Наддув двс

Наддув двигателя внутреннего сгорания

Наддув применительно к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) - это способ увеличение количества подаваемой в цилиндры горючей смеси посредством повышения давления воздуха на впуске. Таким образом, наддув - это один из способов форсирования двигателя.

В автомобилестроении наддув начали использовать, когда конструкторы определили важнейшее направление развития автомобильных двигателей - достижение высокой удельной мощности при возможно меньших габаритах силовой установки.

    Мощность ДВС прямо пропорциональна количеству смеси воздуха и топлива, которая попадает в его цилиндры. Можно повысить мощность двигателя, не увеличивая его размеры, оснастив его наддувом. Использование наддува позволяет кардинально увеличить мощность двигателя. Например, без особых ухищрений использование наддува позволяет получить прибавку мощности в 25 %, а с оснащением интеркулером ее можно даже удвоить. При этом другие методы (повышение степени сжатия, доработка головки блока для увеличения продувки и объема воздуха в цилиндрах) обеспечивают возможность поднять мощность только на 10-20%.

    Для осуществления наддува двигатель необходимо оснастить компрессором. В ДВС в системе наддува применяют различные типы этих устройств. На сегодняшний день существуют, как минимум, три типа нагнетателей:

    1. Механический компрессор.

    2. Турбонагнетатель, работающий от выхлопных газов.

    3. Электрический, за которым, по мнению специалистов, будущее.

    Компрессор с механическим приводом

    Первыми нагнетателями, которые появились на автомобильном двигателе, были механические нагнетатели типа «Рутс» («Roots»).

 

    Затем, в 1885 г. известный изобретатель Готтлиб Даймлер запатентовал нагнетатель, который работал по принципу устройства братьев Рутс. В 1902 г. француз Луис Рено патентует центробежный компрессор.

    Устройство механического компрессора довольно простое. К двигателю автомобиля посредством ременной передачи подсоединяют компрессор. Вращение на него передается от коленчатого вала. Предельная частота вращения такого агрегата - 18 - 20 тыс. об. в минуту.

    Конструктивно механические нагнетатели бывают двух типов:

    - винтовые; 

    - центробежные.

    Центробежные нагнетатели с механическим приводом пользуются спросом как элемент тюнинга.

 

 

    Автор идеи винтового компрессора - немец Кригар. Именно он в конце XIX века предложил использовать устройства подобного рода. А приоритет по изготовлению в 1936 г. первого винтового нагнетателя принадлежит шведскому инженеру Альфу Лисхольму. На сегодня компрессоры Лисхольм - самый совершенный и эффективный тип нагнетателя.

 

 

    Преимущества механических компрессоров:

    - надежность и простота конструкции;

    - практически не ограниченный ресурс;

    - требует минимум ухода;

    - отсутствие "турбоямы";

    - увеличение мощности на 5 - 10 %;

    - при работе нет высокого нагрева.

 

    Недостатки:

    - низкая производительность;

    - большие габариты;

    - шумность работы.

 

    В настоящее время механические компрессоры применяются крайне редко и  считаются устаревшей конструкцией.

 

    Информация. Турбояма (турболаг) – недостаток функционирования турбированного двигателя в связи с инерционностью турбокомпрессора. На практике выражается в задержке увеличения мощности при необходимости ускорения автомобиля (например, при обгоне). Т. е. при резком нажатии на педаль газа ускорение автомобиля происходит с некоторой задержкой.

 

    Классика жанра, или турбокомпрессор

 

    В настоящее время - самый широко применяемый тип компрессора. Работает на отработавших газах ДВС.

 

  

 

    Первым описал и запатентовал в 1911 году принцип работы турбокомпрессора, использующего энергию выхлопных газов, изобретатель из Швейцарии Альфред Бюхи.

 

    Производительность устройства поражает воображение. Частота вращения вала может достигать 200 тыс. об. в минуту.

    Принцип работы очень прост. Отработавшие газы под давлением подаются на крыльчатку турбины и раскручивают ее. На одном валу с турбиной вращается компрессорное колесо, которое и нагнетает воздух в цилиндры двигателя.

 

    Основных проблем такого устройства - две.

 

    Первая связана с высокими температурами, которые серьезно ограничивают ресурс агрегата.

 

    Вторая - поскольку подшипники вала требуют смазывания моторным маслом, это влечет за собой его расход.

 

    Преимущества:

    - высокая производительность;

    - отсутствует соединение с двигателем;

    - в связи с широким распространением таких компрессоров хорошее обеспечение запчастями.

 

    Недостатки:

    - относительно малый ресурс;

    - жесткий температурный режим;

    - расход масла на угар;

    - высокие требования к качеству топлива и масла:

    - наличие эффекта "турбоямы".

 

    То есть главное преимущество турбокомпрессора - высокая производительность сопровождается рядом проблем, которые, впрочем, крупные концерны научились решать.

 

    Пример: турбокомпрессор JP Group (Дания) 4317400100, OE 7701472228 Рено Трафик II / Опель Виваро 03.01- для 1.9 dCi.

   

 

 

    Электронагнетатель

 

    Устройство такого типа еще называют электротурбиной.

 

 

    Это самая новая и перспективная разработка конструкторов. Самые известные автопроизводители (Мерседес-Бенц, БМВ и Фольксваген) уже заявили, что буквально через несколько лет на их авто будут устанавливаться исключительно электротурбины!

 

    В чем же феномен этой конструкции? Она удачно соединила в себе преимущества нагнетателей первого и второго вида. То есть это компрессор, но он демонстрирует очень высокую производительность.

 

    Принцип работы

 

    Электротурбина представляет собой мощный электродвигатель, работающий с частотой вращения не менее 200 – 300 тыс. об. в минуту, соединенный с турбиной.

    Такой компрессор не зависит ни от коленвала, ни от выхлопных газов. Ресурс электрического двигателя неисчерпаем.

 

    На сегодняшний день остается один существенный недостаток - такой компрессор потребляет слишком много электричества. Штатный электрогенератор с такой нагрузкой не справляется. Пока вопрос остается открытым, но решение не за горами.

 

    Преимущества электротурбины:

    - высокая производительность;

    - простота установки, не требуется устройства привода или подвода отработавших газов;

    - удобство монтажа, может располагаться в любом месте в моторном отсеке;

    - отсутствие "турбоямы";

    - высокие ресурсные показатели;

    - дешевизна изготовления.

 

    Недостатки:

    - высокое энергопотребление.

 

    Специалисты считают, что будущее именно за электро турбинами.

    Практическое применение электро турбины - система электронаддува «Controlled Power Technologies», совмещающая в одном устройстве электро- и турбонагнетатель.

 

 

Системы наддува двигателя

С момента появления двигателя внутреннего сгорания перед конструкторами появилась задача повышения его мощности. А это возможно только одним путем – увеличением количества сгораемого топлива.

Способы повышения мощности двигателя

Для решения этой проблемы использовалось два метода, один из которых – повышение объема камер сгорания. Но в условиях постоянно ужесточающийся экологических требований к силовым агрегатам автомобилей этот метод повышения мощности сейчас практически не используется, хотя раннее он был приоритетным.

Второй метод повышения мощности сводится к принудительному увеличению количества горючей смеси. В результате этого даже на малообъемных силовых установках удается существенно повысить эксплуатационные показатели.

Если с увеличением количества подаваемого в цилиндры топлива проблем не возникает (система его подачи легко регулируется под требуемые условия), то с воздухом не все так просто. Силовая установка самостоятельно его закачивает за счет разрежения в цилиндрах и повлиять на объем закачки невозможно. А поскольку для максимально эффективного сгорания в цилиндрах должна создаваться топливовоздушная смесь с определенным соотношением, то увеличение только одного количества топлива никакого прироста мощности не дает, а наоборот – повышается расход, а мощность падает.

Выходом из ситуации является принудительная накачка воздуха в цилиндры, так называемый наддув двигателя. Отметим, что первые устройства, нагнетающие воздух в камеры сгорания, появились практически с момента появления самого двигателя внутреннего сгорания, но долгое время их на автотранспорте не использовали. Зато наддувы достаточно широко использовались в авиации и на кораблях.

Виды по способу создания давления

Наддув двигателя – задумка теоретически простая. Суть ее сводится к тому, что принудительная закачка позволяет существенно увеличить количество воздуха в цилиндрах по сравнению с объемом, который засасывает сам мотор, соответственно, и топлива подать можно больше. В результате удается повысить мощность силовой установки без изменения объема камер сгорания

Но это в теории все просто, на практике же возникает множество трудностей. Основная проблема сводится к определению, какая конструкция наддува является самой эффективной и надежной.

В целом разработано три типа нагнетателей, различающихся по способу нагнетания воздуха:

1. Roots
2. Lysholm (механический нагнетатель)
3. Центробежный (турбина)

Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, достоинства и недостатки.

Roots

Нагнетатель типа Roots изначально был представлен в виде обычного шестеренчатого насоса (что-то схожее с масляным насосом), но со временем конструкция этого наддува сильно изменилась. В современном нагнетателе Roots шестеренки заменены на два ротора, вращающихся разнонаправлено, и установленных в корпусе. Вместо зубьев на роторах сделаны лопастные кулачки, которыми происходит зацепление роторов между собой.

Главной особенностью наддува Roots является способ нагнетания. Давление воздуха создается не в корпусе, а на выходе из него. По сути, лопасти роторов просто захватывают воздух и выталкивают его в выходной канал, ведущий к впускному коллектору.

