İdeal Otto çevriminin teorik analizi

Abstract

Bu çalışmada, hava ile çalışan ideal Otto çevrimin termodinamik analizi üç farklı durum için teorik olarak yapılmıştır. Buna göre, (i) iş akışkanı olarak özgül ısıları oda sıcaklığında sabit hava, (ii) özgül ısıları sıcaklığa göre değişen hava ve (iii) farklı hava-yakıt karışım oranları durumları için termodinamiğin birinci kanunu uygulanarak teorik olarak çözülmüştür. Motor devrine bağlı olarak silindir içindeki basınç ve sıcaklık ile oluşan maksimum basınç ve sıcaklık değişimleri krank açısına göre hesaplanmıştır. Buna bağlı olarak çevrimin indike gücü, indike ortalama efektif basıncı, ısıl verimi parametrelerine göre hesaplanarak grafikler halinde sunulmuştur. Çalışmada, motor devri 1000? n ?5000, ateşleme avansı -25°??s?0°, sıkıştırma oranı 7.3 ? r ? 10.3 ve sadece hava-yakıt karışımı için denklik oranı 0.8???1.2 aralıklarında alınarak motor performansının değişimi araştırılmıştır.Yapılan teorik hesaplamalar sonucunda, silindir içinde meydana gelen maksimum sıcaklık, basınç, çevrimin indike gücü ve ısıl verimi sırasıyla 3010 K, 83.32 bar, 17.86 kW ve %30 olarak motor devri 5000 min-1, sıkıştırma oranı 10.3, ateşleme avansı -25° ve özgül ısıların oda sıcaklığında sabit olarak kabul edildiği durum için bulunmuştur. Silindir içinde meydana gelen maksimum basınç, sıcaklık, çevrimin indike gücü ve ısıl verimi motor devri, sıkıştırma oranı azaldıkça ve ateşleme avansı üst ölü noktaya yaklaştıkça azalmaktadır. Maksimum basınç ve sıcaklık değerlerinin en küçük olduğu durum ise hava-yakıt karışımının kullanıldığı hesaplamalar sonucunda ortaya çıkmıştır. Sadece hava-yakıt karışımı göz önüne alındığında denklik oranının 0.8 değeri için yani fakir karışım için silindir içinde meydana gelen maksimum basınç ve sıcaklık değeri en yüksek olmaktadır. Sonuç olarak, özellikle yüksek motor hızlarında iş akışkanı olarak hava yerine hava-yakıt karışımı alınarak yapılan çevrim analizinin daha gerçekçi olduğu ifade edilebilir.

In this study, thermodynamic analysis of air-standard Otto cycle was investigated theoretically for three different states. It is solved for the following states, (i) air as the working fluid with a constant specific heats at room temperature, (ii) air as the working fluid with a variable temperature specific heats and (iii) the air-fuel mixtures ratios by applying the first law of thermodynamic. The variation of temperature and pressure in the cylinder, occurred maximum pressure and temperature depend on engine speed were calculated according to the crank angle. The wide range of engine parameters were studied, such as the cycle indicated power, the indicated mean effective pressure and cycle thermal efficiency. The engine performance was investigated in the ranges of engine speed 1000? n ?5000, the crank angle at start of heat release (advanced ignition) -25°??s?0°, compression ratio 7.3 ? r ? 10.3 and the air-fuel equivalence ratio 0.8???1.2 for only state of air-fuel mixture.As a result of this theoretical study, maximum temperature, pressure, cycle indicated power, and cycle thermal efficiency were about 3010 K, 83.32 bar, 17.86 kW and 30%, respectively, at 5000 rpm and advanced ignition of -25° and for the state of air as the working fluid with a constant specific heats at room temperature. The maximum pressure, temperature, cycle indicated power, and cycle thermal efficiency decrease while decreasing engine speed, compression ratio and closing the crank angle at start of the heat release to top dead center. For the state of air-fuel mixture, the values of maximum pressure and temperature were the highest for the equivalence ratio of 0.8, namely, lean mixture. As a result, it is more realistic to use gas mixture in cycle analysis instead of merely assuming air to be the working fluid especially at high engine speed.