Альтернативные варианты кинематических схем авиационных двигателей

[KarnoKul]

... Вы сначала получите жидкий воздух... это не только материально обременительная задача, но и сложная по своему исполнению, ибо требуется экономичный процесс получения жидкого воздуха, которого априори пока нет. Этим кстати и надо заниматься, за криогеникой будущее...

Будучи лично знаком с Николаем Анатольевичем Пустынским (безвременно и скоропостижно ушедшим из жизни), много раз обсуждали тему пневмодвигателей (сторонником которых и конструктором— был он, мне же приходилось —оппонировать), а также систем получения и хранения сжатого/сжиженного воздуха. В этой теме, как и в других, действительно не всё так просто. Обсуждалась также возможность накопления в тепловых аккумуляторах (при накачке компрессором баллонов воздухом) теплоты сжатия, с последующим использованием её при расширении в пневмодвигателе.

Двигатель на сжатом воздухе для автомобиля - Экологические автомобили Экологические автомобили (ecoconceptcars.ru)

Лично мне очень понравилось техническое решение Гая Негре, когда в рабочей камере цилиндра пневмодвигателя предварительно сжимается атмосферный воздух с нагревом от теплоты сжатия, а затем туда же, перед расширением – впрыскивается из баллона порция сжатого воздуха. То есть весьма оригинально используется теплота окружающей среды для "подогрева" расширяющегося рабочего газа.

Как утверждает А.Г.К., и с этим нельзя не согласиться, каждый тип двигателя хорош для применения в том месте, где он действительно лучше других.
Так и с пневмодвигателями.

 

[Stanislavz]

По стирлингам, то исторически они имели свою нишу из отсуствия необходимости персонала с допускам к работе с паровыми котлами. Хоть последние и ними часто бахали..

А стирлинг весом в пол тонны и силой половина лс - натопил углем и работай целый день. Хоть для ткацкого станка, хоть для посудомойки.

 

[RVD]

Будучи лично знаком ... .

Тема безусловно интересная, однако подается достаточно однобоко. Народ акцентируют на конечной фазе этого процесса - вот баллон, вот пневмомотор, сели и поехали. А надо бы заострять внимание на нахождении экономических путей получения сжатого воздуха и не только.
На мой взгляд есть необходимость "глубже" копнуть эту тему, и разобраться какой из процессов получения воздуха наиболее целесообразен: через просто сжатия в многоступенчатом компрессоре с его аккумулированием, или глубоким охлаждением с переходом через криогенные температуры с введением в цикл на нужной стадии расширения.

 

[Varan]

Все поняли суть сказанного "@KarnoKul"(смотрите ниже)

с чего вы взяли, формула приведена для цикла Карно (который физически невозможно осуществить), который состоит из двух изотерм и двух адиабат, про адиабаты ладно- что то похожее может быть в первом приближении , но подводить и отводить тепло по изотерме это как на практике не поясните

Потом говорить о кпд цикла Стирлинга вообще бессмысленно, лукавство это, с каким кпд тепло поступившее в двигатель превратится в работу дело десятое,
во первых надо учесть какая часть тепла поданного в теплообменник попадет в двигатель, это сразу уменьшает реальный кпд двигателя в разы

во вторых температура горения бензина не превышает 900С, а диз топлива около 600С , поэтому если жечь топливо и греть теплообменник то до какой температуры нагреется рабочее тело в Стирлинге и какой будет кпд, даже если его считать по формуле цикла Карно?

Поэтому обсуждать кпд Стирлинга бессмысленно, он по определению будет ниже чем в двс, и поэтому стирлинг используют там где есть дармовое тепло а кпд не важен

 

[Stanislavz]

отводить тепло по изотерме это как на практике не поясните

Это когда цикл-бесконечность во времени. В идеале сжимаем бесконечно медленно, тогда все тепло успевет войти в теплобмен.

 

[Varan]

Это когда цикл-бесконечность во времени.

именно так, а мощность такого двигателя равна 0, оно вам такое надо?

 

[Stanislavz]

именно так, а мощность такого двигателя равна 0, оно вам такое надо?

Потому он и теоретический.

 

[RVD]

с чего вы взяли ...

Читать учили ? вот и читайте, на фотке всё сказано и доказано. А свои претензии к термодинамике предъявляйте не нам, а Карно, и с ним же и спорьте, и оскорбляйте.