Устройство и работа нагнетателя Roots

Но у такого нагнетателя есть несколько существенных недостатков – создаваемое им давление ограничено, при этом еще присутствует пульсация воздуха. Но если второй недостаток конструкторы смогли преодолеть (путем придания роторам и выходным каналам особой формы), то проблема ограничения создаваемого давления более серьезна – либо приходится увеличивать скорость вращения роторов, что негативно сказывается на ресурсе нагнетателя, либо создавать несколько ступеней нагнетания, из-за чего устройство становится очень сложным по конструкции.

Lysholm

Наддув двигателя типа Lysholm конструктивно схож с Roots, но у него вместо роторов используются спиралевидные шнеки (как в мясорубке). В такой конструкции создание давления происходит уже в самом нагнетателе, а не на выходе. Суть проста – воздух захватывается шнеками, сжимается в процессе транспортировки шнеками от входного канала на выходной и затем выталкивается. За счет спиралевидной формы процесс подачи воздуха идет непрерывно, поэтому никакой пульсации нет. Такой нагнетатель обеспечивает создание большего давления, чем конструкция Roots, работает бесшумно и на всех режимах мотора.

Нагнетатель типа Lysholm, другое название — винтовой.

Основным недостатком этого наддува является высокая стоимость изготовления.

Центробежный тип

Центробежные нагнетатели – самый сейчас распространенный тип устройства. Он конструктивно проще, чем первые два типа, поскольку рабочий элемент у него один – компрессионное колесо (обычная крыльчатка). Установленная в корпусе эта крыльчатка захватывает воздух входного канала и выталкивает его в выходной.

Центробежный нагнетатель с газотурбинным приводом

Особенность работы этого нагнетателя сводится к тому, что для создания требуемого давления необходимо, чтобы турбинное колесо вращалось с очень большой скоростью. А это в свою очередь сказывается на ресурсе.

Типы привода, их достоинства и недостатки

Вторая проблема – привод нагнетателя, а он может быть:

1. Механическим
2. Газотурбинным
3. Электрическим

В механическом приводе в действие нагнетатель приводится от коленчатого вала посредством ременной, реже – цепной, передачи. Такой тип привода хорош тем, что наддув начинает работать сразу после запуска силовой установки.

Но у него есть существенный недостаток – этот тип привода «забирает» часть мощности мотора. В результате получается замкнутый круг – нагнетатель повышает мощность, но сразу же ее и отбирает. Использоваться механический привод может со всеми типами наддувов.

Газотурбинный привод сейчас пока является самым оптимальным. В нем нагнетатель приводится в действие за счет энергии сгоревших газов. Этот тип привода используется только с центробежным наддувом. Нагнетатель с таким типом привода получил название турбонаддува.

Чтобы использовать энергию отработанных газов конструкторы, по сути, просто взяли два центробежных нагнетателя и соединили их крыльчатки одной осью. Далее один нагнетатель подсоединили к выпускному коллектору. Выхлопные газы, на выходе из цилиндров двигаются с высокой скоростью, попадают в нагнетатель и раскручивают крыльчатку (она получила название турбинное колесо). А поскольку она соединена с крыльчаткой (компрессорным колесом) второго нагнетателя, то он начинает выполнять требуемую задачу – нагнетать воздух.

Турбонаддув хорош тем, что не оказывает влияние на мощность двигателя. Но у него есть недостаток, причем существенный – на малых оборотах двигателя он из-за небольшого количества выхлопных газов не способен эффективно нагнетать воздух, он эффективен только на высоких оборотах. К тому же в турбонаддуве присутствует такой эффект как «турбояма».

Суть этого эффекта сводится к тому, что турбонаддув не обеспечивает мгновенную реакцию на действия водителя. При резком изменении режима работы двигателя, к примеру, при разгоне, на первом этапе энергии выхлопных газов недостаточно, чтобы наддув закачал требуемое количество воздуха, нужно время, чтобы в цилиндрах прошли процессы и повысилось количество отработанных газов. В результате при резком нажатии на педаль, машина «тупит» и не разгоняется, но как только наддув наберет обороты, авто начинает активно ускоряться – «выстреливает».

Есть и еще один не очень приятный эффект – «турболаг». У него суть примерно та же, что и у «турбоямы», но природа у него несколько другая. Сводится она к тому, что наддув обладает запоздалой реакцией на действия водителя. Обусловлена она тем, что нагнетателю требуется время захватить, закачать воздух и подать его в цилиндры.

Показательные графики эффектов «турбояма» и «турболаг» в зависимости от мощности

«Турбояма» появляется только в нагнетателях, работающих от энергии выхлопных газов, в устройствах же с механических приводом ее нет, поскольку производительность наддува пропорциональна оборотам двигателя. А вот «турболаг» присутствует во всех типах нагнетателей.

В современных автомобилях начинают внедрять электрические приводы наддува, но они только зарождаются. Пока их используют, как дополнительный механизм, для исключения «турбоямы» в работе турбонаддува. Не исключено что вскоре и появится разработка которая заменит привычные нам нагнетатели.

Электронагнетатель от фирмы Valeo

Для их эффективной работы необходимо более высокое напряжение, поэтому используется вторая сеть со своим аккумулятором на 48 вольт. Концерн Audi вообще планирует перевести все оборудование на повышенное напряжение – 48 вольт, так как увеличивается количество электронных систем и соответственно нагрузка на сеть автомобиля. Возможно в будущем все автопроизводители перейдут на повышенное напряжение бортовой сети.

Иные проблемы

Помимо способа нагнетания и типа привода существует еще немало вопросов, которые успешно решились или решаются конструкторами.

К ним относится:

• нагрев воздуха при сжатии;
• «турбояма»;
• эффективная работа нагнетателя на всех режимах.

Во время нагнетания воздух сильно нагревается, что приводит к снижению его плотности, а это в свою очередь сказывается на детонационном пороге топливовоздушной смеси. Устранить эту проблему удалось путем установки интеркулера – радиатора охлаждения воздуха. Причем осуществлять охлаждение этот узел может разными способами – потоком встречного воздуха или за счет жидкостной системы охлаждения.

Варианты исполнения систем наддува

Но установка интеркулера породила другую проблему – увеличение «турболага». Из-за радиатора общая длина воздуховода от нагнетателя к впускному коллектору существенно увеличилась, а это повлияло на время нагнетания.

Проблема с «турбоямой» автопроизводителями решается по-разному. Одни снижают массу составных элементов, другие используют технологию изменяемой геометрии турбопривода. При первом варианте решения проблемы, снижение массы крыльчаток приводит к тому, что для раскручивания наддува требуется меньше энергии. Это позволяет нагнетателю раньше вступить в работу и обеспечить давление воздуха даже при незначительных оборотах двигателя.

Что касается геометрии, то за счет использования специальных крыльчаток с приводом от актуатора, установленных в корпусе турбинного колеса удается осуществлять перенаправление потока отработанных газов в зависимости от режима работы мотора.

Повышение эффективности работы нагнетателя на всех режимах работы некоторые производители решают путем установки двух, а то и трех нагнетателей. И здесь уже каждая автокомпания поступает по-разному. Одни устанавливают два турбонаддува, но разных размеров. «Малый» нагнетатель отрабатывает на небольших оборотах мотора, снижая эффект «турбоямы», а при увеличении оборотов в работу включается «большой» наддув. Другие же автопроизводители применяют комбинированную схему, в которой за малые обороты «отвечает» нагнетатель с механическим приводом, что вовсе устраняет «турбояму», а на высоких оборотах задействуется уже турбонаддув.

Напоследок отметим, что выше указаны только одни из основных проблем, связанных с принудительной подачей воздуха в цилиндры, в действительности их больше. К ним можно отнести передув и помпаж.

Увеличение мощности нагнетателем, по сути, ограничено только одним фактором — прочнотью составных элементов силовой установки. То есть, мощностные характеристики можно увеличивать только до определенного уровня, превышение которого приведет к разрушению узлов мотора. Это превышение и называется передувом. Чтобы он не произошел, система принудительного нагнетания воздуха оснащается клапанами и каналами, которые предотвращают раскручивание крыльчатки выше установленных оборотов, получается, что производительность наддува имеет граничную отметку. Дополнительно при достижении определенных условий ЭБУ системы питания корректирует количество подаваемого в цилиндры топлива.

Помпаж можно охарактеризовать как «обратное движение воздуха». Возникает эффект при резком переходе с высоких оборотов на низкие. В итоге, нагненататель уже накачал воздух в большом количестве, но из-за снижения оборотов он становиться невостребованным, поэтому он начинает возвращаться к наддуву, что может стать причиной его поломки.

Клапан blow-off

Проблема помпажа решена использованием обходных каналов (байпас), по которым сжатый не расходованный воздух перекачивается на входной канал перед нагнетателем, тем самым он смягчает, но не устраняет, нагрузки при помпаже. Второй системой которая полностью решает проблему помпажа, является установка перепускного клапана или blow-off, который при необходимости сбрасывает воздух в атмосферу.

Установка нагнетателей воздуха на силовые установки пока является самым оптимальным способом повышения мощности.

НАДДУВ - это... Что такое НАДДУВ?

