Ilmiybaza.uz
ISSIQLIK GENERATORLARI. ISSIQLIK DVIGATELLARI VA ISSIQLIK
KUCH USKUNALARI.
Mavzu:
Issiqlik dvigatellari va kompressorlarining ideal sikllari.
Reja:
1. Porshenli ichki yonuv dvigatellari (I.YO.D) ning ideal sikllari.
2. O’zgarmas hajmda issiqlik beriladigan sikl.
3. O’zgarmas bosimda issiqlik beriladigan sikl.
4. Aralash usulda issiqlik beriladigan ichki yonuv dvigatellarining sikli.
5. Kompressorlarning sikllari.
Ilmiybaza.uz
1.Porshenli ichki yonuv dvigatellari (I.YO.D) ning ideal sikllari
Ideal sikllarni o’rganib chiqishda dvigatel tsilindrlari ichida sodir bo’ladigan
jarayolarni tadqiq qilamiz va jarayonlarning f.i.k. ga tasir qiluvchi omillar analiz
qilinadi.
Sikllarni o’rganishda quyidagi shartlarga amal qilamiz:
1) Ishchi jism deb ideal gaz olinadi;
2) Sikllar - yopiq va qaytuvchan;
3) Ishchi jism kimyoviy o’zgarmas (ya’ni yonish jarayoni sodir bo’lmaydi);
4) YOnish jarayoni o’rniga gazga teng mikdordagi issiqlik berish bilan
almashtiriladi.
SHunday qilib, texnik termodinamika faqat eng yuqori f.i.k. beradigan
jarayonlarni va ularning eng qulay kombinatsiyalarini ko’rib chiqadi va demak,
dvigatelning ideal ishlash sharoitini o’rganadi.
2.O’zgarmas hajmda issiqlik beriladigan sikl
Siklni r va Ts diagrammalarida ifodalaymiz.
37-rasm
Ilmiybaza.uz
38-
rasm
Sikl ikkita izoxara va ikkita adiabata jarayonlaridan tashkil topadi. Boshlang’ich
bosim p1 va hajm 1 ga ega bo’lgan (1-xolat) gaz tsilindrda adiabatik siqilish
natijasida (1-2 chizigi) bosim p2 ga hajm 2 ga boradi (2 xolat). Keyin gazga
o’zgarmas hajmda, ma’lum miqdorda (q1) issiqlik beriladi (yonish). SHundan
so’ng gaz (yonish maxsulotlari) adiabatik kengayish natijasida 4 hajmga ortadi.
Nixoyat 4-1 izoxarik jarayonda gazdan q2 issiqlik sovitgichga o’tishi (chiqarish
klapani ochiladi) natijasida gazning bosimi p4 dan p1 ga tushadi va gaz dastlabki
xolatiga qaytadi.
So’rish va chiqarish jarayonlari o’zgaruvchan gaz miqdorlarida bo’lganligi uchun
ular termodinamik jarayonlar bo’la olmaydi va shu sababli siklga kirmaydi.
Siklda olingan foydali ish ma’lum masshtabda p diagrammasida 1-2-3-4-1
konturning yuzasi bilan ifodalanadi. YOki matematik ko’rinishda quyidagicha
bo’ladi.
2
1
q q
Ma’lumki, xar qanday sikl uchun termik f.i.k. t
q
q
1
2
1
2-3 va 4-1 izoxarik jarayonlarida gazga beriladigan va olingan issiqlik miqdorlari:
2
3
1
c
q
,
1
4
2
c
q
Bularni termik f.i.k. formulasiga qo’yamiz.
1
1
1
1
2
3
2
2
1
1
2
3
1
4
Т
Т
Т
t
Ilmiybaza.uz
Endi
4
1
3
2
ekanligini isbot qilib ko’ramiz.
Ichki yonuv dvigatellarida 1 hajmni (tsilindrning to’la hajmi) 2 hajm (qisish
kamerasining hajmi) ga nisbati dvigatelning qisish darajasi deyiladi va bilan
belgilanadi.
1-2 adiabatik qisish uchun yozish mumkin.
2
1
1
2
1
,
2
1
1
2
1
,
2
1
1
(a)
3-4- adiabatik kengayish uchun esa;
3
4
4
3
1
1
2
1
1
,
3
4
1
Oxirgi ikkala tengliklarni taqqoslasak:
2
1
3
4
,
4
1
3
2
f.i.k. formulasiga olingan qiymatlarni termik qo’yamiz, ya’ni
t
1
1
1
2
1
1
1
yoki
t
1
1
1 (117)
Demak, siklning termik f.i.k. dvigatelning qisish darajasiga va adiabata
ko’rsatkichlariga to’g’ri proportsional bog’langan.
