Tepelný motor a použité médium

[Akord]

Para alebo plyn, či spaliny sa v tepelnom motore ako médium používajú z celkom iného dôvodu, než sa na prvý pohľad zdá. Nie je z určitého pohľadu ani podstatné, či sa voda ťažko vyparuje, či má vysoko kritický tlak alebo teplotu. Samotná voda nie je príčinou nízkej účinnosti parných strojov. Tepelný stroj možno zostrojiť aj bez plynného média, výlučne s použitím kvapaliny, alebo aj tuhej látky na spôsob bimetálu. Človek by povedal, že tam bude problém s dostatočne rýchlym ohrevom. Nie je to celkom tak, lebo aj para pod tlakom sa ohrieva ťažko. Že strelí kvapka vody v oleji je pekná teória. Čo potom s tou emulziou, treba na to ešte aj separátor, okrem ďalších vzniknutých ťažkostí. Akokoľvek to pekne vyzerá, tak bude problém kvapku dostatočne rýchlo vypariť, pretože vznikne okolo nej parný izolačný vankúš, a svedčí to iba o neskúsenosti, koľko tepla musí prejsť stenou klasického prehrievača pary.
Ako ale v úvode naznačujem, nejde ani o toto.
Prečo teda nepoužívame kvapalinové motory, alebo tuholátkové. Základný dôvod je merný výkon, a praktická realizovateľnosť takého motora. Bimetálový motor by bol ťažký, mal extrémne malé výchylky a extrémne sily, okrem toho by vyžadoval náročné regenerátory tepla. Kvapalinový motor založený na rozťažnosti kvapalín bude na tom podobne, iba vzniká možnosť čerpať, dopravovať pracovnú látku, plus výhoda styčnej plochy s výstupom sily. Opäť malé výchylky a veľké sily, plus náročný regenerátor/rekuperátor/výmenník tepla. Naproti tomu použitie plynu dáva pri rozumnom objeme média pomerne dlhé pracovné dráhy pohybujúcich sa objektov(napr.piestov) odoberajúcich energiu a malé sily voči kvapalinám a tuhým látkam. Za predpokladu určitého toku tepelnej energie do motora. Z praktického hľadiska je teda pri použití plynného(prípadne parného) média v motore možné dostať všeobecne prijateľnú účinnosť pri prijateľnom tvare, hmotnosti a cene toho motora. To neznamená, že by kvapalinový, alebo tuholátkový motor nemohol mať porovnateľnú účinnosť, bude ale prakticky nepoužiteľný, napríklad kvôli nízkym otáčkam, vysokej hmotnosti, cene, náročnosti technológie.

[Dvell]

Právě jsem přemýšlel co se vlastně myslíá rekuperací tepla, krom toho regenerátoru je to i například pokud spalinami ohřeji vzduch co přivádím do topeníště ne?..
A je jedno jaky to je motor at stirling nebo pára proste ochladím chladnou část motoru + dochladim spaliny na teplotu co nejnizsi a tento horky vzduch pak fouknu ke spálení do topeniště.. pokud se nemýlim hodí mi to zpět pěkných pár stovek wattíků to samozřejmě závisí od konstrukce celého systému a velikosti a výkonu motoru..

Spozdravem

Dvell

[Akord]

Právě jsem přemýšlel co se vlastně myslíá rekuperací tepla, krom toho regenerátoru je to i například pokud spalinami ohřeji vzduch co přivádím do topeníště ne?..

To jsou ty težké kompromisy. Ohrátý vzduch má totiž menší hustotu, a treba pri nasátí do válce se ho tam vejde méne v gramech pri daném objemu válce. Pak chybí kyslík pro horení paliva. Z hlediska množství se žádá teplota co nejnižší, z hlediska tepla co nejvyšší, a hádanka je nasvete. Podobne je to v jiných prípadech rekuperace/regenerace včetne uzavrených obehu. Jen je potreba prijít na to, co pusobí oproti.

[Dvell]

To jsou ty težké kompromisy. Ohrátý vzduch má totiž menší hustotu, a treba pri nasátí do válce se ho tam vejde méne v gramech pri daném objemu válce. Pak chybí kyslík pro horení paliva. Z hlediska množství se žádá teplota co nejnižší, z hlediska tepla co nejvyšší, a hádanka je nasvete. Podobne je to v jiných prípadech rekuperace/regenerace včetne uzavrených obehu. Jen je potreba prijít na to, co pusobí oproti.