Наддув — Наддув  увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания, за счёт повышения давления при впуске. Наддув обычно применяют с целью повышения мощности (на 20 45 %) без увеличения массы и… …   Википедия

НАДДУВ — 1) увеличение количества свежего заряда горючей смеси в цилиндре поршневого двигателя за счет повышения давления при впуске; один из способов повышения мощности двигателя.2) Искусственное повышение давления газа в замкнутом пространстве (напр., в …   Большой Энциклопедический словарь

НАДДУВ — дополнительная против нормальной подача в цилиндр двигателя воздуха (или горючей смеси), сжатого до 1,1 1,3 атм посредством насоса, приводимого в движение от вала двигателя или от постороннего источника энергии. Применяется с целью повышения… …   Морской словарь

наддув — – способ подачи горючки в камеру сгорания. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

наддув — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN supercharging …   Справочник технического переводчика

НАДДУВ — (1) способ повышения мощности поршневых двигателей внутреннего сгорания путём увеличения массы воздуха, поступающего вместе с топливом в цилиндры вследствие повышения давления компрессором при впуске; (2) искусственное увеличение давления газа в… …   Большая политехническая энциклопедия

наддув — 3.13 наддув: Обеспечение защиты от проникновения внешней среды в оболочку путем поддержания в ней давления защитного газа выше давления во внешней среде. Источник: ГОСТ Р 51330.3 99: Электрооборудование взрывозащи …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

наддув — а; м. Спец. Усиление подачи горючей смеси в двигатель внутреннего сгорания за счёт повышения давления воздуха при впуске. Двигатель с наддувом. * * * наддув 1) увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в цилиндр поршневого… …   Энциклопедический словарь

наддув — oro įpūtimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Į vidaus degimo variklį tiekiamo degiojo mišinio kiekio didinimas, didinant šio mišinio slėgį. atitikmenys: angl. air blast vok. Lufteinblasen, n rus. вдувание воздуха, n; наддув, m pranc.… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Наддув —         увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в Двигатель внутреннего сгорания, за счёт повышения давления при впуске. Н. обычно применяется с целью повышения мощности (на 20 45%) без увеличения массы и габаритов… …   Большая советская энциклопедия

Наддув — м. Питание цилиндров поршневых двигателей машины воздухом, давление которого выше атмосферного. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 …   Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Наддув, нагнетатели и немного истории