YUqorida ko’rib chiqilgan sikl xozirgi zamon tez yurar karbyuratorli
dvigatel-larida keng qo’llaniladi. Dvigatelning f.i.k. ni orttirish uchun uning va
K ko’rsatkichlarini kattaroq kilish kerak (117 ifodaga karang). “ ” ni katta-
lashtirish uchun dvigatelga oktan soni yuqorirok benzin kerak bo’ladi. “K” ni
orttirish uchun esa dvigatel tsilindriga havo emas, balki biror bir atomli gaz kiritish
kerak, bu esa mushkul masala. Demak, benzinni oktan sonini orttirish osonroq yo’l
xisoblanadi.
3. O’zgarmas bosimda issiqlik beriladigan sikl
Ilmiybaza.uz
Yuqorida ko’rib chiqilgan sikldan bu siklning asosiy farqi shuki, bu yerda
gazga beriladigan issiqlik q1 oniy bo’lmay biroz davom etadi. Bu paytda tsilindrda
bosim o’zgarmaydi (izobara).
Siklni r va Ts diagrammalarida ifodalaymiz.
40-rasmda siklni ifodalovchi kontur ichidagi yuza ma’lum masshtabda
sikldan olingan ishni ifodalaydi. Rasmdagi yuza esa siklda foydali ishga aylangan
issiqlik miqdori bo’lib xisoblanadi.
39-rasm
40-rasm
Siklning termik f.i.k.ni aniqlashdan ilgari quyidagi iboralarni kiritamiz:
2
1
-- dvigatelning qisish darajasi.
3
2
-- dastlabki kengayish darajasi.
Termik f.i.k.ning umumiy formulasidan foydalanamiz.
t
q
q
1
2
1
Ilmiybaza.uz
2-3 izobara jarayoni va 4-1 izoxara jarayonlarida gazga berilgan va olingan issiqlik
miqdorlari quyidagicha bo’ladi:
2
3
1
c
q
va
1
4
2
c
q
Qiymatlarni o’rniga keltirib qo’yamiz:
1
1
1
1
1
2
3
2
1
4
1
2
3
1
4
2
3
1
4
c
c
t
1-2- va 3-4 adiabatik jarayonlari uchun ko’rsatkichlar orasidagi bog’lanishni
yozamiz.
1
2
2
1
1
1
1
;
1
2
1
1
va
4
3
3
4
1
3
2
2
4
1
1
1
1
bu yerdan
4
3
1
1
1
.
T4 ning T1 ga nisbatini aniqlaymiz.
4
1
3
1
1
2
1
3
2
1
1
1
1
chunki, izobara jarayoni 2-3 uchun
3
2
3
2
Olingan natijalarni f.i.k. formulasiga keltirib qo’yamiz:
t
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
(118)
Ilmiybaza.uz
(117) va(118) tengliklarni o’zaro taqqoslasak,
1
1
nisbatda ekanligini
ko’ramiz.
Xozirgi zamon dvigatellarida va K ning mumkin bo’lgan qiymatlarida
quyidagicha ekanligini sezamiz.
1
1
1
Demak, p = const sharoitida issiqlik beriladigan I.YO.D. larida (bir xil
sharoitda) t kamroq bo’ladi.
Biroq, bu sikl bilan ishlaydigan dvigatellar sekin yurar (kema) dizellarida
keng qo’llanilmokda. Buning sababi, dizel dvigatellarida qisish darajasi ( )
karbyuratorli dvigatellarga qaraganda deyarli 2 marta yuqori bo’lganligi uchun
ikkinchi siklda
1
1
nisbatan birinchi sikldan ancha kichik bo’lib, r=const
bo’lgandagi I.YO.D. ning termik f.i.k. larini amalda sezilarli yuqori bo’lishini
ta’minlaydi.
4. Aralash usulda issiqlik beriladigan ichki yonuv dvigatellarining sikli
Siklni “r” va “Ts”koordinatalarida chizamiz.
Sikl 5 ta jarayondan tashkil topgan: 1-2- adiabatik qisish; 2-3- izoxorik (gazga)
issiqlik berish; 3-4- izobarik (gazga) issiqlik berish; 4-5- adiabatik kengayish
( ish olish); 5-1- gazning izoxorik sovushi (gazdan issiqlikning sovutgichga
o’tishi).