 

[Varan]

А свои претензии к термодинамике предъявляйте не нам, а Карно

Карно свою формулу ясно дело к стирлингу не прилагал, поэтому и спорить с ним не о чем , ав от вы опять облажались, как обычно

 

[Jbiplane]

с этим попутали

Возможно. У меня документация на немецкий, продававшийся либо как документация либо комплект запчастей.
Вполне бюджетно и много больший кпд чем поршневые машины дают тепловые, сделанные на базе спиральнвх автомобильных компрессоров с разборок.

 

[RVD]

Лично мне очень понравилось техническое решение Гая Негре, когда в рабочей камере цилиндра пневмодвигателя предварительно сжимается атмосферный воздух с нагревом от теплоты сжатия, а затем туда же, перед расширением – впрыскивается из баллона порция сжатого воздуха. То есть весьма оригинально используется теплота окружающей среды для "подогрева" расширяющегося рабочего газа.

Достаточно спорное решение. Если сжать просто воздух, а затем его обратно расширить, температура воздуха на выходе теоретически будет ниже чем на входе, потому что при нагреве в камере сжатия воздух нагревается, в таком состоянии отдает теплоту стенкам ... (потери на трение и тепловые потери на перетекание газа). В этом плане впрыск порции сжатого воздуха в камеру дает разбавление горячего заряда холодным !? в итоге на выходе горячее тело отдает теплоту не в стенки, а в новую порцию холодного газа, тогда тем более при выпуске должна быть отрицательная температура. И в чем смысл, мы нагреваем охлаждаем атмосферу ?

Такт сжатия (см. ниже) в среднем отнимает от двигателя 70% мощности, при разбавлении горячего воздуха новым сжатым и холодным только на компенсацию самой работы сжатия необходимо затратить такую же внешнюю работу где-то в другом месте. В обычном цикле в горячий воздух вводится топливо. А здесь откуда "прибавочная стоимость" ???

 

[RVD]

Вот если бы кто-то "подсказал", как убрать затраты энергии на подготовку воздуха (такт сжатия) к сгоранию. Куда бы выкинуть эти 70%, или как-то их кардинально уменьшить, вот в чём вопрос.

 

[niksann]

Вот если бы кто-то "подсказал", как убрать затраты энергии на подготовку воздуха (такт сжатия) к сгоранию. Куда бы выкинуть эти 70%, или как-то их кардинально уменьшить, вот в чём вопрос.

Так ведь большая часть этих затрат на сжатие возвращается во время расширения. Пресловутый принцип пружины.
Надо, мне кажется, в другую сторону смотреть.
Вот две картинки. Первую я выцепил из интернета, вторая она же, но с моими коррекциями. Дабы посмотреть, что больше всего влияет на КПД.
Глядя на этот расклад, становится очевидно, что, к примеру, использование L-камеры явный шаг назад. Да, уменьшаются габариты двигателя, но какой ценой!

К сожалению, традиционный поршневой двигатель не позволяет существенно уменьшить эти потери. Если только не придумать материалы покрытия головок и днищей поршней, очень легкими, жаропрочными, с низкой теплопроводностью и блестящей поверхностью. Чтобы поверхность этих покрытий мгновенно адаптировалась к температуре газов. Тогда и потери теплоты будут мизерными.
А вот с роторниками есть одна компоновочка, где все эти вопросы решаются применением простых материалов. Но это уже другая тема.

 

[Varan]

Вот две картинки.

а какой двс подразумевается в этих картинках, если для летательных аппаратов или стационарный то так а если транспортного средства то это очень большое преувеличение, в самом деле под капотом двигатель под сотню сил а то и больше, а в среднем требуемая мощность составляет 3-5 лошадей, какой там кпд в 20 процентов будет

 

[niksann]

а в среднем требуемая мощность составляет 3-5 лошадей, какой там кпд в 20 процентов будет

Это не ко мне, это к инженерам автодвигателей.
Как-то тоже решил посчитать, сколько лошадей потребляет моя машина на скорости 100 км/ч. На ровном участке в спокойную погоду на пятой передаче надавил педаль в пол на несколько секунд и засек текущий расход топлива на бортовом дисплее. Как бы замерил, сколько потребляет машина топлива на максимальном моменте, затем засек расход на скорости 100 км/ч. Далее зная по паспорту характеристики своего двигателя, посчитал и получил что-то около 25 л.с. Могу немного ошибаться, несколько лет тому назад было.
3-5 лошадей - это на пониженных передачах при спокойной езде, наверное, будет потребление.
Но мы то ведем речь об авиа движках!

