Cicluri termodinamice,analiza teoretica.

Un membru al acestui forum a subliniat ca necesara o analiza teoretica a ciclurilor termodinamice.Incercind sa ma comformez acestei idei,vin cu o traducere ce pune in lumina o comparatie a ciclurilor termodinamice standard pe baza de aer.


CICLURILE TERMODINAMICE CU AER

Analiza teoretică

Analiza corectă a diferitelor procese care au loc într-un motor cu ardere internă este o problemă foarte complexă. În cazul în care aceste procese sunt analizate experimental, analiza este foarte realista,fara nici o îndoială. Aceasta este, de asemenea, destul de exacta în cazul în care testele sunt efectuate corect şi sistematic,dar sunt consumatoare de timp. În cazul în care o analiză detaliată trebuie să fie efectuată implică modificări ale parametrilor de funcţionare, costul unei astfel de analize ar fi destul de mare, chiar prohibitivă. O soluţie ar fi gasirea unei modalitati mai rapide şi mai puţin costisitoare de a studia caracteristicile de performanţă ale motorului. O analiză teoretică este răspunsul evident.

O analiză teoretică, aşa cum sugerează şi numele, presupune analiza performanţelor motorului, fara a construi si testa fizic un motor. Aceasta implică simularea functionarii unui motor cu ajutorul termodinamicii, astfel încât să formuleze expresii matematice care pot fi rezolvate apoi, în scopul de a obţine informaţii relevante.Rezultatul obtinut va depinde de complexitatea expresii matematice, care, la rândul său, va depinde de ipotezele care au fost introduse, în scopul de a analiza procesele din motor.Mai multe ipotezele,implica expresii matematice mai simple şi mai uşor de calculelat, dar vom avea o mai mică exactitate a rezultatelor finale.

Cea mai simplă analiză teoretică implică utilizarea ciclurilor standard de aer, care are cel mai mare număr de simplificare a ipotezelor.

(Aceasta a fost o incercare de prezentare a traducerii,intrucat relatiile matematice nu-mi apar ,cer ajutor)

Foloseşte acest editor LaTeX.
Mai ai relaţii despre scrierea în LaTeX şi aici.

Doresc o modalitate mai simpla.Pot trimite traducerea intr-un atasament(e inca nerevizuita total) si s-o putem vizualiza printr-o fereastra.

Pe google,la adresa
[DOC] AIR STANDARD CYCLES
web.iitd.ac.in/.../AIR%20STANDARD%20C...
e textul ce doresc sa-l prezint in traducere.
Veti observa ca pe langa expresii matematice sunt si diagrame,imposibil de redat in LaTex.

Ăsta e documentul?

Air Standard Cycles_basics

Da Razvan,acesta e documentul si multumesc pentru postare.Intreaga lucrare e interesanta dar eu atrag atentia asupra ciclului Lenoir.


Ciclul Lenoir

Ciclul Lenoir este de interes, deoarece arderea (sau plus de căldură), are loc fără compresie . Figurile 3 şi 4 indică diagramele P-V şi T-s .



Fig. 3 Fig. 4

În conformitate cu ciclul, pistonul este în centrul mort de sus la punctul 1, atunci când combustibilul se aprinde (sau se adaugă căldură).Procesul este la volum constant, astfel încât presiunea creşte până la punctul 2. De la 2 la 3, expansiunea are loc şi de la 3 la 1 căldura este respinsa la presiune constantă.

Energia termică primita, Qs = Cv (T2 - T1) (12)

Căldură respinsa, Qr = Cp (T3 - T1) (13)

Deoarece W = Qs - Qr (14)

W = CV (T2 - T1) - CP (T2 - T1) (15)

Astfel, (16)


(17)

deoarece şi




Aici, din nou V3/V1= re ,raportul de expansiune volumetrică.
Ecuaţia18 indică faptul că eficienţa termică a ciclului Lenoir depinde în primul rând de raportul de expansiune(re) şi coeficientul adiabatic (y).

Motorul cu flux intermitent, care a echipat racheta germana V-1 în 1942, în timpul celui de- al doilea război mondial a operat pe un ciclu Lenoir modificat. Cateva sute de motoare avand la baza ciclul Lenoir au fost construite în secolul al 19-lea până la începutul secolului 20.

Mai sus e traducerea din document,mai putin diagramele si ecuatiile.
Marele avantaj al acestui ciclu e faptul ca nu foloseste compresia.In rest,numai dezavantaje.