Автор: Владимир Егоров Источник: icarbio.ru 60319 9 Готтлиб Даймлер Наддув начал использоваться на практике, как только конструкторы определили важнейший автомобильный приоритет – высокую удельную мощность при возможно меньших габаритах мотора. Первым нагнетателем, появившемся на автомобильном двигателе (если не считать самых ранних поршневых компрессоров), стал принудительный или механический нагнетатель типа «Рутс» («Roots»), хорошо зарекомендовавший себя в промышленности. Это произошло в 1885 году [1], когда Готтлиб Даймлер запатентовал нагнетатель собственной конструкции, работавший по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя, а уже в 1911 г. принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи. Наддув Повышение давления воздуха при впуске в двигатель внутреннего сгорания с целью увеличения количества подаваемого топлива и, соответственно, мощности снимаемой с единицы объёма двигателя. Нагнетатель (компрессор) Механизм для сжатия и подачи газов под давлением. Однако быстрое решение задачи (литровая мощность действительно заметно увеличилась) оказалось не таким удачным, как представлялось вначале. Существенно возросший приток тепла, который несли отработавшие газы, преждевременно выводил из строя выпускные клапаны, поршни и систему охлаждения. Несоответствие конструкции и применявшихся материалов задержало развитие наддува на автомобиле. Истребитель «SPAD» S.XIII» Следующий шаг сделали авиационные двигателисты. Первым авиационным двигателем с механическим наддувом считается двухтактный ротативный двигатель «Мюррей-Вильята», на самолёте с которым в 1910 г. был установлен рекорд высоты в 5200 м. В 1918 г., на один из истребителей «SPAD» S.XIIIC» был установлен турбонаддувный агрегат «Рато» («Rateau»), который не дал преимуществ самолёту (в связи с недостатками его конструкции и недостаточной для привода турбины мощностью авиадвигателя первых модификаций «Испано-Сюиза» 8-й серии). Но уже в том же году турбонаддувным агрегатом «Рато» был оснащен более мощный чем «Испано-Сюиза» двигатель «Либерти» L-12», а в 1920 г. биплан «Lepere» с этим двигателем поднялся на рекордную по тем временам высоту - 10092 м. Важные исследования, проведенные совместно с металлургами, позволили наладить выпуск поршней, клапанов и подшипников, отвечавших более жестким требованиям. В итоге, наддув всерьез и надолго прижился в авиации. Внедрению систем наддува не в небесах, а на земле помог автомобильный спорт, где требовались мощные и легкие моторы. Первыми разработали спортивные двигатели с наддувом «Daimler» (1921 г.), «Sunbeam» и «FIAT» (1922 г.). Именно итальянский гоночный «FIAT», выиграв в 1923 г. Большой приз Европы, открыл список побед системы-новинки. В следующем, 1924 г. компрессорные «Alfa Romeo» и «Daimler» завоевали, соответственно, Большой приз автомобильного клуба Франции и первое место в гонках Тарга Флорио в Италии. Уже первые нагнетатели повышали мощность на 50-70%. Например, у 2-литрового двигателя «Delage» после введения наддува мощность возросла со 125 до 190 л.с., т.е. на 52%! Рассмотрим явление наддува подробнее. Так как подача необходимого количества топлива технических затруднений не вызывает, то мощность двигателя зависит, главным образом, от поступающей в цилиндры за единицу времени массы воздуха. Этот показатель, в свою очередь, связан с рабочим объемом мотора, частотой вращения коленчатого вала (предел здесь - допустимое значение средней скорости поршня) и объемным КПД (коэффициентом наполнения). Стало быть, при заданных условиях увеличить массу воздуха, проходящего через цилиндры, можно только через наддув. Нагнетая воздух в цилиндр принудительно, на современном двигателе можно без особых проблем получить 25%-ную прибавку к мощности, а с интеркулером мощность можно удвоить. Высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию – это явление очень опасно для бензинового двигателя, так как ведёт к его катастрофическому износу. Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т.е. снижать степень сжатия. «Mercedes-Benz» 540K» Сниженная же степень сжатия отрицательно влияла на КПД и экономичность. В итоге приводные нагнетатели рекомендовались лишь для крайних случаев. В инструкции 1937 г. для легкового автомобиля «Mercedes-Benz» 540K» (на этой модели, кстати, карбюратор дополняли специальные клапаны, включавшиеся одновременно с компрессором) говорилось: «Включайте компрессор (при 1000 оборотов в минуту) только в случае острой необходимости, например, для быстрого проезда перекрестков, ускоренных разгонов, преодоления коротких крутых подъемов и т.д. Продолжительность работы мотора с компрессором не должна превышать 1 минуту, а при достижении 3400 об/мин отключите систему немедленно». Несмотря на попытки «Lancia», «Volkswagen», «General Motors» в 70-80-е годы усовершенствовать нагнетатели, приводные компрессоры постепенно сошли со сцены. Сейчас они применяются в основном различными тюнинг-ателье и гаражными «умельцами» для форсирования двигателей и очень редко стоят на серийных автомобилях. Крупные автопроизодителям используют нагнетатели в том случае, когда необходимо создать ряд двигателей разной мощности без существенной переделки конструкции базового двигателя. Самая современная система с принудительным нагнетателем, установленная на моделях «Mercedes-Benz» С- и Е-класса практически не отличается от распространённых в 20-30-е годы роторно-шестеренчатых компрессоров типа «Рутс». Двигатель рабочим объемом 2,3 л комплектуется механическим компрессором фирмы «Eaton», усовершенствованной версией «Рутс» - винтообразных лопастей уже не две, а три или четыре. Привод осуществляется поликлиновыми ремнями от коленчатого вала двигателя. Особое покрытие лопастей, уменьшив трение, значительно улучшило КПД механизма. Подключается компрессор уже не водителем, а специальным электромагнитным сцеплением и только тогда, когда требуется резкое увеличение мощности. Степень сжатия уменьшена до 8,8. Четырехцилиндровый двигатель рабочим объемом 2,3 л развивает с компрессором 193 л.с. вместо 150 л.с. при 5400-5500 об/мин. Крутящий момент увеличивается с 220 до 270 Нм при 3750-3800 об/мин. У нас в стране опыт применения механических нагнетателей на легковых автомобилях ограничился единичными экземплярами гоночных машин в 40-50-е годы. Значительно более широкое распространение в мире получил наддув с турбонагнетателем, т.е. нагнетателем, приводимым турбиной, действующей на отработавших газах. Ниже приведена классификация видов наддува ДВС. Агрегатный наддув осуществляется с помощью нагнетателя. Он подразделяется на: механический наддув, где используется компрессор, приводимый в действие от коленчатого вала двигателя; турбонаддув, где компрессор (обычно центробежный) приводится турбиной, вращаемой выхлопными газами двигателя; наддув «Comprex», заключающийся в использовании давления отработавших газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель; электрический наддув, где используется нагнетатель, вращаемый электродвигателем; комбинированный наддув объединяет несколько схем, как правило, речь идет о совмещении механического и турбонаддува. Безагрегатный наддув. К нему относят: резонансный наддув (иногда называемый инерционным или акустическим), реализуемый за счёт колебательных явлений в трубопроводах; динамический наддув (скоростной или пассивный наддув) увеличивает давление во впускном коллекторе за счет воздухозаборников особой формы при движении с высокой скоростью; рефрижерационный наддув достигается испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования, на автомобильных двигателях не применяется. Отметим, что существуют некоторые разногласия в понятиях, и резонансный наддув иногда называют динамическим. В данной статье мы под динамическим наддувом будем понимать только увеличение давления на впуске за счет воздухозаборников особой формы. Механический наддув Механический наддув позволяет легко поднять мощность двигателя. Основным элементом в такой системе является нагнетатель, приводимый непосредственно от коленчатого вала двигателя. Механический нагнетатель способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки, увеличивая давления наддува строго пропорционально оборотам двигателя, что является важным преимуществом подобной схемы. Однако механический наддув имеет и существенный недостаток – он отбирает на свою работу часть мощности двигателя. На видео ниже экстремальный трицикл «Rocket 2» с механическим наддувом. Все виды механических нагнетателей можно подразделить на объемные («Рутс», «Лисхольм» и др.) и центробежные. Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон» Схема работы нагнетателя типа «Рутс»/«Итон» Братья Рутс разработали свой нагнетатель еще в 1859 г. Он относится к объёмным роторным шестерённым машинам для подачи газовых сред. Первоначально он использовался как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Конструкция его была очень проста: две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые «шестерни», помещенные в общий кожух, перекачивают объемы воздуха от впускного коллектора до выпускного в пространстве между своими зубьями и внутренней стенкой корпуса. В 1949 году другой американский изобретатель – Итон (Eaton) – усовершенствовал конструкцию: прямозубые «шестерни» превратились в косозубые роторы, а воздух стал перемещаться не поперек их осей вращения, а вдоль. Принцип работы при этом не изменился - воздух внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в другой объем, отсюда и название - объемный нагнетатель. Нагнетатель «TVS» В настоящее время совершенствование нагнетателей данного типа идёт по пути увеличения количества зубьев-лопаток, если первоначально в нагнетателе Итона было по две лопатки на роторе, то сегодня их число достигло четырёх – «Eaton» TVS» [2]. Увеличение числа лопаток позволяет сгладить основной недостаток нагнетателей типа «Рутс» – неравномерность подачи воздуха, создающую пульсацию давления. Кроме того, для тех же целей впускное и выпускное окно компрессора делают треугольным. Эти конструктивные ухищрения позволяют добиться того, что такие компрессоры работают достаточно тихо и равномерно. Компрессоры подобного типа имеют ещё один существенный недостаток. При выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда, поэтому наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления происходит дополнительный нагрев. В этой связи современные нагнетатели данного типа в обязательном порядке оснащаются интеркулерами. Механический наддув c нагнетателем «Рутс»/«Итон» Сегодня современные технологические возможности вывели подобные компрессоры на очень высокий уровень производительности. Основные преимущества нагнетателей «Рутс» заключаются в простоте конструкции (малое количество деталей и малая скорость вращения роторов делают такие нагнетатели очень долговечными), компактности, эффективности на малых и средних оборотах двигателя, низком уровне шума по сравнению с центробежными компрессорами. Центробежный нагнетатель Центробежный нагнетатель Подобные нагнетатели получили в настоящее время наибольшее распространение, как в виде отдельного приводного компрессора, так и главным образом в составе турбонаддува. Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки (порой с регулировкой угла атаки), призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму (воздухосборник, описывая окружность, постепенно расширяется в диаметре). Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40  тыс. об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к 200 тыс. об/мин. И в том случае если привод осуществляется от двигателя посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Проблема шумности и ресурса элементов привода частично снимается введением дополнительного мультипликатора, который снижает КПД механического нагнетателя. Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления (учитывая огромные нагрузки от центробежных сил). К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку в мощности на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона. Центробежные нагнетатели очень популярны: сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие, более дорогие и сложные типы, особенно в сфере тюнинга. Недостатки данного типа нагнетателей известны: повышенные шум и износ, эффективная прибавка мощности только на высоких оборотах. Нагнетатели типа «Лисхольм» Схема нагнетателя типа «Лисхольм» Следует также рассказать о винтовом нагнетателе или нагнетателе типа «Лисхольм» («Lysholm»). Компрессоры данного типа иногда используются для увеличения мощности двигателя. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 г. Он также как и «Рутс» относится к роторным объёмным нагнетателям. Два ротора с взаимодополняющими профилями захватывая поступающий воздух, начинают взаимное встречное вращение. Порция воздуха проталкивается вперед вдоль роторов. Роторы имеют между собой чрезвычайно малые зазоры - это обеспечивает высокую эффективность и довольно малые потери. Основное отличие винтового компрессора от объемных роторно-шестеренчатых нагнетателей – наличие внутреннего сжатия, следовательно, не возникает дополнительной турбулентности как у рутс-компрессоров. Это обеспечивает им высокую эффективность нагнетания практически на всей шкале оборотов двигателя. Для достижения больших значений давления может потребоваться охлаждение корпуса компрессора. Нагнетатель типа «Лисхольм» Основные плюсы нагнетателей типа «Лисхольм»: высокая эффективность (КПД порядка 70%), надежность и компактная конструкция. Кроме того, винтовые компрессоры довольно тихие при правильном проектировании и изготовлении. Здесь и кроется единственный их минус. Дело в том, что роторы этих компрессоров имеют очень сложную форму и, как следствие, дороги. По этой причине нагнетатели «Лисхольм» практически не встречаются в массовом автомобильном производстве. По той же причине и компаний, производящих эти прогрессивные нагнетатели, не так много. Прочие типы нагнетателей В 80-х годах прошлого столетия компания «Volkswagen» экспериментировала с довольно необычными спиральными нагнетателями. В автомобильном применении они более известны как «G-Lader». Сейчас это направление компанией VW свернуто. Идея спирального одноосевого нагнетателя также очень стара. В 1905 году изобретатель Леон Креукс подал заявку на патент. Первоначально предусмотренный в качестве паровой машины, такой нагнетатель имел два спиральных витка, расположенных один в другом. В течение десятилетий он совершенствовался и, в конце концов, превратился из первоначальной четырехструйной машины в восьмиструйную, которая была оснащена двумя камерами - внутренней и внешней - по обеим сторонам с углом разворота 180 градусов относительно друг друга. Но тогда о массовом производстве таких нагнетателей можно было только мечтать, потому что в то время еще отсутствовали соответствующее технологии и оборудование. Сложность производства заключалась также в том, что изготовление деталей должно было быть максимально точным, так как любое отклонение в структуре или качестве поверхности могло привести к значительному снижению КПД. Поэтому в качестве нагнетательного аппарата для автомобильного двигателя спиральный нагнетатель стал использоваться очень поздно. С середины восьмидесятых до 1992 года его серийно использовал лишь «Volkswagen» в моделях «Polo», «Corrado», «Golf» и «Passat». Однако ряд фирм (преимущественно немецких) продолжают производить такие компрессоры и сегодня. Также спиральный нагнетатель имеет важные преимущества: высокий КПД (75,9% у прототипов) и низкий уровень шума, хорошее уплотнение (благодаря чему наличие давления наддува проявлялось уже на малых оборотах) и малые потери на трение. Поршневые нагнетатели, самая распространенная схема обычных воздушных компрессоров в настоящее время, в автомобилях не прижились совсем. А вот на судовых моторах они использовались достаточно широко. Интересен метод нагнетания подпоршневым насосом. Здесь в качестве нагнетателя используется сам поршень, который при движении к НМТ (нижняя мертвая точка) выталкивает находящийся под ним воздух. Схема шиберного нагнетателя Следует упомянуть незаслуженно забытые в автомобилестроение шиберные, или лопастные, нагнетатели. Это довольно простые по конструкции и принципу действия машины. Цилиндрический корпус имеет два отверстия, как правило, растянутые во всю длину цилиндра и находящимися на одной его стороне, т. е. не строго друг против друга. Внутри корпуса находится ротор диаметром примерно в три четверти от внутреннего диаметра корпуса. Ротор смещен к одной из сторон корпуса, примерно посредине отверстий. В роторе несколько продольных канавок, в которых находятся шиберы (лопатки). При вращении ротора благодаря заложенному конструкцией эксцентриситету и шиберам, выдвигающимся за счет центробежных сил, воздух сперва всасывается в одну из долей, образованных парой соседних лопаток, а затем сжимается до момента подхода к выпускному отверстию. Будучи качественно изготовленными, такие компрессоры нагнетали довольно большое давление. В сравнении с рутс-компрессорами они обладали более высоким КПД, меньше пропускали воздуха, практически не нагревали его и были менее шумными. Да и мощности двигателя они отнимали меньше. Хорошо сконструированный шиберный нагнетатель может быть на 50% более производительным, нежели рутс-компрессор. В силу своей конструкции самой большой проблемой шиберных машин были высокие фрикционные нагрузки между шиберами и корпусом. По мере износа КПД компрессора заметно падал из-за увеличения протечек воздуха. В связи с этой проблемой шиберные компрессоры делали низкооборотными, но довольно габаритными. Это стало практически непреодолимой проблемой, и шиберные компрессоры были забыты. В настоящее время появляются новые материалы и технологии, которые делают вновь востребованными старые технические решения и конструкции. Турбонаддув Схема турбонаддува Турбокомпрессор или турбонагнетатель состоит из газовой и компрессорной турбин посаженных на один вал. Фактически компрессорная часть – это центробежный нагнетатель. Скорость вращения газовой турбины, благодаря энергии отработавших газов, очень высока (50-100 тысяч об/мин). Компрессор засасывает и сжимает воздух, подающийся затем во впускной трубопровод для приготовления горючей смеси. Степень сжатия приходится уменьшать и в этом случае, однако тепловой КПД такого мотора снижается незначительно и, более того, удельный расход топлива