2009年6月25日 熱流体力学 第11回 担当教員：　北川輝彦.

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1 2009年6月25日 熱流体力学 第11回 担当教員：　北川輝彦

2 4.8　サイクルの熱効率 p C B A D v 任意のACBDの閉曲線で 囲まれたサイクルについて考える　⇒　p-v線図

3 4.8 サイクルの熱効率 4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ⇒ディーゼルサイクルの説明
4.8　サイクルの熱効率 4.8.2　サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ⇒ディーゼルサイクルの説明 3)冷凍機の成績係数

4 4.8 サイクルの熱効率 4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ディーゼルサイクルの説明
4.8　サイクルの熱効率 4.8.2　サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ディーゼルサイクルの説明 3)冷凍機の成績係数

5 4.8　サイクルの熱効率 ２)　オットーサイクル ガソリンエンジンに使用

6 4.8 サイクルの熱効率 オットーサイクル：以下の閉曲線で表され、 それぞれの行程における現象は… A→B：吸入 B→C：圧縮 C→D：爆発
4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクル：以下の閉曲線で表され、 それぞれの行程における現象は… A→B：吸入 B→C：圧縮 C→D：爆発 D→E：膨張 E→B：排気 B→A：排気 p D E Q1 爆発 正味仕事W Q2 C 排気 A B v

7 4.8　サイクルの熱効率 ２)　オットーサイクル ガソリンエンジンの図解 ヤンマー株式会社HPより

8 4.8 サイクルの熱効率 オットーサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 A→B：等圧膨張 B→C：断熱圧縮
4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 A→B：等圧膨張 B→C：断熱圧縮 C→D：等積加圧 D→E：断熱膨張 E→B：等積減圧 B→A：等圧圧縮 p D E Q1 爆発 正味仕事W Q2 C 排気 A B v

9 4.8 サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 ピストンの位置によってシリンダ内部の体積が変化 点B，E…体積最小 ⇒下死点
4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 ピストンの位置によってシリンダ内部の体積が変化 p D 点B，E…体積最小 ⇒下死点 (BDC: Bottom Dead Center) E C 点C，D…体積最大 ⇒上死点 (TDC: Top Dead Center) A B BDC TDC v

10 4.8 サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 ピストンの位置によってシリンダ内部の体積が変化 下死点と上死点間の容積比：
4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 ピストンの位置によってシリンダ内部の体積が変化 p D E 下死点と上死点間の容積比： 圧縮比ε (compression ratio) と定義 C A B ε = VB / VC = VE / VD BDC TDC v

11 4.8 サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 εκ-1 圧縮比ε，気体の比熱比κを用いて熱効率ηを定義 η = 1 -
4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 p 圧縮比ε，気体の比熱比κを用いて熱効率ηを定義 D E 1 η = 1 - εκ-1 C A B 実際のガソリン機関の熱効率は 0.30 < η < 0.45程度 BDC TDC v

12 4.8 サイクルの熱効率 ２) ディーゼルサイクル ディーゼルエンジンに使用 但し、 低速時：ディーゼルサイクル
4.8　サイクルの熱効率 ２)　ディーゼルサイクル ディーゼルエンジンに使用 但し、 低速時：ディーゼルサイクル 高速時：サバテサイクル(複合サイクル)

13 4.8 サイクルの熱効率 ディーゼルサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 A→B：吸入 B→C：圧縮 C→D：爆発
4.8　サイクルの熱効率 ディーゼルサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 A→B：吸入 B→C：圧縮 C→D：爆発 D→E：膨張 E→B：排気 B→A：排気 p C D 爆発 E 正味仕事W 排気 A B v

14 4.8　サイクルの熱効率 ２)　ディーゼルサイクル (サバテサイクル) ディーゼルエンジンに使用 ヤンマー株式会社HPより

15 4.8 サイクルの熱効率 ディーゼルサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 A→B：等圧膨張 B→C：断熱圧縮
4.8　サイクルの熱効率 ディーゼルサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 Q1 p C D 爆発 A→B：等圧膨張 B→C：断熱圧縮 C→D：等圧膨張 D→E：断熱膨張 E→B：等積減圧 B→A：等圧圧縮 E 正味仕事W Q2 排気 A B v

16 4.8 各サイクルの長所、短所 オットーサイクル(ガソリンエンジン)： 点火時の炎の伝播速度によりシリンダの直径(ボア)や長さに限界。
4.8　各サイクルの長所、短所 オットーサイクル(ガソリンエンジン)： 点火時の炎の伝播速度によりシリンダの直径(ボア)や長さに限界。 圧縮比が同じであれば熱効率が高い(低排気量に向く) ディーゼルサイクル： 圧縮する機構ができれば限界が無く、圧縮比を大きくできる。 構造が単純。 高強度、高剛性が求められる(重量増加)

17 4.8 サイクルの熱効率 4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ディーゼルサイクルの説明
4.8　サイクルの熱効率 4.8.2　サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ディーゼルサイクルの説明 3)冷凍機の成績係数

18 4.8 サイクルの熱効率 3)冷凍機の成績係数 冷凍機：低温側の熱量を化学反応などの仕事を用いて 汲み上げ、高温側に熱量を捨てるシステム
4.8　サイクルの熱効率 3)冷凍機の成績係数 冷凍機：低温側の熱量を化学反応などの仕事を用いて 汲み上げ、高温側に熱量を捨てるシステム 冷蔵庫など Q1 > Q2 T1 > T2 Q1 Q２ T1 T2

19 4.8 サイクルの熱効率 4.8.1 サイクルの熱効率の定義 Q1：外部から供給される全熱量(入熱) Q2：系から排出される全熱量(出熱)
4.8　サイクルの熱効率 4.8.1　サイクルの熱効率の定義 p p = f1(V) Q1 C B 正味仕事W p = f2(V) Q2 A D v Q1：外部から供給される全熱量(入熱) Q2：系から排出される全熱量(出熱) W：正味仕事(系に残留するエネルギ) とそれぞれ定義

20 4.8 サイクルの熱効率 4.8.2 3)冷凍機の成績係数 冷凍機では低温側の熱量Q2を汲み上げ、 高温側に熱量Q1を捨てる p
4.8　サイクルの熱効率 4.8.2　3)冷凍機の成績係数 p p = f1(V) Q1 C B 正味仕事W p = f2(V) Q2 A D v 冷凍機では低温側の熱量Q2を汲み上げ、 高温側に熱量Q1を捨てる

21 4.8 サイクルの熱効率 サイクルの成績係数(COP: coefficient of performance)の定義
4.8　サイクルの熱効率 サイクルの成績係数(COP: coefficient of performance)の定義 成績係数：COPは以下のように定義 COP = 低温側から汲み上げた熱量 サイクルに使用された仕事量 = Q2 / W = Q2 / (Q1 - Q2 )

22 4.8 サイクルの熱効率 サイクルの成績係数(COP: coefficient of performance)の定義
4.8　サイクルの熱効率 サイクルの成績係数(COP: coefficient of performance)の定義 成績係数：COPは以下のように定義 COP = 低温側から汲み上げた熱量 サイクルに使用された仕事量 = Q2 / W = Q2 / (Q1 - Q2 ) 但し、高温側ABから低温側にQ1を生成することを目的とした熱ポンプは分子にQ2ではなくQ1を用いることに注意。