عبد العزيز: /* مراجع */

2023-06-18T08:01:03Z

مراجع

صفحة جديدة

{{لا مصدر|تاريخ=يناير 2022}}
'''دورة ديزل''' في [[فيزياء|الفيزياء]] و[[هندسة الميكانيك|الهندسة الميكانيكية]] (بالإنجليزية: Diesel cycle) هي دورة ترموديناميكية تمثل عمل [[محرك ديزل]] والتي قام بصياغتها المهندس الأماني [[رودولف ديزل]]. ويتميز محرك الديزل بأن ضغط الغاز فيه يقرب من ضغط غاز الوقود في [[محرك بنزين]] وبذلك يصل إلى [[كفاءة حرارية]] أعلى. تسمى دورة ديزل أحيانا «دورة الضغط الثابت» طبقا لفكرة الضغط الثابت في حالته المثالية، حيث يجري إمداد المحرك بالحرارة عند بقاء الضغط ثابتا في عملية ترموديناميكية تسمى [[عملية متساوية الضغط]]. وتختلف [[دورة أوتو]] عن دورة ديزل المثالية، حيث يجري إمدادها بالحرارة في حجم ثابت.

== وصفها ==

بغرض تفادي ضغطا عاليا عند الاحتراق في [[درجة حرارة]] عالية وضغوط عالية، يضبط زمن حقن الوقود بحيث يتم خلال الجزء الأول لمرحلة التمدد. ويتم الاحتراق تحت ضغط ثابت، ولذلك يعتبر الإمداد بالحرارة [[عملية متساوية الضغط]]. تتم دورة ديزل في أربعة أشواط، وهي:
* كبس خلال [[عملية متساوية الاعتلاج|عملية متساوية الإنتروبية]](1 ← 2)
* إمداد بالحرارة في [[عملية متساوية الضغط]] (2 ← 3)
* التمدد خلال [[عملية متساوية الاعتلاج|عملية متساوية الإنتروبية]] (3 ← 4)
* طرد الحرارة في [[عملية متساوية الحجم]] (4 ← 1)

{| border="0" style="border-collapse:collapse" cellpadding="2"
!colspan="2"| مخططات الحالة والبيانات لمثال حسابي
|-
|[[ملف:Diesel-Prozess im p-v-Diagram.jpg|تصغير|420px|[[مخطط الضغط والحجم]] لدورة ديزل (المنحنيات المنقطة تمثل عمليات متساوية الإنتروبية)]]
|[[ملف:Dieselprozess im T-s-Diagramm.jpg|تصغير|318px|[[مخطط درجة الحرارة والإنتروبي]] (المنحنيات المنقطة تمثل عمليات متساوية الضغط)]]
|}
وتعطينا المساحة المحصورة داخل الخطوط (1 ← 2 ← 3 ←4) العمل النوعي المكتسب من الدورة.

وتمثل المراحل الأتية أشواط [[محرك رباعي الأشواط]]:
# العملية 0 ← 1 : سحب غاز الوقود
# العملية 1 ← 2 : كبس غاز الوقود
# العمليتان 2 ← 3 ← 4 : الشغل (أشعال وتمدد)
# العمليتان 4 ← 1 ← 0 : طرد الغاز المحترق.

في مخطط الضغط والحجم المذكور هنا للحالة المثالية توجد النقطة 0 (وهي غير مرسومة) على يسار النقطة 1 وأسفل النقطة 2، وهي تمثل النقطة الميتة العليا عند الضغط الجوي. أما في حالة [[محرك شوطين|محرك ثنائي الأشواط]] تتطابق الأشواط مع بعضها البعض، ولا توجد النقطة 0.

== كفاءة محرك الديزل ==
[[ملف:Diesel-Prozess - Datentabelle.jpg|تصغير|400px|بيانات الأشواط لدورة ديزل.]]

تعتمد كفاءة دورة ديزل على ثلاثة عوامل:

نسبة الكبس <math> \varepsilon = \frac{V_1}{V_2}</math>

ونسبة الحجمين بعد الاشتعال الكامل وقبله <math> \varphi = \frac{V_3}{V_2}</math>

و[[نسبة السعة الحرارية|معامل ثبات الاعتلاج]] <math>\kappa=\frac{C_p}{C_V}.</math>.

