumentunut ilma laajetessaan tekee sen työn sitten turbiinissa syöksyessään kovalla vauhdilla pyörivän turbiinin siipiä vasten ja niiden välistä synnyttäen siipiin kohdistuvan reaktiovoiman. Nämä voimat tuottavat turbiinin roottoriakseliin vääntömomentin, joka pyörittää ahdinta, ja puhallinta ja syöksyessään ulos suihkusuuttimesta tuottaa reaktiovoiman moottorille turbiinin ohivirtauskanavassa virtaavan puhallinsuihkun reaktiovoiman lisäksi.

Kun ahtimen painesuhde OPR saadaan nousemaan, enemmän kuumaa laajenevaa ilmaa saadaan virtaamaan polttokammiosta turbiinille, ja teho ja hyötysuhde nousee.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4972

Kysymykseesi: Puristuspaineen nostaminen parantaa lämpövoimakoneen hyötysuhdetta aina, mutta miksi?

Yhdellä lauseella vastaus: Ylimääräisen palamiseen osallistumattoman ilman kuumeneminen.

Ilmassa on

typpeä 78,084 %

happea 20,946 %

argonia 0,934 %

muita kaauja 0,036 %

Huomaa, että ilmassa on 79 % muita kaasuja kuin happea. On siinä ilmaa mitä lämmittää, eikä palamisessa kaikki  happi pala loppuun.

Esimerkiksi  hävittäjien jälkipolttoon riittää vielä  mainiosta happea, mutta kun siinä ei ole enää painetta ilman laajentumkiseen, palaminen on tehotonta, eikä jälkipolltoa voi käyttää kuin hyvin säästelijäästi. 

Nature
Seuraa 
Viestejä9336

Turbon avulla ilmaa saadaan sylinteriin enemmän, eli saadaan parempi täytös. Ilman suhteellinen määrä polttoaineeseen nähden pysyy samana tai voi olla vain hieman pienempi (ilmakerroin ei paljoa muutu). Suuremmasta ilmamäärästä johtuen polttoainetta syötetään enemmän, jolloin vastaavasti tehty työ aikayksikköä kohden (eli teho) kasvaa. Työn ollessa teho ajalla kerrottuna, polttoainetta ei kuitenkaan kulu yhtään enempää (vaan itse asiassa hieman vähemmän) tiettyä työmäärää esim. ajettua kilometriä kohden. Turboa tosin saatetaan käyttää hieman reippaammin (esim. kiihdytyksissä) kuin ns. vapaasti hengiittävää moottoria, tällöin todellinen kulutus saattaa olla suurempi.

Typen kuumentuminen tietysti vaikuttaa kaasujen laajenemiseen, mutta ei sinällään osallistu työn tekoon. Typpi heikentää moottorin tehoa sitomalla lämpöä pakokaasuihin. Pakokaasuissa on joka tapauksessa hiilidioksidia ja vettä kaasuina. Eli jos typpi olisi mahdollista korvata hapella, moottorista saataisiin paljon enemmän tehoa alhaisemmallakin puristussuhteella.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4972

Nature kirjoitti:
Turbon avulla ilmaa saadaan sylinteriin enemmän, eli saadaan parempi täytös. Ilman suhteellinen määrä polttoaineeseen nähden pysyy samana tai voi olla vain hieman pienempi (ilmakerroin ei paljoa muutu). Suuremmasta ilmamäärästä johtuen polttoainetta syötetään enemmän, jolloin vastaavasti tehty työ aikayksikköä kohden (eli teho) kasvaa. Työn ollessa teho ajalla kerrottuna, polttoainetta ei kuitenkaan kulu yhtään enempää (vaan itse asiassa hieman vähemmän) tiettyä työmäärää esim. ajettua kilometriä kohden. Turboa tosin saatetaan käyttää hieman reippaammin (esim. kiihdytyksissä) kuin ns. vapaasti hengiittävää moottoria, tällöin todellinen kulutus saattaa olla suurempi.

Typen kuumentuminen tietysti vaikuttaa kaasujen laajenemiseen, mutta ei sinällään osallistu työn tekoon. Typpi heikentää moottorin tehoa sitomalla lämpöä pakokaasuihin. Pakokaasuissa on joka tapauksessa hiilidioksidia ja vettä kaasuina. Eli jos typpi olisi mahdollista korvata hapella, moottorista saataisiin paljon enemmän tehoa alhaisemmallakin puristussuhteella.

Olet siis sitä mieltä, että palamiseen osallistunut kuumentunut ylimääräinen ilma ei ole turbon idea.

Jos oletaan ettei ilman ja polttoaineen suhde muutu turbottomaan verrattuna, eihän sitä tehoa saada samalla polttoainemäärällä yhtään enempää irti. Täytyyhän palaminen silloin olla jollakin tavalla tehokkaampaa, että samasta polttoainemäärästä täytyy saada enemmän lämpöä. Eli turbottoman moottorin polttoainetta jää palamatta, tai se palaa jotenkin epätäydellisesti.

Nature
Seuraa 
Viestejä9336

Kontra1 kirjoitti:
Nature kirjoitti:
Turbon avulla ilmaa saadaan sylinteriin enemmän, eli saadaan parempi täytös. Ilman suhteellinen määrä polttoaineeseen nähden pysyy samana tai voi olla vain hieman pienempi (ilmakerroin ei paljoa muutu). Suuremmasta ilmamäärästä johtuen polttoainetta syötetään enemmän, jolloin vastaavasti tehty työ aikayksikköä kohden (eli teho) kasvaa. Työn ollessa teho ajalla kerrottuna, polttoainetta ei kuitenkaan kulu yhtään enempää (vaan itse asiassa hieman vähemmän) tiettyä työmäärää esim. ajettua kilometriä kohden. Turboa tosin saatetaan käyttää hieman reippaammin (esim. kiihdytyksissä) kuin ns. vapaasti hengiittävää moottoria, tällöin todellinen kulutus saattaa olla suurempi.

Typen kuumentuminen tietysti vaikuttaa kaasujen laajenemiseen, mutta ei sinällään osallistu työn tekoon. Typpi heikentää moottorin tehoa sitomalla lämpöä pakokaasuihin. Pakokaasuissa on joka tapauksessa hiilidioksidia ja vettä kaasuina. Eli jos typpi olisi mahdollista korvata hapella, moottorista saataisiin paljon enemmän tehoa alhaisemmallakin puristussuhteella.

Olet siis sitä mieltä, että palamiseen osallistunut kuumentunut ylimääräinen ilma ei ole turbon idea.

Jos oletaan ettei ilman ja polttoaineen suhde muutu turbottomaan verrattuna, eihän sitä tehoa saada samalla polttoainemäärällä yhtään enempää irti. Täytyyhän palaminen silloin olla jollakin tavalla tehokkaampaa, että samasta polttoainemäärästä täytyy saada enemmän lämpöä. Eli turbottoman moottorin polttoainetta jää palamatta, tai se palaa jotenkin epätäydellisesti.

 

Kyse on siitä että sitä polttoainetta on mahdollista syöttää enemmän, kun palamisilmaa puristetaan turbon avulla sylinteriin enemmän. Savukaasujen määrä (ml. typpiylimäärä) toki lisää liike-energiallaan sitten turbon tehoa, mutta ei se ilma sinällään oleva se autuaaksi tekevä asia vaan happi, joka sen polttoaineen palamisen mahdollistaa.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uusimmat

Suosituimmat