Залезли в голову несколько вопросов и не хотели из нее вылезать. Пришлось разбираться. Возможно эти вещи где-то описаны лучше, но мне таковые источники не попались. Много текстов пересмотрел, нигде в явном виде не нашел. В общем, если известен принцип, легче иногда просто вывести чем искать (хотя не всегда).
(сразу скажу, что так как конкретные цифры немного разнятся, то этот пост следует воспринимать как метод и некоторую усредненную оценку)
Итак:
Первый вопрос —
так на сколько же градусов падает температура воздушного потока в карбюраторе.
На эту тему книги в основном говорят, что около 30, но доказательств не приводится. Также существует масса мнений от 10 до 30, но доказательств также нигде нет.
Собственно из-за чего происходит падение температуры? Два основных момента — испарение бензина и падение давления.
Начнем с первого. Тут видится все просто. Есть бензин, есть воздуха, есть удельная теплоемкость воздуха, есть удельная теплота парообразования бензина. Бензин испаряется, забирает часть тепла у воздуха. (процесс считаем установившимся, оставим за кадром охлаждение/подогрев карбюратора, не одномоментность испарения топлива, и т. п. И т. д.).
Есть две формулы
Для энергии необходимой для испарения (в данном случае бензина)
Q = L*M, где
Q – энергия
L — удельная теплота парообразования
M – масса вещества
Для изменения температуры тела (в данном случае воздуха)
q = c*m*[ch916]T, где
q – энергия
с — удельная теплоемкость вещества
m – масса вещества
[ch916]T — изменение температуры
Собственно понятно, что если мы пренебрегаем потерями то Q = q.
Вроде все хорошо и понятно. Только как понять сколько у нас бензина, а сколько воздуха? Правильно — из соотношения бензина и воздуха в смеси — 12.5 (в среднем, понятно, что бывает обедненная и обогащенная). Т.е., на 1 кг бензина приходится 12.5 кг воздуха.
Прочее (при нормальных условиях):
с — удельная теплоемкость воздуха = 1.05 кДж/кг*K
L — удельная теплота парообразования бензина = 350 кДж/кг
Справедливости ради надо сказать, что диапазон этого значения от 230 до 400, зависит от качества бензина.
Заодно, попутно, отметим, что плотность воздуха
при +35°С = 1.14 кг/м.куб.
А при -25°С = 1.42 кг/м.куб.
Не слабо так — 25% вариации. К основной теме поста отношения почти не имеет, но хорошо показывает разницу в подъемной силе крыла/винта.
Теперь все можно подставить.
L*M = c*m*[ch916]T
[ch916]T = L*M / c*m
[ch916]T = 350*1 / 1.05*12.5 = 26.6° (и с минусом, так как испарение)
Ну что, — почти получили самую часто встречающуюся в литературе цифру — 28°. (Совсем бы ее получили, если вместо 1.05 поставили бы просто 1).
Вывод — только на испарении топлива мы получим падение температуры в 27°.
Вторая часть вопроса — падение температуры из-за разряжения воздуха.
Задачка не так проста как первая часть (так как система не замкнутая), а вносимая ей доля на порядок меньше. Поэтому не будем писать много страниц, а просто отметим, что это обычно приблизительно 3-4°, как и можно найти в литературе.
Сложив эти две цифры мы получим те самые, 32° которые также часто попадаются в литературе.
Понятно, что в реальной жизни все несколько лучше, так как есть нагрев карбюратора от двигателя, топливо испаряется все не сразу... Но теперь понятно, откуда берутся цифры.
И что самое занятное — падение температуры зависит в основном от пропорции смеси, и в гораздо меньшей степени от конструкции конкретного карбюратора.
Второй вопрос связан вот с этим ужастиком
http://www.youtube.com/watch?v=v0JbPvVNCWI
1'38” до ощутимого начала формирования льда в карбюраторе! Этож как быстро! И погода визуально неплохая. А мы тут осень-весну в районе от 0 до +5 да еще с влажностью под 80-90%. Может двигатель влияет? Там Lycoming ( а здесь в основном на Rotax 912...
В общем такие рассуждения вылились в вопрос —
а влияет ли конкретный двигатель (вернее двигатель + карбюратор) на данный процесс.
Для проведения мысленного эксперимента были мысленно взяты Lycoming 540 (карбюраторный, на Robinson, например O-540-F1B5) и Rotax 912.
Что имеем:
Lycoming 540:
Объем — 8874 см.куб
Обороты — 2800 об/мин.
Карбюратор — 1 шт.
Расход топлива — 56 л/ч
Rotax 912:
Объем — 1352 см.куб
Обороты — 5500 об/мин.
Карбюратор — 2 шт
Расход топлива ~ 18 л/ч
Ну что, для начала оценим сколько литров смеси проходит вообще через впускную систему за минуту.
Lycoming 540: 12424л (однако!)
Rotax 912: 3718л
Для проверки — сравнили отношения получившихся цифр (3.34) с отношением расходов топлива (3.11) — да, как-то похоже получается, значит вроде не ошиблись.
Держа в уме, что чем больше сечение в самой узкой части коллектора после испарения
топлива, тем медленнее оно будет заполнятся нарастающим льдом, оценим их.
Для Rotax (Bing 64cv) это 36мм, да не забудем, что их (карбюраторов) там два. Итого 2035 мм кв.
А вот тут засада — не удалось найти площади сечения для Lycoming (Marvel MA 4-5). Ну что делать — будем идти с противоположного конца — рассчитаем какое оно должно быть для такой же скорости потока, потом кто-нибудь будь на форуме подскажет какое оно на самом деле.
Итак, в Rotax через 2035 мм кв. протекает 3718 л в минуту. Соответственно для Lycoming эквивалентное сечение — 22698 мм кв., т. е. 170 мм в диаметре (мда...).
А сколько на самом деле?
Понятно, что также на скорость процесса нарастания льда также влияет и периметр коллектора и его форма
К чему это все. К тому, что многое можно посчитать. И это не попытка выяснить какой из них лучше (они просто разные и для разных задач), а попытка понять чем они разные и что влияет на скорость нарастания льда. Вполне допускаю, что во втором вопросе я кое-где ошибся (там много всяких допущений), и все не так. Поправки приветствуются.
Возможно это все кому-нибудь пригодится.
И не забывайте включать обогрев карбюратора, согласно вашему РЛЭ.