نقرأ في الجدول مقدار الحرارة التي زودناها للنظام، ونفترض الهواء كالغاز المستخدم وبأنه [[غاز مثالي]].
نحصل على:
:::<math>\begin{align}\mathrm{d}Q_{23}=C\mathrm{d}T\Rightarrow Q_{23}&=C_p(T_3-T_2)\\ &=\frac{C_p}{Nk}(p_3V_3-p_2V_2)\\
&=\frac{C_p}{Nk}p_2V_2(\frac{p_3}{p_2}\frac{V_3}{V_2}-1)\end{align} </math>

::: ونظرا لكون:

::: <math>\begin{align}p_2=p_3\end{align}</math>
::::::::::<math>\begin{align} =\frac{C_p}{Nk}p_2V_2(\varphi-1)=Q_{zu}.\end{align}</math>

بالمثل نعين من الجدول الحرارة المطرودة:

:::<math>\begin{align}\mathrm{d}Q_{41}=C\mathrm{d}T\Rightarrow Q_{41}&=C_V(T_1-T_4)\\ &=\frac{C_V}{Nk}(p_1V_1-p_4V_4)\\
&=\frac{C_V}{Nk}V_1(p_1-p_4)=Q_{ab}.\end{align}</math>
ونحصل على كفاءة الدورة مع استخدام [[نسبة السعة الحرارية|معادلة ثبات الاعتلاج]] <math>pV^{\kappa}=\mathrm{const}</math>:
:::<math>\begin{align}\eta_{Diesel}&=1+\frac{Q_{ab}}{Q_{zu}}=1+\frac{\frac{C_V}{Nk}V_1(p_1-p_4)}{\frac{C_p}{Nk}p_2V_2(\varphi-1)}\\
&=1+\frac{\varepsilon}{\kappa\cdot(\varphi-1)}\left(\frac{p_1}{p_2}-\frac{p_4}{p_3}\right)\\
&=1-\frac{\varepsilon}{\kappa\cdot(\varphi-1)}\left[\left(\frac{V_3}{V_1}\right)^{\kappa}-\left(\frac{V_2}{V_1}\right)^{\kappa}\right]\\
&=1-\frac{\varepsilon}{\kappa\cdot(\varphi-1)}\left[\left(\frac{\varphi}{\varepsilon}\right)^{\kappa}-\left(\frac{1}{\varepsilon}\right)^{\kappa}\right]\\
&=1 - \frac{1}{\kappa\cdot\varepsilon^{\kappa-1}}\cdot{\frac{{\varphi^{\kappa}-1}}{\varphi-1}}
\end{align}</math>

أي أن:

::: <math> \eta_{th,Diesel} = {1 - \frac{1}{\kappa \cdot{\varepsilon^{\kappa-1}}}}\cdot{\frac{{\varphi^{\kappa}-1}}{\varphi-1}}.</math>

ويمثل الجزء الأول في المعادلة كفاءة عملية متساوية الحجم، والجزء الثاني يمثل معامل انخفاض الكفاءة في عملية متساوية الضغط.
* من الوجهة النظرية يكون كفاءة عملية متساوية الحجم أحسن منها في عملية متساوية الضغط !

وقد اعتبرنا الهواء كغاز مثالي لحساب الدورة الممثلة هنا وبأن [[سعة حرارية|سعته الحرارية]] ثابتة وكذلك بأن معامل ثبات الاعتلاج له ثابت <math> \kappa </math>. فينشأ عن اهمالنا للتفاعل الكيميائي (احتراق الوقود [[أكسجين|بالإكسجين]] فينتج [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] و[[بخار]] [[ماء]]) خطأ صغيرا حيث أن الهواء يتكون بنسبة 79% من [[نيتروجين|النتروجين]] وهو لا يتغير خلال العملية. كما أن خصائص الهواء لا تنطبق مع خصائص الغاز المثالي وخصوصا في الضغوط العالية (قارن [[معامل انضغاط|معامل الغاز الحقيقي]]). علاوة على ذلك نجد أن الحرارة النوعية للهواء تزداد بنسبة 39% عند [[درجة حرارة]] 2000 [[درجة حرارة مئوية|درجة مئوية]]. مجموع تلك التقريبات تخفض من قيمة الكفاءة النظرية لدور ديزل بقدر صغير. لهذا تشكل حساباتنا تقريبا للحقيقة.

== انظر أيضًا ==
* [[محرك بنزين]]
* [[دورة أوتو]]
* [[معامل انضغاط]]
* [[آلة كظومة]]
* [[شغل (ديناميكا حرارية)|عمل (ترموديناميك)]]
* [[ديناميكا حرارية]]
* [[دالة حالة|دالة الحالة]]
* [[شمعة توهج]]
* [[ستة درجات حرية]]
* [[طاقة حرارية]]
* [[محرك ذو أسطوانة واحدة]]
* [[المعادلة الثيرموديناميكية الأساسية|معادلة جيبس الأساسية]]
* [[دورة ميلر]]

{{دورات ديناميكية حرارية|state=uncollapsed}}
{{شريط بوابات|الفيزياء}}
{{تصنيف كومنز}}

[[تصنيف:خواص دينامية حرارية]]
[[تصنيف:دورات ديناميكية حرارية]]
[[تصنيف:مفاهيم فيزيائية]]
[[تصنيف:هندسة الميكانيك]]

دورة ديزل - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: /* مراجع */