CAdi spune..
,,Ne-ai spus de cateva ori treaba aceasta ! Care este dupa opinia ta ciclul cu cel mai mare randament
si cum dovedesti acest lucru ?,,

Mai sus ai postat prezentarea ciclului Lenoir.Acest ciclu e capabil pentru diferente mici de temperatura sa realizeze randament mai mare decat ciclul Carnot.Eu am luat ca exemplu Temperaturile de 400 si 300K.Pentru acestea Carnot realizeaza 25% randament pe cand Lenoir depaseste 30%.Nu dau o valoare fixa deoarece aici randamentul depinde de natura gazului.Un alt mare avantaj al acestui ciclu e ca permite regenerarea caldurii reziduale.
A fost inventat inaintea ciclului Carnot ci daca Nu ar fi existat Carnot,astazi termodinamica ar fi aratat altfel.

Scriu acest mesaj cam în grabă. Poți să indici socoteala concretă din care reiese că ciclul Lenoir dă un randament mai mare? Te întreb că n-o să am timp azi să mă uit singur, dar din ce citesc reiese că are un randament mai mic decât un ciclu Otto sau Diesel, deci nu are cum să fie mai eficient ca un ciclu Carnot.

Socoteala să fie pe un gaz ideal, ca să discutăm pe o ecuație de stare simplă.

Ciclul Lenoir evoluiaza pe diagrama PV cu o transformare izocora 12,o transformare adiabatica 23 si una izobara 31.
Pentru Lenoir randamentul n=L/Q unde L este lucrul mecanic obtinut pe adiabata 23 si Q este caldura primita pe izocora 12.
Dar L23=U2-U3 si Q12=U2-U1. U este energia interna.
U=m cv T si prin simplificare obtinem n=T2-T3/T2-T1.
Am ales T1=300K si T2=400K.Ne trebuie T3.Avem relatia P2/P1=T2/T1 pentru transformarea izocora si P2/P3=(T2/T3)^x/x-1
unde x=coeficient adiabatic.
-pentru monoatomic xm=1,3;=>T3m=374,5K
-pentru biatomic xb=1,4;=>T3b =368,7K
-poliatomic xp=1,6.=>T3p =358,2K.
Acum,nm=25,5%;nb=31,3% si np=41,8%.
Observam ca cel mai mare randament e obtinut pe gaze poliatomice.
Pentru gaze reale,la 0C si presiune atmosferica,gazul ce are coeficientul adiabatic cel mai mare este heliul x=1,66 urmat de argon
x=1,654.

Fac o rectificare:gazul monoatomic are indicele adiabatei 1,6 si cel poliatomic 1,3.Acestea sunt valori aproximative,apropiate de valorile reale.

Pentru a afla mai usor temperatura T3 obtinuta in urma destinderii adiabatice,inlocuiesc relatia P2/P3=(T2/T3)^x/x-1 cu relatia
T2/T3=(P2/P3)^x-1/x unde x e exponentul adiabatic.Ambele ecuatii sunt valabile Pt. ciclul Lenoir.Fac experiment teoretic pe gaz monoatomic(x=1,66) si poliatomic(x=1,3) pentru intervale diferite de temperatura.Compar rezultatul cu ciclul Carnot.
Lenoir n=T2-T3/T2-T1
Carnot n=T2-T1/T2

T2=350K T1=300K P2/P1=T2/T1=1,1666
monoatomic T3=329,2K nL=41,6%
poliatomic T3=337,7K nL=24,6%
Carnot nC=14,28%

T2=600K T1=300K T2/T1=2
mT3=455,47K nL=48,17%
pT3=511,3K nL=29,5%
Carnot nC=50%

Aparent,pentru exemplul doi,Carnot pare superior Lenoir dar numai ca randament.Daca calculam lucrul mecanic obtinut Lenoir are intaietate.In plus,un motor Lenoir e mult mai compact,respectiv raportul Putere/Kg e mult mai mare.

Mi-ar fi placut ca cineva sa ma contrazica...,are cu ce.

Din prezentarile facute mai sus reese ca randamentul ciclului Lenoir nu e cel scontat de mine.Diferenta rezulta din faptul ca eu am contat pe faptul ca lucrul mecanic obtinut in destinderea adiabata 23 ramane intact.In contradictie se spune ca o parte din lucrul 23 este utilizat in izoterma 31.Care-i adevarul?
Eu argumentez cu urmatorul experiment teoretic;intr-un cilindru cu piston avem aer la temperatura T1=400K si presiune atmosferica.
Pistonul e lasat liber si temperatura se reduce treptat de la T1=400K la T2=300K (temperatura mediului).Pistonul se va deplasa de la V1 la V2.Pentru acesta deplasare,chiar daca e nevoie de lucru mecanic,acesta nu provine den exterior ci este produs in aceasta transformare.Prin urmare eu cred ca am dreptate si ca sa dau dreptate si celor doua prezentari,eu am luat in calcul un ciclu inchis pe cand ceilalti cred ca se refera la un ciclu deschis.