иногда даже падает. При высоком давлении наддува целесообразно охлаждать воздух после компрессора до поступления в цилиндры. В бензиновых двигателях температура воздуха в цилиндрах ограничена детонацией. Чем выше жаропрочность лопаток турбины (предел около 1000 °С) и чем большую температуру раскаленных выхлопных газов выдерживает этот материал, тем эффективнее работа турбонагнетателя. Нагрев выхлопных газов в дизелях доходит до 600 °С, а в бензиновых двигателях до 1000 °С, поэтому с точки зрения долговечности дизельная турбина дает лучшие результаты. Также увеличенный приток воздуха позволяет дизелю хорошо справляться с обедненными смесями, воспламенение которых при высоких температурах сжатия не вызывает никаких затруднений. Кроме того, дизели с турбонаддувом становятся менее «жесткими» в работе. Однако при быстром и резком увеличении мощности возникают проблемы. Из-за инерции турбокомпрессора подача воздуха отстает от подачи топлива, поэтому сначала дизель работает на обогащенной смеси с повышенной дымностью. Длительность этого периода зависит от момента инерции ротора турбокомпрессора, которую сводят к минимуму увеличением оборотности при уменьшении диаметра колес турбины. Свои особенности у турбонаддува бензиновых двигателей. Здесь, как правило, экономия топлива достигается переходом на уменьшенный рабочий объем двигателя (при той же или большей мощности, обеспечиваемой турбонаддувом). Воспламенение бедных смесей бензина с воздухом происходит с трудом, поэтому необходимо регулировать количество подаваемого воздуха (а не топлива, как на дизеле), что особенно важно при высоких частотах вращения, когда компрессор работает с максимальной производительностью. Существует множество способов ограничения подачи воздуха при пиковых режимах. Рассмотрим систему регулирования «АРС» фирмы «SAAB», в которой для регулирования давления наддува применена электроника. За давлением наддува следит специальный клапан, контролирующий поток отработавших газов, идущих через перепускной канал мимо турбины. Клапан открывается при разрежении во впускном трубопроводе, величина которого регулируется дросселированием потока воздуха между впускным трубопроводом и входом в компрессор. Степень разрежения в перепускном клапане зависит от положения дроссельной заслонки с электроприводом, управляемым электронным устройством, получающим сигналы датчиков давления наддува, детонации и частоты вращения. Датчик детонации представляет собой чувствительный пьезоэлектрический элемент, установленный в блоке цилиндров и улавливающий детонационные стуки. По сигналу этого датчика ограничивается разрежение в управляющей камере перепускного клапана. Система «АРС» заметно улучшает динамику автомобиля. Например, для быстрого обгона (или разгона) в условиях интенсивного движения двигатель переводится в режим работы с максимальным давлением наддува. При этом детонация в относительно холодном, работавшем на частичной нагрузке двигателе не может, естественно, возникнуть мгновенно. По истечении нескольких секунд, когда температуры возрастут и начнут проявляться первые тревожные симптомы, по сигналу датчика детонации управляющее устройство плавно снизит давление наддува. Применение системы «АРС» при сохранении значений крутящего момента двигателя по внешней характеристике поднимает степень сжатия с 7,2 до 8,5, уменьшая давление наддува с 50 до 40 кПа при 6-8% экономии топлива. В последнее время совершенствование концепций наддува идет по пути создания регулирующих систем для повышения крутящего момента при низких оборотах двигателя, а также снижения инерционности. Существует несколько способов решения данной проблемы: применение турбины с изменяемой геометрией; использование двух параллельных турбонагнетателей; использование двух последовательных турбонагнетателей; комбинированный наддув. Турбина с изменяемой геометрией обеспечивает оптимизацию потока отработавших газов за счет изменения площади входного канала. Турбины с изменяемой геометрией нашли широкое применение в турбонаддуве дизельных двигателей, к примеру турбонаддув двигателя «TDI» от «Volkswagen». Система с двумя параллельными турбонагнетателями (система «biturbo») применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая. При установке на двигатель двух последовательных турбин (система «twin-turbo») максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбонагнетателей на разных оборотах двигателя. Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический компрессор. С ростом оборотов подхватывает турбонагнетатель, а механический компрессор отключается. Примером такой системы является двойной наддув двигателя «TSI» от «Volkswagen». После отказа от карбюраторов и переходе на электронный впрыск топлива особенно эффективным стал турбонаддув на бензиновых двигателях. Здесь уже достигнута впечатляющая топливная экономичность. В целом же, следует признать, что турбонаддув, увеличивая тепловые и механические нагрузки, заставляет вводить в конструкцию ряд упрочненных узлов, усложняющих двигатель как в производстве, так и при техническом обслуживании. Наддув «Comprex» Также не хотелось оставить без внимания такой интересный способ наддува как «Компрекс» («Comprex»), разработанный фирмой «Браун энд Бовери» (Швейцария) заключающийся в использовании давления отработавших газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель. Получаемые при этом показатели двигателя такие же, как и в случае использования турбокомпрессора, но турбина и центробежный нагнетатель, для изготовления и балансировки которых требуются специальные материалы и высокоточное оборудование, отсутствуют. Схема системы «Comprex» Главная деталь в системе «Компрекс» - это лопастный ротор, вращающийся в корпусе с частотой вращения, втрое большей частоты вращения коленчатого вала двигателя. Ротор установлен в корпусе на подшипниках качения и приводится в движение клиновым или зубчатым ремнем от коленчатого вала. Привод компрессора типа «Компрекс» потребляет не более 2% мощности двигателя. Агрегат «Компрекс» не является компрессором в полном смысле слова, поскольку его ротор имеет только каналы, параллельные оси вращения. Эта система наддува является единственным выпущенным большой партией нагнетателем с волновым обменником давления. Он, как и механический нагнетатель, приводится в действие от распределительного вала, но использует полученную энергию лишь для синхронизации частоты вращения ротора с частотой вращения распределительного вала двигателя, а сжимает воздух энергия отработавших газов. Ротор имеет каналы параллельные оси его вращения, где поступающий в двигатель воздух сжимается давлением отработавших газов. Торцовые зазоры ротора гарантируют распределение отработавших газов и воздуха по каналам ротора. На внешнем контуре ротора расположены радиальные пластины, имеющие небольшие зазоры с внутренней поверхностью корпуса, благодаря чему образуются каналы, закрытые с обеих сторон торцовыми крышками. В правой крышке имеются окна: а - для подачи отработавших газов от двигателя в корпус агрегата и г - для отвода отработавших газов из корпуса в выпускной трубопровод и далее - в атмосферу. В левой крышке имеются окна: б - для подачи сжатого воздуха в двигатель и д - для подвода свежего воздуха в корпус из впускного трубопровода е. Перемещение каналов при вращении ротора вызывает их поочередное соединение с выпускным и впускным трубопроводами двигателя. При открывании окна а возникает ударная волна давления, которая со скоростью звука движется к другому концу выпускного трубопровода и одновременно направляет в канал ротора отработавшие газы, не смешивая их с воздухом. Когда эта волна давления достигнет другого конца выпускного трубопровода, откроется окно б и сжатый отработавшими газами воздух в канале ротора будет вытолкнут из него в трубопровод в к двигателю. Однако еще до того, как отработавшие газы в этом канале ротора приблизятся к его левому концу, закроется сначала окно а, а затем окно б, и этот канал ротора с находящимися в нем под давлением отработавшими газами с обеих сторон будет закрыт торцовыми стенками корпуса. При дальнейшем вращении ротора этот канал с отработавшими газами подойдет к окну г в выпускной трубопровод и отработавшие газы выйдут в него из канала. При движении канала мимо окон г выходящие отработавшие газы эжектируют через окна д свежий воздух, который, заполняя весь канал, обдувает и охлаждает ротор. Пройдя окна г и д, канал ротора, заполненный свежим воздухом, вновь закрывается с обеих сторон торцовыми стенками корпуса и, таким образом, готов к следующему циклу [3]. Описанный цикл весьма упрощен в сравнении с происходящим в действительности и осуществляется лишь в узком диапазоне частоты вращения двигателя. Здесь кроется причина того, что известный уже в течение долгого времени этот способ наддува практически не применяется в автомобилях. «Comprex» был серийно использован в дизельных моделях двух знаменитых марок: «Opel» в 2,3-литровом «Senator» и «Mazda» 626» в 2,0-литровом четырехцилиндровом моторе. Но «Opel» ставил компрекс-нагнетатели на свои модели всего год (до 1986 года), в отличие от компании «Mazda», которая поставляла свои двигатели с компрекс-наддувом до 1996 года, пока в июне 1997 года он окончательно не был снят с программы производства. Свое преимущество компрекс-нагнетатель проявляет уже на низких оборотах двигателя, так как при этом ему вполне достаточно и малого объема отработавших газов для того, чтобы получить высокую степень сжатия. В этом и заключается важное отличие от турбонагнетателя, количество отработавших газов в котором находится в прямой зависимости от привода компрессора. Также применение агрегата наддува «Компрекс» вместо турбокомпрессора снижает шум двигателя, так как он работает при более низкой частоте вращения. Электрический наддув Система электрического наддува разрабатывалась фирмой «Controlled Power Technologies» (в настоящий момент вошла в состав подразделения силовых агрегатов компании «Valeo») в течение трех лет. В отличие от турбонаддува, где центробежный нагнетатель приводят в действие выхлопные газы, или механического наддува, где нагнетатель связан с коленчатым валом двигателя, в системах с электрическим наддувом нагнетатель вращается электромотором. Обычно подобные системы являются комбинированными, так как использование электрического и турбонаддува совместно даёт существенный выигрыш, позволяя избежать турбоямы на низких оборотах двигателя. Система электрического наддува «Controlled Power Technologies» Она совмещает в одном устройстве электрический и турбонагнетатель. Компания «Audi» недавно представила систему электрического наддува, работающую по схеме, отличной от схемы «Controlled Power Technologies». Система «Audi» (на рис. ниже) использует двойной наддув: обычная турбина работает на средних и высоких оборотах, а электрическая — на малых, исключая турбояму. Система электрического наддува «Audi» В «Audi» собираются снабдить электрическим наддувом собственные дизельные моторы. На заводе компании уже собран пробный образец трехлитрового V6 TDI с подобным двойным наддувом. В системе задействован компактный электродвигатель, способный быстро раскрутить турбину до высоких скоростей. Возникновение дополнительного потребителя никак не должно отразиться на общем уровне энергопотребления, так как потери на раскрутку турбины перекроются при помощи системы рекуперации. Внимание к электрическому наддуву в последнее время проявляют также компании «Ricardo», «Ford» и «BMW». Последняя недавно получила патент на электротурбину собственной конструкции, а компания «Ford» работает совместно с «Controlled Powertrain Technologies» и «Valeo» над трёхцилиндровым двигателем «Hyboost» с электронаддувом. «Valeo» станет первым поставщиком комплектующих, который предложит на рынок целый спектр электрических нагнетателей. На рынке тюнинга существуют и так называемые осевые электрические нагнетатели, которые, как правило, входят в систему динамического наддува (читайте ниже). Движение воздуха в них осуществляется в осевом направлении. Один или пара последовательных либо параллельных вентиляторов с электромоторчиком, будучи установленными в воздушном тракте, проталкивают воздух вдоль себя назад, в фильтр или уже после него во впускной коллектор. Если такая система преодолевает хотя бы сопротивление фильтрующих элементов, эффект уже неплохой. Резонансный наддув (инерционный наддув) Другое интересное решение, которое фактически не является искусственным методом нагнетания воздуха, — система резонансного наддува. Идея основана на том факте, что приходы волн сжатия к впускному клапану и волн разрежения к выпускному клапану способствуют продувке и очистке камеры сгорания от отработавших газов. Система резонансного наддува В первом случае нужно просто поймать волну сжатия, а именно так ведет себя воздух во впускном коллекторе при работе двигателя: чередование приливов и отливов. С изменением оборотов амплитуда этих колебаний меняется. И для того, чтобы поймать волну сжатия, необходимо менять длину впускного коллектора. Поначалу конструкторы пошли по довольно примитивному по смыслу, но довольно сложному по воплощению пути: несколько воздуховодов разной длины и клапана, открывающие тот или иной канал. В настоящее время эта идея нашла свое логическое воплощение в устройствах впускного коллектора переменной длины. Например, компания «BMW» применяет устройство, которое обеспечивает изменение длины впускного тракта. Разумеется, это не полноценная замена наддуву, но определенная выгода от этого есть. Давление наддува, создаваемое за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Плюсом системы резонансного наддува является то, что энергия мотора на ее привод практически не затрачивается. Во втором случае энергию отработавших газов частично применяют для улучшения наддува двигателя, используя возникающие колебания их давления уже в выпускном трубопроводе. Использование колебаний давления состоит в том, что после открывания клапана в трубопроводе возникает ударная волна давления, со скоростью звука проходящая до открытого конца трубопровода, отражающаяся от него и возвращающаяся к клапану в виде волны разрежения. За время открытого состояния клапана волна может несколько раз пройти по трубопроводу. При этом важно, чтобы к фазе закрывания выпускного клапана к нему пришла волна разрежения, способствующая очистке цилиндра от отработавших газов и продувке его свежим воздухом. Каждое разветвление трубопровода создает препятствия на пути волн давления, поэтому наиболее выгодные условия использования колебаний давления создаются в случае индивидуальных трубопроводов от каждого цилиндра, имеющих равные длины на участке от головки цилиндра до объединения в общий трубопровод. Внешняя скоростная характеристика Внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля «Порше». Скорость звука не зависит от частоты вращения двигателя, поэтому во всем ее диапазоне чередуются благоприятные и неблагоприятные с точки зрения наполнения и очистки цилиндров условия режима работы. На кривых мощности двигателя Ne и его среднего эффективного давления pe это проявляется в виде «горбов», что хорошо видно на рис. справа, где изображена внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля фирмы «Порше». Колебания давления используют также и во впускном трубопроводе: приход волны давления к впускному клапану, особенно в фазе его закрывания, способствует продувке и очистке камеры сгорания. Если с общим выпускным трубопроводом соединяется несколько цилиндров двигателя, то число их должно быть не более трех, а чередование работы — равномерным с тем, чтобы выпуск отработавших газов из одного цилиндра не перекрывал и не влиял на процесс выпуска из другого. У рядного четырехцилиндрового двигателя два крайних цилиндра обычно объединяются в одну общую ветвь, а два средних цилиндра — в другую. У рядного шестицилиндрового двигателя эти ветви образованы соответственно тремя передними и тремя задними цилиндрами. Каждая из ветвей имеет самостоятельный вход в глушитель, или на некотором расстоянии от него ветви объединяются, и организуется их общий ввод в глушитель. Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув) Система динамического наддува (также называемого скоростным или пассивным наддувом) увеличивает давление на впуске двигателя. Рост давления во впускном коллекторе достигается за счет воздухозаборников особой формы, которые при увеличении скорости движения начинают буквально загонять воздух в двигатель. Заметный эффект от пассивного наддува начинает проявляться при больших скоростях движения (более 150 км/ч), поэтому на обычных автомобильных двигателях система динамического наддува встречается крайне редко, но иногда применяется на спортивных мотоциклах и автомобилях, а также широко используется для наддува поршневых авиационных двигателей. Нередко пассивный наддув объединяют с другими видами наддува, делая воздухозаборник соответствующей формы. На «тюнингованных» автомобилях часто выводят впускной тракт на капот или в решетку радиатора, т. е. в зону максимального давления, чем имитируют систему динамического наддува (ниже на рисунке приведена подобная система). Почему имитируют? Потому что пассивный наддув, как уже было написано выше, начинает работать только на высоких скоростях. Также при подобном «тюнинге» ставят «фильтр нулевого сопротивления», который плохо справляется с очисткой поступающего воздуха, что приводит к усиленному износу двигателя. Динамический наддув «Тюнинг». Впускной тракт выведен вместо фары. «Инерционный» наддув Разновидность динамического наддува. Внутри патрубка системы установлена крыльчатка, благодаря инертности (поэтому некоторые и наывают такой наддув «инерционным») вращения которой возникает завихрение поступающего воздуха, что обеспечивает его максимально быстрое проникновение в камеры сгорания и более полное их наполнение топливо-воздушной смесью. В общем, ерунда полная, на которую ведутся горе-тюнеры. Преимуществом динамического наддува является то, что это самый дешевый способ относительно остальных. Последнее обновление 15.11.2012 Опубликовано 22.08.2010 Читайте также Сноски ↺ По другим данным он запатентовал сам принцип использования наддува на автомобиле. ↺ О нагнетателе «TVS» на сайте компании «Eaton». ↺ Описание работы системы «Comprex» дано по книге Мацкерле Ю. «Современный экономичный автомобиль» (книга есть в библиотеке сайта). Комментарии

