涡轮增压器的物理原理(用于假人)

这些天有那么多汽车被增压。用宝琳不朽的话:请解释。 (对于啤酒园中的物理学,此报告的等级为“ P”,“ B”和“ G”。)

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该报告的灵感来自于JB007的一个问题:

 

“三十年前,我被告知涡轮的热量损失会导致它转动,从那时起,我一直试图绕开它。换句话说,热量损失会产生压力差,从而产生流动。它仍然使我的大脑弯曲。 这是如何运作的?” -JB007

 

我做了一个 关于小型涡轮增压器的最新报告>>。它们越来越普遍,我说过,涡轮从根本上讲是通过流动而不是热量来驱动的。这是100%正确的。

但是-很大-我可以说有点晦涩,声称您车中的一切都是由热量驱动的。甚至收音机。甚至发电机。它被称为内部“燃烧”引擎。燃烧驱动一切。

燃烧驱动一切-但至少可以说不是直接驱动热量驱动涡轮增压器。涡轮增压器全都与能量转换有关

燃烧驱动一切-但至少可以说不是直接驱动热量驱动涡轮增压器。涡轮增压器全都与能量转换有关

燃烧

燃烧是驱动一切的过程。燃料具有大量的存储能量。燃烧副产物(二氧化碳和水)的能量存储量很低。

释放出两个存储的能量状态中的差异,并将其用于激励(并随后驱动交流发电机/无线电等)。

但是说热驱动活塞或涡轮增压器既钝又不公平。至少,它不是直接的。让我们来看一下。

燃烧产生的热量会影响燃烧室中的气体。它会增大压力,而活塞区域上方的压力会迫使活塞向下进入孔,通过连杆和曲轴从中获得机械功。

是热量为燃烧室中的气体提供能量。气体的高能态对活塞进行机械作用。那是有道理的,对吧?

相信我-我们正在加速发展。

但是首先,巨大的损失...

由于效率甚至未达到100%,所有发动机都损失惨重

由于效率甚至未达到100%,所有发动机都损失惨重

如果将燃烧气体中的所有能量都转换成汽车的运动,那将真是太棒了。但事实并非如此。

您需要使用其中一些来克服发动机中的内部摩擦。您需要驱动交流发电机,水泵和油泵。没有它们,结局就不好。

而且您需要使用其中一些能量来压缩进气燃料-空气混合物,以准备在附近的气缸中“爆炸”。就是这样。这就是为什么即使在现代发动机中燃烧基本完成后,发动机中也不会有100%的能量转换的原因。

而且-这是一个很大的“和”-您只是将一些看似有用的能量从排气管中扔掉了。浪费的能量-至少其中一部分-用于驱动涡轮增压器。

如何真正发挥作用

与普遍的看法相反,活塞不会将废气排出气缸。它全靠自己。

吸,挤,撞和打击:我最喜欢的四件事。特别是砰砰的一声。燃油与空气的混合会“轰隆”-舱内的电荷会迅速充满能量。

废气基本上以三种方式存储能量:压力,热量和运动。

它迅速变热,压力上升,活塞被甩下。朝着行程的底部,在底部之前,排气门打开。此时,气体仍处于高能量状态,因此它会冲出排气门。

人们通常认为是活塞向上运动排出了废气,但这绝对是胡说八道。废气将自己扔出门。如果活塞向上运动将其泵出,则发动机将蒙受巨大的泵送损失,并且效率不高。

发动机不是泵。

因此,当排气离开气缸并进入排气歧管时,排气中仍有大量能量。您可以在照片中看到它(右下) 这是发动机在峰值功率下长时间运行的一种极端情况。标题是黄色的。您可以将热点分布在1000摄氏度。(我不会站得太近。

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废气使集管在进入涡轮的过程中呈黄热状态,但您可以看到出口处的温度明显降低...

废气使集管在进入涡轮的过程中呈黄热状态,但您可以看到出口处的温度明显降低...