Meteor spune:"@george, tu ai spus ca ai fi facut calcule, si ti-ar fi dat un randament supraCarnot. Ar fi bine sa verifici inca o data, si daca nu ai fi cazut si tu (la fel cum multi altii) in posibilul esec al meu.
La fel cred ca ar fi bine sa reverifici ceea ce ai afirmat ultimul timp pina in prezent.
Astept (in special ) parerea ta."
Valori ale randamentului superioare ciclului Carnot am obtinut cu ciclul Lenoir pentru diferente de temperatura (cald-rece) mici.
La ciclul Carnot,randamentul variaza cu diferenta de temperatura pe cand la ciclul Lenoir,randamentul e aproximativ constant penteu diferente mari sau mici de temperatura.La ciclul Carnot,randamentul nu depinde de natura gazului(mono,bi sau poliatomic) pe cand Lenoir depinde de natura gazului.
Cele doua linKuri indicate mai sus,prezinta ciclul Lenoir si infirma cele afirmate de mine.Atrag atentia ca in prezentari e vorba de un ciclu termodinamic deschis pe cand eu am efectuat calcule pe un ciclu termodinamic inchis.
Daca in primul link randamentul e prezentat ca n=2W3+(-3W1)/1Q2,
pentru ciclul inchis 3W1 dispare din calcul si avem n=2W3/1Q2.
Diferenta sta in faptul ca la ciclul deschis revenirea din pozitia 3 in pozitia 1 se face cu consum de lucru mecanic preluat din 2W3 pe cand la ciclul inchis,transformarea 13 se realizeaza prin cedare de caldura (fara a aduce atingere lucrului mecanic 1W3).

Nu m-am virit in calcule, una repet si vreau sa stiu:
tu experimental ai verificat?!

Sfatul meu, nu ca sa iti fie de rau ci contrar, este acela ca sa faci chit mai multe experimente, eperimentul pune capat la orice.

Daca ai avea randament mai mare ca la Carnot se spune ca ai avea randament supra unitar ?!
Da?!
Dar aceasta concluzie iese din ciclu Carnot, noi insa contrazichindu-l, nu mai are sens sa luam in seama concluzia ( ea fiind falsa doar), corect ?!
Sau poate vrei sa spui ca ciclul Carnot nu a fost bine definit ?!

Pina in sfirsit daca ai scoate mai multa energie dechit viri, apare intrebarea de unde ea apare, sa fie din cauza ca avem un potential de temperatura mai mare fata de 0 k ?!

,,tu experimental ai verificat?"
Ciclul Carnot e un ciclu teoretic,destinat studiului,imposibil de realizat practic.O comparatie intre acesta si oricare alt ciclu termodinamic nu poate fi decat teoretica.
Am spus ca ciclul Lenoir e superior ciclului Carnot doar pentru diferente mici de temperatura intre sursa calda si rece.

1. Eu vorbeam de aceea ca ceea ce tu ai obtinut, asa cum am inteles o modificare a ciclului Lenoir sa pui in practica, adica experimental, o repet deja a 3-a oara.
Aceasta ca sa nu o patesti ca mine, daaar, mai bine fa cum vrei, ca e imposibil de dus cu tine un dialog stiintific.

2. Eu se pare ca am dat-o in bara cu conceptul presiunii, se pare ca e gresit. Greseala statea din start si e foarte simpla.

Si se pare ca cu greseala mea si-au prins urechile multe persoane.

Tu , cum am inteles, ai spus ca ai fi facut calculul randamentului la conceptul presiunii (acelui ciclu), si ti-ar fi dat un randament mai mare ca la Carnot.

Daca conceptul presiuniii e gresit, inseamna ca si tu ai gresit acele calcule ?!

Te intreb deja a 3-a oara, ce parere ai fata de contraargumentele cele aparute la mine, din chite inteleg eviti sa raspunzi.

Nu mai continui alte puncte, ca din chite presupun mare rezultat din discutie nu se va ivi.

"Daca conceptul presiuniii e gresit, inseamna ca si tu ai gresit acele calcule ?!"
Nu e acelasi lucru cand doi oameni fac acelasi lucru!

george a scris:"Daca conceptul presiuniii e gresit, inseamna ca si tu ai gresit acele calcule ?!"
Nu e acelasi lucru cand doi oameni fac acelasi lucru!

Aceasta cum de inteles ?! Batem in filozofii ?!

