लेनोइर साइकिल

लेनोइरगैस से चलनेवाला इंजन 1860

लेनोइर साइकिल एक आदर्श थर्मोडायनामिक साइकिल है जिसका उपयोग प्रायःपल्स जेट इंजन के मॉडल के लिए किया जाता है। यह 1860 में जीन जोसेफ एटिएन लेनोइर द्वारा पेटेंट किए गए इंजन के संचालन पर आधारित है। इस इंजन को प्रायः व्यावसायिक रूप से निर्मित पहला आंतरिक दहन इंजन माना जाता है। डिजाइन में किसी भी संपीड़न प्रक्रिया की अनुपस्थिति अधिक प्रसिद्ध ओटो साइकिल और डीजल साइकिल की तुलना में कम तापीय दक्षता की ओर ले जाती है।

साइकिल

साइकिल में आदर्श गैस से होकर गुजरती है

1-2: स्थिर आयतन (विक्त:आइसोकोरिक) ताप योग;

2-3: आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया विस्तार;

3-1: लगातार दबाव (आइसोबैरिक प्रक्रिया) ऊष्मा अस्वीकृति।

विस्तार प्रक्रिया आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया है और इसलिए इसमें कोई ऊष्मा संपर्क से सम्मिलित नहीं है। आइसोकोरिक तापन के दौरान ऊर्जा को ताप के रूप में अवशोषित किया जाता है और आइसेंट्रोपिक विस्तार के दौरान काम के रूप में खारिज कर दिया जाता है। आइसोबैरिक कूलिंग के दौरान अपशिष्ट ताप को खारिज कर दिया जाता है जो कुछ काम करता है।

लगातार आयतन ऊष्मा वृद्धि (1–2)

पारंपरिक लेनोइर साइकिल के आदर्श गैस संस्करण में, पहले चरण (1-2) में निरंतर मात्रा में ताप को सम्मिलित करना है। यह ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के लिए निम्नलिखित परिणाम देता है: ${}_{1}Q_{2}=mc_{v}\left({T_{2}-T_{1}}\right)$ प्रक्रिया के दौरान कोई काम नहीं होता है क्योंकि वॉल्यूम स्थिर रहता है: ${}_{1}W_{2}=\int _{1}^{2}{p\,dV}=0$ और आदर्श गैस के लिए स्थिर आयतन विशिष्ट ऊष्मा की परिभाषा से: $c_{v}={\frac {R}{\gamma -1}}$ जहाँ R आदर्श गैस स्थिरांक है और γ विशिष्ट ऊष्माओं का अनुपात है (लगभग 287 J/(kg·K) और क्रमशः वायु के लिए 1.4) है। ताप जोड़ने की क्रिया के बाद के दबाव की गणना आदर्श गैस नियम से की जा सकती है: $p_{2}v_{2}=RT_{2}$

आइसेंट्रोपिक विस्तार (2–3)

दूसरे चरण (2-3) में तरल पदार्थ का प्रतिवर्ती एडियाबेटिक विस्तार अपने मूल दबाव में वापस आता है। यह एक आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया के लिए निर्धारित किया जा सकता है कि ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का परिणाम निम्नलिखित है: ${\frac {T_{2}}{T_{3}}}=\left({\frac {p_{2}}{p_{3}}}\right)^{\textstyle {{\gamma -1} \over \gamma }}=\left({\frac {V_{3}}{V_{2}}}\right)^{\gamma -1}$जहाँ $p_{3}=p_{1}$ इस विशिष्ट साइकिल के लिए। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम इस विस्तार प्रक्रिया के लिए निम्नलिखित परिणाम देता है: ${}_{2}W_{3}=\int _{2}^{3}{p\,dV}$ क्योंकि एक रुद्धोष्म प्रक्रिया के लिए: ${}_{2}Q_{3}=0$

लगातार दबाव ताप अस्वीकृति (3-1)

अंतिम चरण (3-1) में निरंतर दबाव ताप अस्वीकृति सम्मिलित है जो मूल स्थिति में वापस आती है। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम से हम पाते हैं: ${}_{3}Q_{1}-{}_{3}W_{1}=U_{1}-U_{3}$.

कार्य की परिभाषा से: ${}_{3}W_{1}=\int _{3}^{1}{p\,dV}=p_{1}\left({V_{1}-V_{3}}\right)$, हम इस प्रक्रिया के दौरान खारिज की गई ताप के लिए निम्नलिखित की वसूली करते हैं: ${}_{3}Q_{1}=\left({U_{1}+p_{1}V_{1}}\right)-\left({U_{3}+p_{3}V_{3}}\right)=H_{1}-H_{3}$.

नतीजतन, हम निम्नानुसार खारिज ताप निर्धारित कर सकते हैं: ${}_{3}Q_{1}=mc_{p}\left({T_{1}-T_{3}}\right)$. आदर्श गैस के लिए, $c_{p}={\frac {\gamma R}{\gamma -1}}$.

दक्षता

विभिन्न संपीड़न अनुपातों पर ओटो साइकिल और लेनोइर साइकिल की क्षमता की तुलना करने वाला प्लॉट। जैसा कि ग्राफ में देखा गया है, दिए गए अनुपात के लिए ओटो साइकिल दक्षता हमेशा अधिक होती है।

साइकिल की समग्र दक्षता ताप इनपुट पर कुल कार्य द्वारा निर्धारित की जाती है, जो एक लेनोर साइकिल के बराबर होती है

$\eta _{\rm {th}}={\frac {{}_{2}W_{3}+{}_{3}W_{1}}{{}_{1}Q_{2}}}.$

ध्यान दें कि विस्तार प्रक्रिया के दौरान हम काम प्राप्त कर सकते हैं लेकिन ताप अस्वीकृति प्रक्रिया के दौरान कुछ खो देते हैं। वैकल्पिक रूप से, ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का उपयोग दक्षता को अवशोषित ऊष्मा और अस्वीकृत ऊष्मा के संदर्भ में करने के लिए किया जा सकता है,

$\eta _{\rm {th}}=1-{\frac {{}_{3}Q_{1}}{{}_{1}Q_{2}}}=1-\gamma \left({\frac {T_{3}-T_{1}}{T_{2}-T_{1}}}\right).$

इसका उपयोग करते हुए, आइसोबैरिक प्रक्रिया के लिए, T₃/T₁ = V₃/V₁, और रुद्धोष्म प्रक्रिया के लिए, T₂/T₃ = (V₃/V₁)^γ−1, दक्षता को संपीड़न अनुपात के संदर्भ में रखा जा सकता है,

$\eta _{\rm {th}}=1-\gamma \left({\frac {r-1}{r^{\gamma }-1}}\right),$

जहाँ r = V₃/V₁ होना परिभाषित किया गया है > 1. इसकी तुलना ओटो साइकिल की दक्षता से ग्राफिक रूप से की जा सकती है, यह देखा जा सकता है कि दिए गए संपीड़न अनुपात में ओटो साइकिल अधिक कुशल है। वैकल्पिक रूप से, प्रक्रिया 2-3 द्वारा दिए गए संबंध का उपयोग करके, दक्षता को के संदर्भ में रखा जा सकता है r_p = p₂/p₃, समग्र दबाव अनुपात ,

$\eta _{\rm {th}}=1-\gamma \left({\frac {r_{p}^{1/\gamma }-1}{r_{p}-1}}\right).$

साइकिल आरेख

लेनोइर साइकिल का पीवी आरेख

लेनोइर साइकिल का टीएस आरेख