Ano, ano jasně, jenže já mluvil výhradně o motorech s vnějším spalováním- stirlign a parní stroj.. u klasickýho spalovacího je snem všech konstruktérů vyrobit motor co se nebude muset chladit to by bylo super:-)

S pozdravem

Dvell

[Akord]

jenže já mluvil výhradně o motorech s vnějším spalováním- stirlign a parní stroj.. u klasickýho spalovacího je snem všech konstruktérů vyrobit motor co se nebude muset chladit to by bylo super

O to výkonnejší bude muset být treba turbo, aby do válce vprudilo potrebnou gramáž kyslíku pri vyšší teplote. Z hlediska expanze však taky není dobre mít horké výfukové spaliny, chce to méne, než asi 400C. To žádané teplo však MUSÍ z motora odejít, jinak by se nedela expanze. To nejsou nejaké ztráty teplem z výfuku, ale naopak podmínka toho, aby fungoval tepelný motor a expanze. Takže opet težké kompromisy. Čím nižší teplota, tím lepší expanze a mírnejší požadavky na mazání. Čím vyšší teplota, tím vyšší požadavky na turbo (+dodatečná jeho komprese/expanze), jinak klesá účinnost. Dneska se však turbo dává ani ne tak kvuli účinnosti, jako kvuli vyššímu krátkodobému výkonu pri motoru o stejné velikosti.
Takže 2/3 až asi 1/2 tepla stejne musí z motoru ven, je jen otázka, který zpusob zvolit. Teoreticky se zdá, že Carnot dovolí pri teplote horení pres 1000C daleko více, než 50procent, takový motor ale nebude mít výkon. To zjistíš, když začneš uvažovat s tlakama v motoru, viz diesel.exe. Carnot a jeho 2 teploty tedy nejsou jediným TEORETICKÝM omezením, jak vyplývá z populárních článku. Je to nedostatek špatného pojetí fyziky na školách. Druhým teoretickým omezením je napríklad vícekrát zmiňovaný kompresní pomer (KP), bez jeho uvažování není možno z motora dostat konkrétní mechanickou práci. Alternativou ke KP je nekdy pomer hustot(Ottuv cyklus) a podobne. Vždy však alespoň jedna veličina, která teoreticky zahrňuje i tlak v motoru, nejenom pouze teplotu, jak to delá Carnot. Samotný Carnot bez tlaku je čirá fikce a o účinnosti motoru dodávajícího mechanickou práci nevypovídá prakticky nic.
Kompresní pomer zahrňují do teoretické analýzy pánové jako Ericsson, Brayton, Otto, Diesel a nekterí další. (Schmitt v analýze cyklu stirling to nedelá úplne korektne, protože se zdurazňuje možnost dosažení Carnotovy účinnosti, originál neznám, je i možné, že to kdosi špatne interpretoval. To ale platí pro každý obeh, jenom je potreba nahlas ríct, že v této limite bude taky mechanická práce motoru limitovat k nule, a takový motor je k ničemu.)
KP tedy nesouvisí pouze s reálným motorem, ale hlavne s teoretickým ideálním motorem, který má za úlohu dodávat mechanickou práci. Mechanická práce beze zmeny tlaku v prípade adiabatické expanze(provázené poklesem teploty média) možná není. Pri konstantním tlaku ve výrazu p*dV by se nemenila teplota(spaliny by opouštely motor pri teplote horení), a musel by být prisouván počas zdvihu nový objem média. Proto ta zmena tlaku musí být v idealizovaném(teoretickém) motoru ve vztazích pro účinnost jasne zahrnuta.

[Akord]

K trabantu - budiž, ale 2takt v principu taky neexistuje a jde pouze o ošizení 4taktu.

Teda Akorde, ty jsi ale puntíčkář. To snad víkaždý průměrně vzdělaný ovčan, že dvotakt je ve skutečnosti čtařtakt, kde část pracovního cyklu probíhá v prostoru pod pístem. Jde pouze o názvosloví. Oč jednodušší je říct "dvotakt", než "ošizený čtyřtak využívající prostror pod pístem", či něco podobného.

Promiň, ale kdybych tohle predpokládal, tak bych to nenapsal. Já myslím práve, že si ty dusledky neuvedomuje nikdo z prumerne vzdelaných lidí. Ani ti, co píšou treba stredoškolské učebnice. Práve, že se to zjednodušuje až príliš, aby v dnešní dobe došlo k znovuobjevení 4taktu v motorkách a kosačkách. Myslím, že práve zjednodušené názvosloví a pokus o naivní výklad zastírá podstatu. Tou je, že v jednom válci není možné provést korektní expanzi na srovnatelném zdvihu 2taktne, nejde jen o prostor pod pístem, výplach a sání lze rešit treba i dmychadlem a ventily. Proste ta doba na výfuk a sání začne chybet.
Pokud by technické verejnosti byl znám rozdíl mezi 2taktem a 4taktem, tak by se nevedli v motokruzích zmatené diskuse. Treba námátkove - má 2takt stejného vrtání, zdvihu a otáček skoro 2násobný výkon jako 4takt ? Vetšina rekne ano. Já bych rekl, že 2takt musí mít vetší zdvih, nebo to zas pujde na úkor spotreby. Mne to vychází, že snížený počet taktu je na úkor potreby zvýšeného zdvihu. Diskuze pak nebude mít konce, pokud to kdosi objektivne nesrovná. Jakýpak muže mít o tom obraz technicky založený človek, když tech parametru pri srovnání je tolik. Vadí mi, že počet taktu není pro koncepci motoru dosti vystihující, i když se používá.