Способы наддува в двигателях внутреннего сгорания

По сравнению с четырехтактным двигателем со свободным вса­сыванием или с двухтактным, имеющим только продувку, в двигателе с наддувом благодаря сжатию заряда увеличивается его количество, вследствие чего повышается и мощность. Наддув есть сжатие всего или части заряда за пределами рабочего цилин­дра с целью увеличения наполнения цилиндра. Таким образом, при наддуве заряд сжимается как за пределами цилиндра, так и в цилиндре.

Для комбинированного способа характерно связанное с полу­чением полезной мощности двух- или многоступенчатое расширение, в то время как сжатие не обязательно должно быть многоступенча­тым. Однако в практике всегда встречаются комбинированные двигатели с наддувом, т. е. имеющие многоступенчатое сжатие.

Смысл и цель наддува заключаются в повышении мощности при данных размерах двигателя без увеличения частоты вращения. Как посредством наддува, так и вследствие более высокой частоты вращения в двигатель подается большее количество воздуха или заряда в единицу времени, мощность при этом приблизительно пропорциональна расходу воздуха. В обоих случаях повышение мощности наталкивается на определенные границы, которые обус­ловлены уровнем развития. Мощность двигателя внутреннего сго­рания

при этом константы С₁ и С₂ зависят от системы мер и тактности двигателя. Здесь N_е — эффективная мощность; z — число цилин­дров; V_h — рабочий объем цилиндра; р_е — среднее эффективное давление; п — частота вращения; S — ход поршня; F_п — площадь поршня; с_т — средняя скорость поршня.

У данного двигателя, для которого z, F_п и S неизменны, мощ­ность можно повысить увеличением п или с_т, а также увеличением р_е. При повышении частоты вращения п или соответственно сред­ней скорости поршня с_т возрастают вызванные силами инерции напряжения пропорционально с_т². Повышение среднего эффектив­ного давления р_е путем наддува приводит к росту газовых сил (максимального давления сгорания), последние возрастают ли­нейно с увеличением количества заряда, т. е. с повышением мощ­ности; при этом индикаторная диаграмма благодаря наддуву становится полнее. Начиная с определенного уровня воздействие сил от давления газов легче преодолимо, чем сил инерции.

Термическая напряженность повышается как. с увеличением частоты вращения, так и с увеличением степени наддува примерно в равном соотношении с повышением мощности. Высокие средние скорости поршней обусловливают необходимость иметь небольшую массу деталей кривошипно-шатунного механизма, что достигается хорошо отработанной конструкцией и высококачественными мате­риалами. Наддув же выдвигает требование усиления конструкции для воспринятая повышенных давлений газов. Несмотря на то, что при наддуве удельная масса, как правило, уменьшается, — мощность возрастает сильнее, чем соответственно требуемое при­ращение общей массы, — это приводит к созданию более надежных в эксплуатации двигателей.