涡轮& ENERGY

这些集管中气体内部的能量以热,压力和运动的形式存在。由于它相对于大气增压,因此正在寻找出路,唯一的出口标志是悬挂在涡轮增压器排气涡轮部分的入口上方。这就像一个泄压阀。

这里有很多过程。排气歧管内部的压力是由热量引起的-因为绝对温度和压力之间存在直接的线性关系。因此,发动机侧的压力较高,出口侧的压力较低。

因此,流程顺畅。 (因为气体从高压区域流向低压区域。)

气体有质量。废气主要是氮气,二氧化碳和蒸汽。他们都有质量。如果您有质量和流量,那么您就有了动能。因此,热量和压力由于其在涡轮机中的运动而转化为动能。

气体还具有粘性-这是一种奇特的说法,就是它不喜欢被推挤。或者至少它抵抗被推挤。因此,它在出门的途中撞击涡轮叶片,阻力转化为作用在叶片上的力,并使涡轮旋转,涡轮与轴的另一端连接到压缩机。

压缩机对进入发动机的空气进行增压​​,这基本上就是将原本会浪费在排气中的能量转换为进气流(以压力形式)的附加能量的机制。

气体中的能量(以压力,热量和运动的形式)在门外传递给涡轮增压器

气体中的能量(以压力,热量和运动的形式)在门外传递给涡轮增压器

加热器开着

有两点是这样的:一些人对我说涡轮增压器不是由热量驱动这一事实表示质疑。我支持这种说法-涡轮增压器由机械流驱动-动能和粘度。当然,流动的气体是由热量提供能量的,但是您不能通过热量来驱动涡轮机-您需要流动。

如果您想声称热量还在驱动交流发电机,那么是的-好的。我们完全在同一页面上。

有一个不方便但简单的事情,称为热力学第一定律,基本上涵盖了能量守恒。从本质上说,封闭系统中的功和能量之和在时域中是恒定的。

因此,如果您在涡轮增压器中的涡轮机周围放一个盒子,就会有能量进入(以高压热气的形式)。您会看到它很热,因为它在等待转弯时将标头加热到亮黄色。

能量以机械功的形式散发出来,使涡轮增压器旋转(涡轮和压缩机获取的旋转动能)。并且还以废气通过涡轮后留在废气中的形式存在。

不违反第一法

当然,涡轮增压器具有各种形状和尺寸-它们不仅仅适用于小型发动机...

当然,涡轮增压器具有各种形状和尺寸-它们不仅仅适用于小型发动机...

能量消耗必须等于能量消耗,否则您违反了第一法则,这是不允许的。因此,从涡轮机流出的能量等于途中的能量减去在涡轮机和压缩机上所做的功。

涡轮之后的废气总能量必须小于涡轮之前的总能量。

您可以在上方的热涡轮照片中看到确实如此,因为进路时几乎是白热的,出路时只是红热的。

绝对是在涡轮机输出侧较低的温度下(您可以看到),压力也较低(否则该方向上将没有流动)。

在所有其他条件相同的情况下,这是任何气体的能量状态的两个关键指标。

哑巴正确

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因此,您不必像这样思考:“温差(或热量损失)如何驱动涡轮增压器?”,而是这样想(冒着使它哑到甚至连政客都无法理解的危险):

您有高能气体进入涡轮。它以较低的能量输出,前后的能量状态之差是涡轮增压器返回给发动机的能量。

温度和压力差只是热力学拼图中的各个部分。

就在Zen的那一刻,我真的希望您不仅要欣赏令人难以置信的热力学魔术,还可以以一种优雅的方式将否则会浪费的能量传递回引擎。

辉煌工程

该涡轮增压器没有水冷却-一些现代化的设备却没有

该涡轮增压器没有水冷却-一些现代化的设备却没有

使涡轮增压器工作是一项不可思议的壮举。因为它是在极其恶劣的环境中运行的高速,高精度零件。根据权利, 他们应该每天每一分钟都炸毁。

如今,即使是小型发动机上的普通涡轮增压器也可以以150,000 rpm的转速旋转。

那是每秒2500转。每秒。 OMFG。 (较小的旋转速度可能快两倍。)

这是一个完整的大脑弯曲者。

涡轮在1000摄氏度时以这种令人难以置信的速度旋转-不会融化或破裂。那很聪明。它在由压力供油润滑的轴承中旋转,该轴承不能过热。有一个轴承与钻头之间的距离为1000度,仅几厘米。

有时在几厘米远处有一个水套-它正在对轴承环境进行繁重的温度调节。水不允许烧开。曾经因此,涡轮内部的温度梯度为850余度。

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结论

涡轮增压器太疯狂了。太疯狂了。疯狂的辉煌。 (这两件事。)它们太酷了,太酷了。

因此,对于所有在场的女士们,我建议您需要了解像这样的令人难以置信的性感铁杆工程,然后采取适当的步骤来选择一个伴侣以进行繁殖(甚至只是练习)...

从此以后,您必须停止偶像崇拜的人,他们可以踢球,接球,击球或扔球,然后开始专注于掌握了唯一真正重要的器官的人。

如果您仅从该报告中学到一件事,那就顺其自然。

讨价还价?这是 “不适合假人”版本>> 加上一份不错的报告 未来涡轮技术挑战>>

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