Siklning termik f.i.k. t
q
q
q
1
2
1
1
Gazga berilgan va gazdan sovutkichga o’tgan issiqlik miqdorlari:
2-3- izoxorada
2
3
1
vc
q
Ilmiybaza.uz
3-4- izobarada
3
4
1
c
q
5-1- izoxorada
1
5
2
vc
q
41-rasm
42-rasm
Termik f.i.k. formulasiga qo’yamiz:
3
4
2
3
1
5
3
4
2
3
1
5
1
1
K
c
c
c
v
v
t
(a)
Siklning 2 va 3 nuqtalari uchun gaz xolati tenglamalarini yozamiz va ularni o’zaro
bo’lamiz:
2
2
p R
va
3
3
p R
chunki 2-3- izoxora uchun
2
3
2
3
2
3
p
p
- i.yo.d. larida yonishdagi bosimning ortish darajasi deyiladi.
1-2- adiabatik jarayoni uchun yozish mumkin:
2
1
1
2
1
1
k
k
yoki T2 =T1 · k-1
2-3- izoxora jarayoni uchun
3
2
; yoki
3
2
1
1
k
Ilmiybaza.uz
3-4- izobara jarayoni uchun ham xolat tenglamalarini yozib, o’zaro bo’lamiz.
4
4
RT
p
va
3
3
RT
p
, chunki r3 = r4 = r
3
4
3
4
- i.yo.d. larida dastlabki kengayish darajasi deyiladi.
Oxirgi tengliklardan T4 ning qiymatlarini aniqlaymiz:
4
3
yoki
4
1
1
k
4-5- adiabatik kengayish uchun
5
4
4
5
1
k
,
5
4
4
3
2
5
1
1
1
1
k
k
tengliklikdan T5 ning qiymatini topamiz.
5
4
1
1
1
1
1
1
1
1
k
k
k
k
k
k
T larning topilgan kiymatlarini f.i.k. ning (a) tengligiga keltirib qo’yamiz va
matematik soddalashtirishlardan so’ng xosil qilamiz.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
k
k
k
k
k
t
K
yoki
t
k
k
k
1
1
1
1
1
1
.
(119)
Aralash usulda gazga issiqlik beriladigan i.yo.d.ning ko’rib chiqilgan sikli
ilgari ko’rib chiqilgan 2 ta sikllarning umumlashmasi bo’lib, buni matematik
usulda ham isbotlash mumkin.
a) Agar =1 bo’lsa, (119) tenglikdagi ikkinchi ko’paytiruvchi 1 ga teng
bo’lib qoladi, ya’ni
k
K
1
1
1
1
1
1
(119) tenglik (117) tenglikka aylanadi. =const bo’lganda issiqlik beriladigan
i.yo.d. siklining tengligi kelib chiqadi.
Ilmiybaza.uz
b) Agar =1 bo’lsa, (119) tenglik (118) tenglikka aylanadi.
t
k
k
k
1
1
1
1
1
Aralash usulda issiqlik beriladigan sikl xozir ishlatilayotgan tezyurar (tir-
sakli valning aylanish tezligi 1000 ayl/min dan ancha yuqori) avtotraktor dizel-
larida keng ko’llanilmoqda. Buning sababi qisish darajasi (ε) ning yuqoriligi va
ning amaliy qiymatlarida siklning termik f.i.k. ancha yuqori (karbyuratorli
dvigatellarga qaraganda) bo’lmoqda.
Ana shu xulosaga ko’ra, dunyo dvigatelsozligida shu kunga kelib traktor
dvigatellari deyarli 100 % dizellashdi, yengil avtomobil dvigatellari xozircha fakat
30...35 % dizellashdi, bu jarayon ilg’or firmalarda davom etmoqda.
5. Kompressorlarning sikllari
Texnikada gazsimon moddalarni (gaz va bug’larni) qisib trubaga yoki
idishga xaydash uchun ishlatiladigan mashinalarni - kompressorlar deb aytiladi.
Ko’pincha, porshenli yoki markazdan qochma asosda ishlaydigan kompressorlar
qo’llaniladi. I.YO.D.laridagi gazning issiqlik ta’sirida maxanik ish olinsa,
kompressorlarda gazni qisish uchun mexanik ish sarflanadi. Bu ish (energiya)
gazga tashqaridan beriladi, ya’ni kompressor siklini bajarishda manfiy ish
bajariladi.
Bir pog’onali porshenli kompressor
Sikl quyidagi jarayonlardan iborat (43-rasm):
4-1 - gazni kompressor tsilindriga so’rish.
1-2 - gazni izotermik (politropik, adiabatik) qisish jarayoni.
2-3 - kompressor tsilindridan qisilgan gazni itarib chiqarish (izobara) jarayoni.
