奧圖循環

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奧圖循環的PV圖,Y軸表示壓力,X軸表示體積

奧圖循環(Otto cycle)是理想的熱力學循環,用來描述標準用火星塞點火往复式发动机[1],是汽車引擎中最常見的熱力學循環。

奧圖循環是描述固定質量的氣體在壓力、溫度、體積變化、加入熱量及移除熱量下,其狀態的變化。有上述變化的固定質量氣體稱為系統。此處的系統定義為在汽缸內的氣體。奧圖循環是描述系統內發生的變化,也描述系統對環境的影響。以奧圖循環的例子而言,系統對環境的影響是可以產生足夠的功,可以推動車輛及上面的乘客前進。

奧圖循環包括:

PV圖的最上方及最下方:一對近似平行的等熵过程(無摩擦力、绝热过程
PV圖的左邊及右邊:一對平行的等容过程

其中等熵的壓縮及膨脹過程,表示其中沒有能量損耗,在過程中也沒有熱會進入系統或是離開系統。因此當時的活塞及气缸被視为是不能傳熱的。在上方的等熵膨脹過程中,系統對外界作功,在下方的等熵壓縮過程中,外界對系統作功,熱是在左邊的加壓過程中進入系統,有些熱在右邊的減壓過程中流出系統。計算後即可得到系統所作的功。

奧圖循環的行程為[2][3]

  • 行程0–1為空氣注入在定壓下的活塞/汽缸內。
  • 行程1–2為空氣絕熱(等熵)壓縮,活塞從下止点(BDC)移動到上止點(TDC)。
  • 行程2–3為定容的熱轉換,由外部熱源轉換到工作氣體中,此時活塞在上止点。此行程是用來表示燃料-空氣混合氣點燃和隨後的快速燃燒
  • 行程3–4空氣絕熱(等熵)膨脹(動力衝程)
  • 行程4–1完成了循環,此行程為定容行程,活塞在下止点,熱被排到空氣中。
  • 行程1–0是空氣在定壓下排到大氣中。

奧圖循環包括等熵壓縮、定容下加入熱能、等熵膨脹、定容下熱排到外部。在四行程的奧圖循環中,若考慮技術細節,其實會多二個行程,一個是在定壓下將废热及燃燒後的氣體排到大氣中,另一個則是注入冷的,富含氧氣的空氣到汽缸內。不過在簡化的分析中常會省略這二個行程。這兩個行程在實際引擎的運作中是非常重要的,和傳熱以及燃燒化學的細節有關。在簡化的分析中,會假設單一行程的體積變化時將廢熱完全排出。

參考資料[编辑]

  1. ^ Wu, Chih. Thermodynamic Cycles: Computer-aided Design and Optimization. New York: M. Dekker, 2004. Print.
  2. ^ Moran, Michael J., and Howard N. Shapiro. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. 6th ed. Hoboken, N.J. : Chichester: Wiley ; John Wiley, 2008. Print.
  3. ^ Gupta, H. N. Fundamentals of Internal Combustion. New Delhi: Prentice-Hall, 2006. Print.