Ale napsal jsem prece jenom blbost, a opravuji, že parní Rankin a uzavrený Erics-brayton bez významné komprese pouze s plnením muže fungovat jako 2takt.

[Ilem]

Promiň, ale kdybych tohle predpokládal, tak bych to nenapsal. Já myslím práve, že si ty dusledky neuvedomuje nikdo z prumerne vzdelaných lidí. Ani ti, co píšou treba stredoškolské učebnice. Práve, že se to zjednodušuje až príliš, aby v dnešní dobe došlo k znovuobjevení 4taktu v motorkách a kosačkách. Myslím, že práve zjednodušené názvosloví a pokus o naivní výklad zastírá podstatu. Tou je, že v jednom válci není možné provést korektní expanzi na srovnatelném zdvihu 2taktne, nejde jen o prostor pod pístem, výplach a sání lze rešit treba i dmychadlem a ventily. Proste ta doba na výfuk a sání začne chybet.
Pokud by technické verejnosti byl znám rozdíl mezi 2taktem a 4taktem, tak by se nevedli v motokruzích zmatené diskuse. Treba námátkove - má 2takt stejného vrtání, zdvihu a otáček skoro 2násobný výkon jako 4takt ? Vetšina rekne ano. Já bych rekl, že 2takt musí mít vetší zdvih, nebo to zas pujde na úkor spotreby. Mne to vychází, že snížený počet taktu je na úkor potreby zvýšeného zdvihu. Diskuze pak nebude mít konce, pokud to kdosi objektivne nesrovná. Jakýpak muže mít o tom obraz technicky založený človek, když tech parametru pri srovnání je tolik. Vadí mi, že počet taktu není pro koncepci motoru dosti vystihující, i když se používá.

Ale napsal jsem prece jenom blbost, a opravuji, že parní Rankin a uzavrený Erics-brayton bez významné komprese pouze s plnením muže fungovat jako 2takt.

Víš, kdo píše obvykle učebnice? Učitelé, ne praktici, ti na to nemají čas. Po škole stejně každý zjistí, že to co bude v životě potřebovat se bude muset doučit. Škola jen dává informaci o tom, že něco takového existuje. Bylo to tak za nás, a myslím, že teď je to ještě horší. Určitě máš svý způsobem pravdu, ale tato debata přesahuje rámec mých časových možností a pravděpodobně i vědomostí, čímž bych to uzavřel.
Mimochodem, dnes jsem viděl mimo jiné v chodu tzv. vakuový motor. Byl u nás sraz paromilů, a oko i srdce technika si tam skutečně přišlo na své.

[Akord]

Víš, kdo píše obvykle učebnice? Učitelé, ne praktici, ti na to nemají čas. Po škole stejně každý zjistí, že to co bude v životě potřebovat se bude muset doučit. Škola jen dává informaci o tom, že něco takového existuje. Bylo to tak za nás, a myslím, že teď je to ještě horší. Určitě máš svý způsobem pravdu, ale tato debata přesahuje rámec mých časových možností a pravděpodobně i vědomostí, čímž bych to uzavřel.
Mimochodem, dnes jsem viděl mimo jiné v chodu tzv. vakuový motor. Byl u nás sraz paromilů, a oko i srdce technika si tam skutečně přišlo na své.

To po škole je prece jenom sprcha. Pak si ale zvyknou lidi mluvit do toho, čemu málo rozumí a preválcujou ty praktiky.
Nezachytil jem žádné paromily, možná bych se prišel mrknout. Hlavne pokud by tam byly uzavrené obehy.

[Ilem]

Nezachytil jem žádné paromily, možná bych se prišel mrknout. Hlavne pokud by tam byly uzavrené obehy.

Je to tu každý rok poslední sobotu prázdnin http://www.sedmicka.cz/hradec-kralove/clanek?id=40755. Z uzavřených oběhů tam byly pouze 2 Stirlingy, ale letos sem je v chodu neviděl. Vloni byla i raritka - 5taktní motor. Pátou otáčku odpočívá.

