Engineering
Воздушный компрессор
Запустите одноцилиндровый компрессор на десятилитровый ресивер и смотрите, как ползёт манометр: каждый ход всасывает воздух через впускную пластину, сжимает его горячим и проталкивает через нагнетательную, когда цилиндр пересилит бак. Масса за цикл убывает по мере наполнения бака, близко к формуле мёртвого объёма 1 − c ((p/p0)^(1/n) − 1); больший мёртвый объём подаёт меньше. При заданном давлении выключатель останавливает мотор, разгрузчик стравливает цилиндр и машина выбегает до остановки; откройте потребителя — бак установится там, где подача равна расходу. Работа мотора и энтальпия всасывания сводятся с внутренней энергией газа, теплом в стенку и комнату и отправленным воздухом.
Что происходит
Шунтовой мотор ремнём вращает компрессор с цилиндром 80 мм; кривошипно-ползунный механизм прометает цилиндр, впускная и нагнетательная пластины открываются линейно на 0,2 бар и пропускают сжимаемый поток по функции Сен-Венана, газ в цилиндре обменивается теплом со стенкой, а ресивер — с комнатой, потребитель стравливает ресивер через отверстие, реле давления останавливает мотор при заданном давлении, после чего разгрузчик стравливает цилиндр. RK4 с шагом 20 мкс по углу, скорости и двум массам и температурам газа, каждый расход, работа и тепло записываются на концах шага; подача за цикл читается против формулы мёртвого объёма.
Что попробовать
Смотрите, как наполняется ресивер и убывает подача за цикл; сравните её с формулой мёртвого объёма; дайте реле остановить мотор и разгрузчику стравить; затем откройте потребителя и найдите давление равновесия.
Модель и её ограничения
Идеальный газ с постоянными теплоёмкостями, пластинчатые клапаны без массы и отскока, сосредоточенная температура стенки, без масла и утечек через кольца, прямая характеристика мотора. КПД — этой идеализированной машины.
Уравнения модуля
Уравнения V(θ) = c·V_s + A·(2r − x(θ)), G = A·p_u·Ψ(p_d/p_u)/√(R·T_u) c_v·m·dT/dt = c_p·T_in·G_in − c_p·T·G_out − p·dV/dt + h·(T_w − T) − c_v·T·dm/dt J·dω/dt = T_s·(1 − ω/ω_0) + (p − p_0)·dV/dθ − T_f − c·ω η_v = 1 − c·((p_r/p_0)^(1/n) − 1)
