Thermodynamik Flashcards
Welche Aufgabe hat die Thermodynamik im Motorenbau?
Die Thermodynamik bringt Größen wie
- Energie,
- Wärme,
- geleistete Arbeit,
- Druck
- Volumen
miteinander in Zusammenhang.
Ermittlung der Leistung und der Wirkungsgrade eines Dieselmotors
Wie werden Kreisprozesse in der Thermodynamik dargestellt?
Mit Druck- Volumen (p- V- ) Diagrammen
und
Temperatur – Entropie (T,s-) Diagrammen
Welche Aufgaben haben Vergleichsprozesse in der Thermodynamik?
Der Vergleichsprozess ist die Abbildung eines motorischen Kreisprozesses,
der die Merkmale liefert, nach welchen die bestmögliche Ausnutzung der Kraftstoffenergie in einem Hubkolbenmotor (Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung) möglich wäre.
D.h. der vollkommene Motor enthält die Benchmarks für die Beurteilung der Wirkungen im realen Motor.
Wie sind Vergleichsprozesse aufgebaut?
In diesen Diagrammen werden die Prozesse mit
- Isotropen
- Isochoren
- Isobaren
- Isothermen
dargestellt.
Sie stellen den idealen Betrieb einer Kraftmaschine dar.
Nach welchem Vergleichsprozess wird der Betrieb von Dieselmotoren beschrieben? Skizzieren Sie die zugehörigen Prozessdiagramme.
Seiliger Prozess
- 1-2 Verdichtung
- 2-3-4 Wärme - Zufuhr
- 4-5 Arbeit
- 5-1 Wärme - Abfuhr
Wie unterscheiden sich die Realprozesse einer Verbrennungskraftmaschine von den Vergleichsprozessen?
Realprozesse berücksichtigen Verluste, die gegenüber dem Vergleichsprozess auftreten:
- Verluste beim Idealprozess,
- Verluste durch nicht ideale Verbrennung,
- Undichtigkeiten,
- Wärmeverluste,
- Ladungswechselverluste,
- Reibungsverluste …
Skizzieren Sie den Realprozess eines Dieselmotors in einem p-V-Diagramm.
Hilfe:
Breite der Kurven = Kolbenhub (liegen entspr. zw. UT-OT)
Obere Kurve = indizierte Arbeit Ai
Untere Kurve = negative Gaswechsel - Arbeit
(links einzeichnen: Mitte dieser Kurve = patm)
Wie wird die Arbeit in einem p,V- Diagramm ermittelt? Erläutern Sie den Begriff „Mitteldruck“.
Die Arbeit entspricht der von der Prozesskurve umschlossenen Fläche.
Der Mitteldruck ist der errechnete Druck,
der mit der Volumenänderung multipliziert
die Arbeit ergibt.
Erläutern Sie die Gleichung zur Ermittlung der indizierten Leistung aus dem p-V- Diagramm.
Leistung ist Arbeit pro Zeit.
Die Arbeit Ai wird aus dem
Hubvolumen VH mal dem indizierten Mitteldruck pmi
aus dem p, V-Diagramm errechnet.
Wie oft das p,V-Diagramm pro Zeit (t) durchlaufen wird, hängt von der Drehzahl des Motors (f), der Anzahl seiner Zylinder (z) und davon ab, ob es sich um einen 4- Takt oder 2 Taktmotor handelt **(Taktzahl i): **
Pi = Ai/t = pmi · Vh · z · f · i
Wie kann die innere Leistung eines realen Motors ermittelt werden?
Das reale p,V-Diagramm kann durch eine s.g. Indiziermessung direkt im Brennraum ermittelt werden.
Dazu wird ein sehr schnell reagierender Druckaufnehmer (Piezodruckaufnehmer) im Brennraum angebracht (große Schiffmaschinen besitzen dafür spezielle Anschlüsse im Zylinderkopf).
Über die Aufnahme der Kurbelwellenstellung wird der Hubverlauf aufgenommen.
Aus dem p-V- Diagramm kann die innere Arbeit des Motors und damit die innere Leistung errechnet werden.
Erläutern Sie den Begriff „Nutzleistung“. Wie wird die Nutzleistung eines Motors in der Realität ermittelt?
Die Nutzleistung Pe ist die Leistung, die ein Motor an seiner Kupplung (Schwungrad) abgibt.
Die Nutzleistung ergibt sich aus
Pe = M · ω = M · 2 π · f
Das abgegebene Moment M und die Drehzahl des Motors (f) können gemessen werden.
Wodurch unterscheiden sich die Nutzleistung Pe eines Motors von seiner inneren Leistung Pi?
Durch die Reibungsverluste im Motor
Wie ist der Gesamtwirkungsgrad von einem Dieselmotor definiert?
ηe ist das Verhältnis der vom Brennstoff zugeführten Energie zur Energie, die am Wellenflansch abgegeben werden kann
Wie hoch ist der Gesamtwirkungsgrad von modernen Dieselmotoren?
- 4-Takt bis zu 45%,
- 2 Takt bis zu 52%