Обратное воздействие увеличения мощности посредством над­дува с одной стороны и посредством форсировки по частоте враще­ния с другой стороны может быть пояснено следующим упрощен­ным сравнением. Средние эффективные давления от 10 бар (четы­рехтактные двигатели с принудительным зажиганием без наддува) до 12 бар (четырехтактные дизели с умеренным наддувом), равно как и средние скорости поршней, от 10 м/с (дизели на грузовом автотранспорте) до 14 м/с (карбюраторные двигатели на легковых автомобилях), характеризуют технический уровень современных двигателей. А средние скорости поршней от 20 м/с и выше встре­чаются лишь на двигателях гоночных автомобилей, т. е. на двига­телях, которые отдают высокую мощность кратковременно и кото­рые могут иметь небольшие межремонтные периоды. В то же время средние эффективные давления от 18 до 20 бар и выше при умерен­ных значениях средней скорости поршня применяются на четырех­тактных дизелях, имеющих наиболее высокие длительные нагрузки (в частности, на судовых дизелях).

Преимущества наддува при заданной мощности:

1) меньшие габариты: двигатель короче из-за меньшего числа цилиндров;

2) меньшая масса двигателя и соответственно меньшая удель­ная масса на единицу мощности;

3) более высокий к. п. д. двигателя при турбонаддуве;

4) меньшая стоимость на единицу мощности, особенно у высо­комощных двигателей;

5) холодильники меньших размеров, поскольку при одинаковой мощности необходимо отводить меньше тепла, чем у двигателя без наддува;

6) газовая турбина сама по себе заметно снижает шум выхлопа;

7) меньшее падение мощности при понижении плотности окру­жающего воздуха;

8) лучшее качество отработавших газов при неизменном спо­собе организации рабочего процесса.

К недостаткам наддува относятся:

1) более высокие механические и тепловые нагрузки, чем у двигателей без наддува;

2) при определенных условиях менее благоприятное протекание кривой крутящего момента двигателя, особенно при высоких сте­пенях наддува;

3) при определенных условиях худшая приемистость.Последние два недостатка характерны только для турбонаддува.

Системы наддува можно классифицировать по:

1) виду привода нагнетателя;

2) конструкции нагнетателя;

3) типу связи между над­дувочным агрегатом и двигателем;

4) принципу действия двигателя.

Привод нагнетателя может осуществляться:

а) от постороннего источника (вспомогательный двигатель, электродвигатель) — по­сторонний наддув;

б) от самого двигателя (мощность отбирается от коленчатого вала) — механический наддув;

в) от турбины, приво­димой выпускными газами — турбонаддув;

г) без нагнетателя по­средством обменника давления — способ «Компрекс».

Конструкция нагнетателя:

а) объемные нагнетатели: поршне­вые и роторные, например воздуходувка типа Рут, винтовой ком­прессор и др.;

б) лопаточные нагнетатели: радиальные, осевые или полуосевые.

Тип связи между наддувочным агрегатом и двигателем и способ отбора мощности:

а) нагнетатель соединен с валом двигателя, тур­бина отсутствует, отбор мощности от коленчатого вала — механи­ческий наддув;

б) нагнетатель соединен с турбиной, наддувочный агрегат свободный, т. е. не имеющий механической связи с двига­телем, отбор мощности от коленчатого вала — свободный турбо­наддув;

в) нагнетатель, турбина и коленчатый вал двигателя меха­нически связаны, отбор мощности от коленчатого вала — комбини­рованный двигатель; г) нагнетатель соединен с коленчатым валом двигателя, отбор мощности от вала турбины — генератор газа.

Принцип действия двигателя: а) двигатель с принудительным зажиганием; дизель; б) четырехтактный; двухтактный.

Очень многие из приведенных выше комбинаций, например комбинированная установка, состоящая из двухтактного дизеля, компрессора объемного типа и газовой турбины, были опробованы экспериментально, однако лишь немногие варианты оказались выгодными для практического применения. Особенно удачным яви­лось соединение поршневого двигателя с наддувочным агрегатом, включающим в себя радиальный компрессор и газовую турбину, так как поршневая машина хорошо приспособлена для малых объемов и высоких давлений, а лопаточные машины наоборот — для больших объемов и низких давлений.

Наддув бензиновых двигателей (часть 7)

 

При разработке систем наддува в ряде случаев ставилась за­дача использования серийного карбюраторного двигателя. В ка­честве примера на рис. 34 дана схема системы турбонаддува дви­гателя автомобиля Polo. Регулирование наддува осуществляется перепуском части отработавших газов помимо турбины; управле­ние работой перепускного клапана осуществляется в зависимости от изменения давления наддува. Серийный карбюратор SolexPICT-5 располагается между выходом из компрессора и впуск­ным трубопроводом двигателя.

В карбюраторе изменены размеры главного и воздушного компенсационного жиклеров, механизм, поддреживающий требуемый уровень топлива в поплав­ковой камере, и характеристика подачи топливного насоса. Авто­мобиль, на котором был установ­лен двигатель с турбонаддувом, при одинаковых мощности и сте­пени токсичности отработавших газов имел значительно лучшую топливную экономичность по сравнению с двигателем без над­дува. Вместе с тем при испытаниях автомобиля Poloбыл отмечен относительно медленный разгон двигателя при резком открытии дроссельной заслонки карбюратора.

Приемистость карбюраторного двигателя с наддувом может быть улучшена при установке турбокомпрессора между карбюра­тором и двигателем. Как показывает сопоставление характеристик совместной работы двигателя и турбокомпрессора, при упомяну­том выше варианте взаимного расположения карбюратора и ком­прессора достигается больший КПД турбокомпрессора, а также частота вращения при одном и том же расходе воздуха через компрессор.

На основе анализа характеристик совместной работы двига­теля и компрессора сделан также вывод, что распространенная в настоящее время система турбонаддува карбюраторных двига­телей с малым проходным сечением проточной части турбины (для обеспечения достаточно высокого значения крутящего момен­та при пониженной частоте вращения коленчатого вала двигате­ля) и перепуском части газов помимо турбины в глушитель (при повышении давления наддува выше заданной величины) имеет ряд существенных недостатков. Для оптимального использования возможностей турбонаддува двигателей с искровым зажиганием к их широкого внедрения требуется дальнейшее усовершенствова­ние системы наддува и, в частности, необходима разработка си­стемы регулирования с переменной геометрией проточной части турбины или какой-либо другой системы регулирования.

---

Newer news items:

Older news items:

---

почему у атмосферных моторов нет будущего :: Autonews

Наддув без вариантов: почему у атмосферных моторов нет будущего

Летом организаторы международного конкурса «Двигатель года» (International Engine of the Year) назвали лучшие моторы 2016 года. Эксперты оценивали силовые агрегаты по нескольким параметрам: экологичность, динамические характеристики и расход топлива. При этом в тройке лидеров не оказалось ни одного атмосферного агрегата. По результатам голосования победу одержал 3,9-литровый битурбо V8, который устанавливают на Ferrari 488 GTB. На втором месте оказалась гибридная силовая установка BMW i8, в составе которой тоже есть наддувный бензиновый мотор объемом 1,5 литра. Третьим стал шестицилиндровый турбированный двигатель Porsche, которым комплектуют спорткары 911. Повальный переход на турбированные моторы в мировом автопроме происходит отнюдь не для обеспечения высоких показателей мощности. По мнению специалистов НАМИ, все дело в экологических нормах, которые могут привести к исчезновению атмосферных моторов.

С атмосферных двигателей можно снять практически такую же удельную мощность, что и с турбированных. Самым высокопроизводительным безнаддувным мотором на текущий момент остается 4,5-литровый V8 от Ferrari 458 Speciale A, который выдает 605 лошадиных сил. Таким образом, удельная отдача агрегата составляет 134 л.с. с одного литра объема. Для сравнения, с 4,0-литрового V6 TFSI с двумя турбинами (Audi RS6) инженеры сняли 605 л.с. – 151 л.с. с одного литра объема.

В автомобильных двигателях без наддува литровая мощность выше 100 л.с. обеспечивается, в первую очередь, за счет повышения его предельных оборотов (быстроходности), пояснил директор Центра «Энергоустановки» ФГУП «НАМИ» Алексей Теренченко. В качестве примера кандидат технически наук вспомнил мотор мотоцикла Honda CBR400F (145 л.с./1 л), максимальная мощность которого достигается на 12 300 оборотах в минуту. Абсолютные рекордсмены здесь двигатели болидов Формулы-1, с которых снимают по 310 л.с. на 1 л, но уже на 19 000 оборотах.
 

Влияние на литровую мощность оказывают и другие факторы: степень сжатия, смесеобразование, сгорание. Например, в 1997 г. Alfa Romeo начала устанавливать на седаны 156 двигатели линейки Twin Spark, в которых было по две свечи на цилиндр. Моторы выдавали рекордную для европейского автопрома по тем временам удельную мощность. «Четверка» объемом 1,75 л обеспечивала 144 л.с., а 2,0-литровый мотор – 165 лошадиных сил. У японских брендов двигатели были еще производительнее. Например, в начале 1990-х Honda разработала DOHC i-VTEC объемом 1,6 л, который выдавал 160 лошадиных сил. При этом максимальная мощность достигалась практически на мотоциклетных оборотах – коленвал Honda Civic раскручивался до 8 тыс. оборотов в минуту. Позже на Honda S2000 появилась бензиновая «четверка» объемом 2,0 л с высокой степенью сжатия, которая выдавала 250 л.с. (125 л.с. на 1 л объема). В российском автопроме рекордсменом по удельной мощности является двигатель АвтоВАЗа под индексом 21127, которым комплектуется Lada Vesta (1,6 л, 106 лошадиных сил).