[Dvell]

Tedy ano Akorde ve vsem souhlasím, ve škole nám řekli totéž co říkáš Ty, když zanedbám veškeré stráty bude mít dvoutakt 2x vetsi ucinnost ale praxe je udajen jina hlavně proto že se hůř vyplachuje a část směsi uniká do výfuku při přepouštění.. nehledě na to že olej v palivu asi taky nejni zrovna to nej..
A když si tak představím 2takt říkám si že se otvírá výfukový kanál dřív než výfukový vgentil u 4taktu - menší využití expandujících spalin..
A jen me tak napadá 4taky maji KP tusim 5-8 dvoutakty také? o tom se nám jaksi učitel zapomněl zmínit a že bych rozebíral fichtla a měřil to se mi nece:-)
Chtěl bych se někdy podívat na pověstné ruské motory do lokomotiv, diesel dvoutakt a krom paliva spapal i 80l oleje na 100km..

[Ilem]

Tedy ano Akorde ve vsem souhlasím, ve škole nám řekli totéž co říkáš Ty, když zanedbám veškeré stráty bude mít dvoutakt 2x vetsi ucinnost

Výkon není totéž, co účinnost. Asi jsi nedával pořádně pozor.

[Dvell]

Tedy ano Akorde ve vsem souhlasím, ve škole nám řekli totéž co říkáš Ty, když zanedbám veškeré stráty bude mít dvoutakt 2x vetsi ucinnost

Výkon není totéž, co účinnost. Asi jsi nedával pořádně pozor.

Sem to ale lampas, ted sem se vrátil z vody a jsem nakej unavenej asi pisu kraviny samozrejme sem myslel ze zanedbám stráty (100% účinnost) a dvoutakt ma 2x větší výkon, radši se jdu na to vyspat

S pozdravem

Dvell

[Akord]

Ilem, dík za info, teoreticky bych se tam mel príšte zúčastnit. Dvell je na tom technicky docela dobre, bral jsem to jako preklep prakticky s jistotou.

Dvell: Slyšel jsem pár drobností o lodních dieselech s externím vyplachováním. KP bude takový, jaký jej nastavíš. Logicky, pokud má být zdvih porovnatelný se 4taktem, tak musí být relativne(ke 2taktu) KP ošizený stejne jako expanze. Práve kvuli teoretickým principiálním problémum bych rekl, že klasické spalovací 2takty nemají perspektivu.

[Ilem]

Ilem, dík za info, teoreticky bych se tam mel príšte zúčastnit. Dvell je na tom technicky docela dobre, bral jsem to jako preklep prakticky s jistotou.

Já taky, ale protože si Dvell rád rejpne, využil jsem příležitost mu to oplatit.

[poota]

Slyšel jsem pár drobností o lodních dieselech s externím vyplachováním. KP bude takový, jaký jej nastavíš. Logicky, pokud má být zdvih porovnatelný se 4taktem, tak musí být relativne(ke 2taktu) KP ošizený stejne jako expanze. Práve kvuli teoretickým principiálním problémum bych rekl, že klasické spalovací 2takty nemají perspektivu.

Kompresní poměr u dvoutaktu není záležitost čistě geometrická, kdy se jedná o poměr prostoru nad pístem v okamžiku uzavření výfukového kanálu k prostoru nad pístem v horní úvrati. Při vyplachování totiž dochází ke spolupráci objemu klikové skříně a objemu výfuku, při níž dochází během výfuku ve válci k podtlaku, který nasává přepouštěcím kanálem směs z klikové skříně. Ke konci výfuku naopak přetlak v tlumiči výfuku vrací poslední část směsi, kterou nasál, zpět do válce. K tomuto jevu ovšem dochází jen v poměrně úzkém rozmezí otáček, které lze laděním výfuku posouvat. Existují i konstrukce, které podle otáček mění aktivní objem klikové skříně a případně i tlumiče výfuku. Zjednodušeně se dá říci, že skutečný kompresní poměr (řekněme třeba dosažený tlak před zážehem) se u dvoutaktu mění.
Akordův výrok: klasické spalovací 2takty nemají perspektivu, bych si dovolil opravit na: dosavadní spalovací 2takty nemají perspektivu.
Chybou dvoutaktních motorů totiž nejsou jejich principiální problémy, ale dosavadní způsoby jejich řešení. Dvoutaktní motor je jednodušší a tudíž také levnější než čtyřtaktní. To způsobilo, že se používaly pouze pro nejmenší výkony, kdy se příliš nemohly projevit jejich nevýhody, aniž by se musela používat dražší řešení. Druhou oblastí jejich naprosté převahy jsou zase naopak největší výkony lodních motorů, kde se naopak mohly plně projevit jejich výhody.
U automobilových motorů porovnáváme současné čtyřtakty s motory, konstruovanými před 50ti lety, tedy silně zastaralé koncepce. To však není téma na jeden příspěvek, takže zatím zdravím - poota