Tryck vs temperatur på avgaserna beroende på val av bränsle?

Diskussioner för erfaret folk
MagnumR
Lite mer laddtryck
Inlägg: 45
Blev medlem: tis jul 20, 2010 3:23 pm
Ort: Oskarshamn

Tryck vs temperatur på avgaserna beroende på val av bränsle?

Inlägg av MagnumR »

Jag sitter hemma från jobbet och är sjuk (feberfri nu men måste ju stanna hemma två dagar extra) och så börjar en massa tankar snurra runt i huvudet på en.

Ingen specifik motor eller så utan bara funderingar i största allmännhet.

Jag har suttit och googlat lite efter olika tabeller på temperatur vs tryck på vattenånga och koldioxid men inte hittat exakt det jag söker efter så jag tänkte att jag testar att fråga lite här där jag vet att det finns mycket expertis kring ämnet.

Jag funderar på det här med olika bränslen och vad de omvandlas till efter att de har lämnat förbränningsrummet.

Bensin, E85, etanol, metanol: alla innehåller dem grundämnena syre, väte och kol (bensin innehåller väl iofs en hel del annat också så som t.ex svavel och kväve fast det bortser jag ifrån för tillfället) andelarna av dessa tre grundämnen skiljer sig ju däremot åt beroende på bränsle. Vid förbränning i en motor tillför man luft (som innehåller 20,9vol% syre) och när avgasventilen öppnar så sipprar det ut en salig blandning av ämnen: framför allt vattenånga (H2O) och koldioxid (CO2) men även en del annat som t.ex CO, O, HC, NO etc.
De senare bortser vi ifrån eftersom att jag ser de som oönskade ämnen beroende på ofullständig förbränning.

Jag syftar alltså i första hand på vattenånga och koldioxid.
Beroende på vilket bränsle man kör på så borde ju alltså andelen av det ena i förhållande till det andra skilja sig.

Om man har en sluten burk fylld med vattenånga och trycket i burken är normalt atmosfärstryck (eller strax över) och temperaturen är 100°C (eller strax över) sedan så ökar man ångtemperaturen till 200°C så kommer trycket i burken att mångdubblas (det var de exakta siffrorna jag hade svårt att hitta). Avgaserna ut från en motor är gissar jag runt 850 -950°C och volymen på ångan borde här ha multiplicerats bra många gånger vid det här laget.

Sen tänker man samma sak med koldioxid så händer ju samma sak här, alltså att volymen på gaserna ökar med temperaturen med nån viss faktor.

Är det någon som sitter inne med dessa data?

Det jag tänker på är naturligtvis det som sen händer när avgaserna når avgasturbinen i turbon. Hur mycket effekt turbinen kan ge har ju egentligen inte att göra med hur mycket avgaser som den matas med utan snarare tryckfallet över turbinskovlarna.

Med andra ord så borde man kunna ha olika storlek på avgasturbin/turbinhus beroende på om man har mycket koldioxid eller mycket vattenånga i avgaserna för att på så sätt optimera spoolup?

Tankar funderingar?
Jag bortser alltså från övriga egenskaper olika typer av bränslen har i motorerna utan tänker bara på avgaserna.
Syftet med inlägget är egentligen bara att jag vill lära mig lite mer inget annat.
whilliam
Forumsberoende
Inlägg: 1695
Blev medlem: fre jul 31, 2015 11:30 pm
Ort: Joachim Whilliam Brandin. Björklinge

Re: Tryck vs temperatur på avgaserna beroende på val av brän

Inlägg av whilliam »

MagnumR skrev:
Det jag tänker på är naturligtvis det som sen händer när avgaserna når avgasturbinen i turbon. Hur mycket effekt turbinen kan ge har ju egentligen inte att göra med hur mycket avgaser som den matas med utan snarare tryckfallet över turbinskovlarna.
Tror du "biter dig själv i foten" en liten aning är du resonerar så här. Det är inte enbart tryckfallet och volymen som driver turbinen (du söker större volym för att få mer drivenergi) Även massan driver turbinen och den är konstant oavsett temperatur.

Vad du egentligen är ute efter, som jag ser det är att anpassa turbindelen efter bränslet och det behöver man inte räkna särskilt brutalt på, det räcker med den erfarenhet som finns och framförallt metanol men även etanol får igång turbon tidigare samtidigt som en och samma turbinstorlek räcker till högre effekt, Det är en massa samverkande faktorer som gör så att det blir såhär men en av dem liknar ditt tankemönster och det är att alkoholerna går att köra fetare blandning utan att tappa lika mycket effekt på motorn, den fetare blandningen ger mer massa i avgaserna.

Kontentan blir - skall du ha samma effekt i maskin så kan du ha betydligt mindre turbo med sprit och därmed snabbare spool.
MagnumR
Lite mer laddtryck
Inlägg: 45
Blev medlem: tis jul 20, 2010 3:23 pm
Ort: Oskarshamn

Re: Tryck vs temperatur på avgaserna beroende på val av brän

Inlägg av MagnumR »

Nja, det jag undrar över är egentligen mest
1. Vilka bränslen ger mest CO2 och vilka ger mest vattenånga.
2. Temperaturen på avgaserna beroende på val av bränsle.
3. Vilka gaser som går att tappa på mest energi genom tryckfallet över turbinen CO2 eller vattenånga?

Om vi har två olika exempel:
På första så är avgaserna som träffar turbinen 950° C och har 3 bars tryck, efter turbinen är trycket 2 bar och temperaturen 800° C.
I andra exemplet så är tryck och temperatur före turbinen samma men efter turbinen är trycket 0,5 bar och temperaturen 900° C.