 

[RVD]

Так ведь большая часть этих затрат на сжатие возвращается во время расширения. Пресловутый принцип пружины.

При сжатии и расширении объема воздуха(без учета потерь) КПД компрессорного такта равно нулю, соответственно пружина ничего не генерирует кроме затухающих колебаний.
Смысл посыла был в другом. Есть к примеру конечная величина давления, скажем 25 МПа, под таким давлением хранится газообразный метан в баллонах. Стандартный процесс закачки газа в баллон на газозаправочной станции осуществляется следующим образом: магистральный газ среднего давления (0.5 МПа) очищается и проступает на сжатие в пятиступенчатый компрессор, который сжимает метан до 30 МПа с последующим заполнением резервуара высокого давления. Далее, газ через магистральную систему закачивают в транспортные баллоны со сбросом давления до 25 МПа. А если нужно метан ожижить, и залить его в криогенный бак, то сжатый газ сначала пропускают через фреоновую машину, опуская его температуру до (-)50 С, а после перепускают через дроссельные шайбы охлаждая таким способом еще до (-) 161 градуса. Есть другой способ, магистральный газ сразу ожижают разными способами, в том числе обратным циклом Стирлинга, и заливают в криогенные ёмкости. А далее, если потребителю нужен газообразный метан в баллоне под давлением в 25 МПа, то баллон сначала заполняют на четверть сжиженным метаном, закрывают его и ждут когда баллон сам нагреется атмосферой, с установлением конечного давления в нём. Две разные технологии под одно конечное давление, криогенный способ значительно экономичнее. Теперь понятно о чём идет речь.

 

[Антон Алексеев]

Так ваши, Томские химики, хвалились по тэлебаченью что освоили и с лёгкостью зальёте всю Россию синтетическим бутанолом. Разговор шёл именно о бутаноле как альтернативном моторном топливе.

99.99% похвальбушек по телеку или "нужно хоть что то там сказать" или "учёный изнасиловал журналиста". Когда будут отгрузки промпартий по этой технологии, тогда я и буду тратить своё время на обсуждение этого топлива, водород то- производится и продаётся.

Я работал топливщиком и знаю, что бензин, что соляра здоровья особо не добавляют.

ПДК их несопоставимы ни с аммиаком, ни с метанолом.

На Оби его и получать не нужно, он и так там есть в виде газоконденсатных месторождений и того же болотного газа.

"где-то на Оби есть сколько-то газа" - не интересно. Речь об том, чтобы стал на стремнине и нагенерировал столько топлива, сколько надо, потому я и писал про наработку обратимость на борту ТС, а не где-то там, за мифические 1000километров, да при наличии инфраструктуры...

Стирлинг, это полностью герметичное сооружение, давление газа в рабочей полости достигает 20 МПа, даже вывод мощности от него часто производится через глухую стенку (стальную деформируемую диафрагму), но для водорода и это не препятствие.

Двигатель отличается от баллона давления наличием пар трения, исключающих большинство покрытий.

температура горения бензина не превышает 900С

Вообще-то превышает 2000С

 

[niksann]

Две разные технологии под одно конечное давление, криогенный способ значительно экономичнее. Теперь понятно о чём идет речь.

Я не верю в это! При любом способе уплотнения газа до какого-то конечного значения будет затрачено абсолютно одинаковое количество энергии. Если не учитывать КПД самих установок. Закон сохранения вокруг пальца не обведешь. Но спорить не буду, доказать ничего не смогу.

 

[RVD]

Двигатель отличается от баллона давления наличием пар трения, исключающих большинство покрытий.

Вероятнее всего водород в нагретом состоянии значительно активнее, поэтому и "просачивается" через стенку.

Я не верю в это!

Это уже хорошо. Однако к конечной точке газ можно подвести разными путями, не обязательно через "изотерму/адиабату" цикла Карно. Воздух можно сначала ожижить до (-200) а потом криогенным насосом высокого давления впрыснуть в ВМТ, туда же впрыснуть топливо.... два такта двигателю уже не нужны, остается только расширение и выпуск, расширение и выпуск, рас..... . Технологические подробности опускаю. Для справки, количество воздуха в единице объема 1.225 кг/м.3, в жидком виде в тысячу раз меньше, и ему уже не нужно сжатие, плюс криогеника снимет тепло от рубашки охлаждения, и вот вам "адиабатный" двигатель в натуре.

 

[niksann]

Технологические подробности опускаю.

Почему-то вспомнился Ералаш про батарейки забыл.