3-4 - gazning xaydab chiqarilgandan so’ng kompressor porshenining qayta
boshlashi (kengayish) natijasida bosimning ( izoxorik) pasayish jarayoni.
Ilmiybaza.uz
r koordinatalar tizimida siklni bajarish uchun (1 kg qisilgan gaz uchun) 44
shakldagi shtrixlangan yuza
S1-2-3-4-1 bilan ifodalangan mexanik ish sarflanadi.
a) agar gazni qisish izotermik bo’lsa, kompressorni xarakatlantirishga
sarflanadigan ish:
1
2
1
1
2
2
p
p
p
Izotermada
2
2
1 1
p
p
bo’lganligi uchun
2
1
2,3
R g
(120)
ya’ni, kompressorda qisish jarayoni izotermik bo’lsa siklga sarflanadigan ish faqat
izotermik qisishga sarflanadi.
Ilmiybaza.uz
43-rasm.
b) Agar qisish jarayoni adiabatik bo’lsa qisishgan sarflanadigan ish miqdori.
1
1
2
2
2 2
1
p
p
k
k
p
natijada ish uchun
1
1
2 2
1
p
p
(121)
Siklga sarflanadigan ish adiabatik qisish jarayonidagi ishga qaraganda “K”
marta ko’prok bo’ladi.
Ish miqdorini entalpiya orqali ifodalash ham mumkin. Adiabatik jarayonda
q=0 bo’lganligi uchun termodinamika birinchi qonunining matematik ifodasi
u
yoki
1
2
u u
demak,
1
1
1
2
2 2
p
u
u
p
yoki
1
1
1
2
2 2
u
p
u
p
bundan
1
2
i i
Kompressorda qisish adiabatik bo’lganda sarflanadigan ish miqdori
gazning qisishdan keyingi va oldingi entalpiyalarining ayirmasidan iborat.
v) agar qisish jarayoni politropik bo’lsa, sarflanadigan ish miqdori,
1
1
2 2
1
n
n
(122)
(122) ifodaning keltirib chiqarish (121) tenglikni keltirib chiqarish kabi bo’ladi,
faqat ko’rsatkich “k” emas “n” bo’ladi.
Ishlayotgan porshenli kompressorlarning ko’pchiligi politropik bo’lib,
daraja ko’rsatkichi, n=1,20...1,25 oralig’ida o’zgaradi.
Ko’p pog’anali kompressorlar
Ilmiybaza.uz
Biz yuqorida ko’rib chiqqan bir pog’onali porshenli kompressorning ish
unumi juda yaxshi, lekin yuqori bosimda ishlaganda tez qizib ketadi. Odatda 10 at.
gacha bosim xosil qilinganda, gazni uzatish bir pog’onali kompressorlar bilan
amalga oshiriladi.
Kattaroq bosimlar bilan ishlashga to’g’ri kelganda ikki yoki ko’p pog’onali
kompressorlar (xar bir pog’onada taxminan 10 at.) bilan bosim xosil qilinadi.
Bunda xar bir pog’onadan so’ng gaz sovitiladi.
44-rasm
45-rasm
Qisish jarayonining izotermik bo’lishi maqsadga muvofiq bo’ladi, lekin
amalda bajarilishi qiyin bo’lganligi uchun shu jarayonga yaqinlashtiriladi. Xar bir
pog’onadan so’ng izobarik sharoitda gaz dastlabki xaroratgacha sovitiladi.
Agar kompressorda gazning qisilishi politroptik bo’lib, ko’rsatkichi “n” bo’lsa,
1
1
2
1
2
k
k
p
p
ikkinchi pog’ona uchun,
1
3
4
3
4
k
k
p
p
Kompressorning ishlash sharoitiga qarab, T1=T3 va T2=T4 bo’lganligi uchun:
3
4
1
2
p
p
p
p
Ilmiybaza.uz
Kompressorda qisish pog’onalari “z” marta bo’lganda
бошл
охир
p
p
n
bo’ladi.
Kompressorda sarflanadigan ish miqdori quyidagi ifoda orqali aniqlanadi.
1
1
1
1
2
1
1
k
k
p
p
p
n
n
z
(123)
bu yerda, z - pog’onalar soni.
Nazorat uchun savollar:
1. Porshenli ichki yonuv dvigatellarining ideal sikllari haqida ma’lumot bering.
2. O’zgarmas xajmda issiqlik beriladigan sikl.
3. O’zgarmas bosimda issiqlik beriladigan sikl.
4. Aralash usulda issiqlik beriladigan I.YO.D. ning sikli.
5. Kompressorlarning ideal sikllari haqida tushuncha bering.