E doar o constatare;daca tu gresesti nu-i musai sa greseasca toata lumea.

george a scris:
Pistonul e lasat liber si temperatura se reduce treptat de la T1=400K la T2=300K (temperatura  mediului).Pistonul se va deplasa de la V1 la V2.Pentru acesta deplasare,chiar daca e nevoie de lucru mecanic,acesta nu provine den exterior ci este produs in aceasta transformare.Prin urmare eu cred ca am dreptate si ca sa dau dreptate si celor doua prezentari,eu am luat in calcul un ciclu inchis pe cand ceilalti cred ca se refera la un ciclu deschis.

Deplasarea pistonului este un lucru mecanic produs de exterior, unde sistemul tău cedează căldura.

Traian Ioan a scris:

george a scris:
Pistonul e lasat liber si temperatura se reduce treptat de la T1=400K la T2=300K (temperatura  mediului).Pistonul se va deplasa de la V1 la V2.Pentru acesta deplasare,chiar daca e nevoie de lucru mecanic,acesta nu provine den exterior ci este produs in aceasta transformare.Prin urmare eu cred ca am dreptate si ca sa dau dreptate si celor doua prezentari,eu am luat in calcul un ciclu inchis pe cand ceilalti cred ca se refera la un ciclu deschis.

Deplasarea pistonului este un lucru mecanic produs de exterior, unde sistemul tău cedează căldura.

Corect !
Un sistem termodinamic inchis este un sistem in care se face schimb de energie cu exteriorul (in acest caz de caldura)
dar nu si de masa .
Cum gazul din cilindru se raceste treptat datorita schimbului de caldura cu mediu exterior , presiunea lui scade
si daca frecarile pistonului sunt neglijate, acesta revine treptat in pozitia initiala in cazul unui ciclu reversibil...
Deci lucrul mecaniv produs L=-pV se datoreaza schimburilor de energie cu exteriorul.

Citat din Traian Ioan: ""Deplasarea pistonului este un lucru mecanic produs de exterior, unde sistemul tău cedează căldura. ""
Cine stie cu cat timp inainte a fost facuta acea energie de catre "exterior" si unde anume.
Cert este ca la explozie energia se declanseaza acolo in interior si este deabea apoi redata exteriorului sub diferite forme.
In cazul turbinelor, intradevar vine calda din exterior.
Dar v-am mai spus demult, exista si motoare termice care isi fac singure energia pe moment, nu au nevoie de absolut nici un combustibil din exterior.  Merg cu "energia intunecata a etherului". Asta trebuie sa ganditi-cercetati, ca sigur altii au reusit, avand "mintea luminata".

O rezolvare a problemei impartiala,cred:
http://matefiz.org/showthread.php/1722-Admitere-UPB-2010-Fizica-problema-11-termodinamica

george a scris:
Eu argumentez cu urmatorul experiment teoretic;intr-un cilindru cu piston avem aer la temperatura T1=400K si presiune atmosferica.
Pistonul e lasat liber si temperatura se reduce treptat de la T1=400K la T2=300K (temperatura  mediului).Pistonul se va deplasa de la V1 la V2.Pentru acesta deplasare,chiar daca e nevoie de lucru mecanic,acesta nu provine den exterior ci este produs in aceasta transformare.Prin urmare eu cred ca am dreptate si ca sa dau dreptate si celor doua prezentari,eu am luat in calcul un ciclu inchis pe cand ceilalti cred ca se refera la un ciclu deschis.

Ce legatura are problema cu exemplul tau ? Ai o transformare adiabata in problema !

http://matefiz.org/showthread.php/1722-Admitere-UPB-2010-Fizica-problema-11-termodinamica

CAdi,ai citit problema?
11. 0 cantitate de gaz ideal parcurge un ciclu format dintr-o transformare izocora in care presiunea creste de 8 ori, 0 destindere adiabatica si 0 comprimare izobara. Exponentul adiabatic este r = 1,5. Randamentul
ciclului este:

Transformare adiabata inseamna fara schimb de caldura cu
exteriorul ori tu spui ca gazul ajunge la temperatura mediului 300K!
Asta-i legatura.

gafiteanu a scris:Citat din Traian Ioan: ""Deplasarea pistonului este un lucru mecanic produs de exterior, unde sistemul tău cedează căldura. ""
Cine stie cu cat timp inainte a fost facuta acea energie de catre "exterior" si unde anume.
Cert este ca la explozie energia se declanseaza acolo in interior si este deabea apoi redata exteriorului sub diferite forme.
In cazul turbinelor, intradevar vine calda din exterior.
Dar v-am mai spus demult, exista si motoare termice care isi fac singure energia pe moment, nu au nevoie de absolut nici un combustibil din exterior.  Merg cu "energia intunecata a etherului". Asta trebuie sa ganditi-cercetati, ca sigur altii au reusit, avand "mintea luminata".

M-am lămurit.
Sunteţi un forum de cercetare foarte serios.