Vilken turbin är effektivast?
Jag skulle vilja säga att exempel nummer två är det som kommer ge mest snurr på turbinen, frågan är bara är vattenånga eller CO2 den gas som är bäst på detta?

Om du påstår att alkohol (Metanol eller etanol) får snurr på turbinen snabbare än bensin så borde det innebära att vattenånga är bättre på att sätta snurr på turbinen än CO2 eftersom att jag i alla fall tror att avgaserna från alkoholbaserade bränslen genererar mer procentandel vatten än koldioxid jämfört med att bränna bensin.
whilliam
Forumsberoende
Inlägg: 1695
Blev medlem: fre jul 31, 2015 11:30 pm
Ort: Joachim Whilliam Brandin. Björklinge

Re: Tryck vs temperatur på avgaserna beroende på val av brän

Inlägg av whilliam »

Nu ställer du två frågor, svaret på den första är att det stämmer med ditt antagande men det visar bara att själva turbinen är effektivare inte vad det har farit för media igenom den. Dessutom kan inte trycket vara mer än drygt ett bar absolut efter turbinen för då är det en "propp" i avgassystemet.

Den andra frågan är enkelt att svara på och det kräver att man blandar in mediets massa (vilket du fortfarande bortser ifrån, trots att jag tipsat dig om att tänka på den biten också)
Har alltså gaserna samma volym så är CO2 effektivare eftersom den är tyngre (högre densitet)

Jag vet inte vart dina funderingar skall ta vägen och vad det är du vill utröna, är det enbart av akademisk betydelse eller ska du använda dig av kunskapen på nån motor?

Det är ju faktiskt så att motorn påverkas också av bränslet och den i sin tur påverkar i högsta grad hur turbon spoolar.

En sak som man är tvungen att blanda in är att sprit ger extra kylning på motorns inlopp och detta gör att den får högre fyllnadsgrad vilket i sin tur ger mer avgaser och därmed snabbare/tidigare spool. Allt sitter ihop in sorts cirkel så det blir inte så lätt att bara "bryta ut" en viss del och isolera den som en egen företeelse.
Här kommer även kompressorhjulet med i bilden eftersom motorn fylls bättre så hamnar man (oftast) i ett område på kompressormappen som har högre verkningsgrad och då blir det lättare att driva igång turbon.

Det du satt som rubrik på tråden går att svara på, så här: Bensin ger högre temperatur och även högre tryck, än sprit vid samma effektnivå. Ändå spoolar spriten turbon bättre och som jag skrev innan så beror det på massor av faktorer.
MagnumR
Lite mer laddtryck
Inlägg: 45
Blev medlem: tis jul 20, 2010 3:23 pm
Ort: Oskarshamn

Re: Tryck vs temperatur på avgaserna beroende på val av brän

Inlägg av MagnumR »

whilliam skrev:Dessutom kan inte trycket vara mer än drygt ett bar absolut efter turbinen för då är det en "propp" i avgassystemet.
Jo det förstår jag, det kanske var ett dåligt exempel och det är ju deffinitivt viktigt att avgassystemet är så öppet som möjligt efter turbinen och helst att avgaserna kyls av så snabbt som möjligt därefter för att få ned mottrycket ytterliggare.
whilliam skrev:Har alltså gaserna samma volym så är CO2 effektivare eftersom den är tyngre (högre densitet)
Densitet vid vilken temperatur?
Om t.ex CO2 har 50% högre densitet än vattenånga vid exempelvis 950° C men vid 800° C så har densiteten ökat med 300% för vattenångan men bara 100% för CO2 är verkligen CO2 bättre då?
Alltså, jag har absolut ingen aning finns det inte tabeller för densiteten på vattenånga respektive koldioxid för olika temperaturer t.ex från 100° C till 1000° C eller något sådant? Skulle vara intessant att titta på.
whilliam skrev:Jag vet inte vart dina funderingar skall ta vägen och vad det är du vill utröna, är det enbart av akademisk betydelse eller ska du använda dig av kunskapen på nån motor?
Jag håller på och experimenterar en del med bland annat Trionic 5 och Trionic 7 på mina gamla Saabar för att lära mig mer om överladdning men egentligen så är det nog mest av akademisk betydelse eftersom att jag tycker att det är lite kul att lära sig lite om fysiken som ligger bakom effektsiffrorna också. Jag arbetar på ett ställe där det förekommer både gasturbiner och ångturbiner så därför är man ju lite fascinerad av tekniken att få ut effekt genom gasexpansion också.
whilliam skrev:En sak som man är tvungen att blanda in är att sprit ger extra kylning på motorns inlopp och detta gör att den får högre fyllnadsgrad vilket i sin tur ger mer avgaser och därmed snabbare/tidigare spool.
Jo precis, ju mer vätska man "sprinklar" laddluften med ju bättre kyleffekt får man ju och som följd av detta får man högre densitet på luften som går in i cylindrarna. Egentligen skulle man sätta en extra bränslespridare redan direkt efter laddluftkylarens utlopp bara för att få så mycket kyleffekt som möjligt vid riktigt höga laddtryck.
whilliam skrev: Här kommer även kompressorhjulet med i bilden eftersom motorn fylls bättre så hamnar man (oftast) i ett område på kompressormappen som har högre verkningsgrad och då blir det lättare att driva igång turbon.
Jo absolut kompressormapparna är ju ett eget kapitel bara det, men det ämnet finns det ju betydligt mer information om att hitta på nätet så teorin bakom de bitarna ignorerade jag avsiktligt för tillfället.

whilliam skrev:Det du satt som rubrik på tråden går att svara på, så här: Bensin ger högre temperatur och även högre tryck, än sprit vid samma effektnivå. Ändå spoolar spriten turbon bättre och som jag skrev innan så beror det på massor av faktorer.
Okej, tack för informationen då :)
Skriv svar