Engineering
Паровая машина (механизм)
Откройте дроссель горизонтальной машины на воздухе 6 бар и смотрите, как золотник опережает поршень: перекрытие и угол опережения эксцентрика подобраны так, что паровое окно приоткрывается на линейное опережение в мёртвой точке и закрывается при выбранной отсечке — точно acos(1 − 2c) угла кривошипа. Укоротите отсечку — воздух расширяется в цилиндре, меньше воздуха на джоуль работы, но меньше работы за цикл; нагружайте тормоз, пока среднее индикаторное давление его не вынесет и машина не станет; поставьте кривошип в мёртвую точку — она не тронется. Подведённая энтальпия сводится с выпуском, стенкой, энергией газа и индикаторной работой, а индикаторная работа — с маховиком, трением и тормозом.
Что происходит
Горизонтальная заводская машина с цилиндром 100 мм и ходом 150 мм работает на воздухе 6 бар, чтобы фазы распределения были видны без конденсации. Коробчатый золотник на эксцентрике с радиусом 20 мм впускает воздух в каждую полость двойного цилиндра и выпускает из другой; его перекрытие и угол опережения находятся бисекцией так, чтобы окно открылось на опережение 1 мм в мёртвой точке и закрылось при выбранной отсечке. У каждой полости сжимаемый поток через окна в обе стороны и теплообмен со стенкой; маховик 3,2 кг·м² проносит кривошип через мёртвые точки против трения и тормоза. RK4 с шагом 20 мкс; подведённая энтальпия сходится с выпуском, стенкой, энергией газа и индикаторной работой, а индикаторная работа — с маховиком, трением и тормозом, оба до округления.
Что попробовать
Прочитайте угол отсечки против acos(1 − 2c); укоротите отсечку и сравните работу за цикл и воздух на джоуль; нагружайте тормоз до остановки; пустите из мёртвой точки — не тронется.
Модель и её ограничения
Воздух как идеальный газ вместо пара, сосредоточенная температура стенки, золотник без утечек и геометрии тяги, без конденсации и вредных объёмов сверх фиксированной доли. Индикаторные величины — этой воздушной машины.
Уравнения модуля
Уравнения x_v = e·cos(θ − δ), cos δ = (l + L)/e, θ_c = acos(1 − 2c) A_s = w·max(0, x_v − l), A_e = w·max(0, −x_v) J·dω/dt = (p_h − p_c)·A·dx/dθ − T_f·sgn ω − T_b·sgn ω − c·ω MEP = W_cycle/(2V_s), H_in = ΔU + W_i + H_out + Q_wall