Представитель НАМИ, в свою очередь, пояснил, что все эти факторы, повышающие отдачу мотора, имеют второстепенное значение. «Быстроходность двигателя ограничивает процесс газообмена, для улучшения которого стремятся увеличить число цилиндров, уменьшить отношение хода поршня к диаметру цилиндра, увеличить количество клапанов на цилиндр, повысить пропускную способность выпускной и особенно впускной системы», - уточнил Теренченко.

Автопроизводители и дальше продолжили бы совершенствовать атмосферные моторы, если бы не жесткие экологические нормы, ограничивающие уровень выбросов СО2 в атмосферу. Одним из самых популярных способов для выполнения требований, помимо сокращения веса автомобилей, является уменьшение рабочего объема двигателей. «При уменьшении рабочего объема пропорционально снижается его мощность и, соответственно, ухудшаются ездовые качества автомобиля. Чтобы избежать этого, крутящий момент и мощность двигателя восстанавливают до уровня двигателя большего литража за счет применения турбонаддува», - объяснил кандидат технических наук, добавив, что в обычном режиме такой мотор работает, как малообъемный «атмосферник».
 

При этом повышение предельных оборотов мотора также позволяет восстановить мощность, однако крутящий момент в этом случае будет низким. Именно по этой причине форсирование двигателя за счет применения турбонаддува более эффективно, чем повышение быстроходности силового агрегата.

При этом, пояснил представитель НАМИ, нет прямой зависимости между форсировкой двигателя при помощи турбины и его надежностью – все зависит от условий эксплуатации. У атмосферных двигателей обратная ситуация: долговечность мотора во многом связана с его литровой мощностью. «С увеличением оборотов и, соответственно, литровой мощности, растут инерционные нагрузки, трение и износ основных деталей, поэтому надежность снижается», - рассказал Алексей Теренченко.

Например, срок службы атмосферного двигателя Формулы-1 равен 1 тыс. км, в то время как на массовых автомобилях эта цифра в среднем составляет 150 тыс. километров. НАМИ также работает над повышением удельной мощности двигателей. По прогнозам разработчиков, реально добиться цифр порядка 125-135 л.с. на 1 л объема за счет применения разных комбинаций новых и традиционных технологий. В том числе, регулируемого клапанного привода, регулируемой степени сжатия, непосредственного впрыска топлива в цилиндры, турбонаддува, гибридизации и электрификации силового агрегата. В моторе будущего флагмана проекта «Кортеж» также предусмотрен целый ряд технических инноваций, но едва ли он будет атмосферным.

Давление

Обычно говорят, что вода замерзает при 0 ° C и закипает при 100 ° C, но это верно только при нормальном атмосферном давлении. Изменение давления также изменяет температуру, при которой вода меняет свое состояние. Повышение давления снижает температуру плавления льда или точку замерзания жидкой воды. Таким образом, атлеты могут скользить по поверхности замерзшего озера.Вес тела сконцентрирован в этом положении в узком положении, таким образом оказывая сильное давление на землю. Это снижает его точку плавления, поэтому температура окружающей среды больше не достаточно низкая, чтобы замороженная вода оставалась твердой. В результате земля под венами сразу превращается в жидкую воду, создавая тонкий слой, по которому скользит лифтер. После езды вода, которая больше не находится под давлением, сразу замерзает. Изменение давления также изменяет температуру кипения воды.При более низком давлении молекулам воды легче попасть в атмосферу, поэтому вода кипит при более низкой температуре, чем обычно. Иногда альпинисты жалуются, что в высоких играх сложно заварить вкусный чай. Это связано с тем, что чем выше ты идешь мы будем лазить. тем меньше над нами воздуха. Соответственно, давление снижается, и температура кипения воды становится слишком низкой, чтобы можно было извлечь желаемый аромат и вкус из чайных листьев.Дальнейшее нагревание увеличит скорость кипения, но не повысит температуру воды. Обратное происходит, когда вода кипятится в скороварке. Это емкость, которая после плотного закрытия не выпускает наружу пар, образующийся при приготовлении пищи. Это увеличивает давление внутри сосуда, затрудняя испарение. В результате температура кипения воды повышается, и она остается жидкой еще долгое время после превышения нормальной точки кипения.Поэтому приготовленные в нем блюда готовятся быстрее. Эффект изменения давления на газы и жидкости используется в холодильниках. В холодильниках одного типа низкокипящая жидкость сначала превращается в газ за счет снижения давления. Это происходит в трубках, которые являются частью системы охлаждения машины. Когда оно превращается в газ, вещество поглощает тепло испарения внутри холодильника, заставляя его остывать. Затем газ сжижается и превращается в жидкость.В этом случае вещество отдает тепло испарения, которое отводится в комнату через систему труб в задней части холодильника.

.

Давление льда - building- qualifications.com

Лед, образующийся в воде, меняет свои свойства в зависимости от температуры. Он может сжиматься и расширяться. При понижении температуры объем льда также уменьшается из-за усадки, и во льду могут возникать трещины. В результате образуются зазоры, которые заполняются водой. Он замерзает под воздействием температуры. [Строительные требования] С другой стороны, при повышении температуры лед имеет свойство расширяться.Если на его пути возникнут препятствия, он будет оказывать на них давление. Таким препятствием могут быть боковые стены плотины. Давление льда ограничено его прочностью на сжатие. Обычно это явление не опасно, потому что по мере расширения ледяной корки лед перемещается к берегу. Таким образом, это позволяет избежать значительного давления на плотину. [Строительная квалификация]

Давление льда

Повышение температуры и его влияние

Необходимо иметь в виду одну зависимость.Чем быстрее поднимается температура, тем больше расширяется ледяная корка. Во время оттепели в резервуар поступает больше воды, из-за чего уровень воды поднимается. Такая ситуация также влияет на расширение льда и, в частности, на его покрытие по направлению к данному резервуару. [Связующее устройство с лицензией на строительство] Это разгружает сам резервуар из-за давления льда. В этом случае можно пренебречь влиянием давления льда в расчетах или принять его значение от 10 до 30 Т / м.Конкретное значение зависит от конструкции, местности и климата. В некоторых странах существуют особые правила и требования в отношении этого явления.

Земля и ил и их давление

Грунты и илы оказывают давление на плотинные сооружения. Сама земля работает как сверху, так и снизу воды. Его значение не слишком велико, поэтому при расчетах мы можем заметить его частые пропуски. В таких случаях в основном учитываются отложения и их влияние.Это влияет на плотины и плотины. Единственная ситуация, когда это не влияет на расчеты, - это наличие специального промывочного оборудования [строительные сертификационные испытания]

Пассивное давление на грунт

Иногда необходимо определить, какое пассивное давление грунта для данной конструкции. Это делается, например, для больших значений выемки в фундаменте и с так называемыми зубьями в задних частях рассматриваемой конструкции. Для обычных плотинных конструкций это не имеет большого влияния на расчеты.В случае конструкций с покрытиями или конструкциями кровли они учитываются на основании стандарта PN-64 / B-02010. Вы должны помнить, что необходимо учитывать данную климатическую зону для данного региона, а также возможность снежного покрова и его толщину. [Экзамен на строительную квалификацию]

Влияние ветрового давления

Ветер может оказать значительное влияние на данную конструкцию. Давление ветра может иметь горизонтальное воздействие на данную конструкцию. Однако его значение ниже, чем давление воды на данную конструкцию.По этой причине он часто не учитывается в расчетах. Направление ветра определяется путем определения направления напора воды. Обычно это влияет только на определенную часть здания. Это зависит от его высоты. В целом можно сказать, что эксплуатация происходит для мест, расположенных выше уровня воды в данном водоеме. [Закон о строительной лицензии]

.

Два лица воды

Недавние исследования показывают, что жидкая вода может быть двух видов. Это открытие объясняет многие парадоксальные свойства этой драгоценной жидкости, но также поднимает вопросы о последствиях, которые она будет иметь для геологии, климатологии и астрофизики.

Вездесущая и банальная по своей структуре (состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода), она считается теми, кто ее хорошо знает, королевой исключений из правил. Одно из самых парадоксальных свойств воды - ее низкая твердотельная плотность.Вот почему айсберги плавают на поверхности океана, а кубики льда - в стакане с водой. Между тем, все другие химические вещества имеют большую плотность в твердом виде, чем в жидком. Эту аномалию можно увидеть еще до образования льда - вода ниже 4 ° C менее плотная, чем вода с температурой выше этой. Список удивительных свойств этой жидкости очень длинный и настолько необычный, что ученым все еще трудно объяснить их все (см. Вставку).

Вопросы о свойствах воды возникли, когда химик Антуан Лавуазье обнаружил ее структуру в 18 веке.Эти сомнения нужно было разрешить быстро. Тем более, что это происходит одновременно в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном), что само по себе очень редко, но породило жизнь на Земле. По мнению ученых, водородные связи являются ключом к пониманию свойств воды. Каждая молекула воды соединяется с четырьмя своими соседями через атомы водорода. Длительность этой привязки составляет всего 1 пикосекунду (10–1, ^2, с). Затем молекулы реорганизуются и снова образуют водородные связи.

Стеклянный лед

Первые указания на неполность представленной модели появились еще в 80-х годах прошлого века. Именно тогда японскому ученому Осаму Мисиме удалось сжать лед под давлением 1,1 ГПа (в 10 раз превышающим давление на дне Марианского озера). Желоб) и при температуре –200 ° C (такая же преобладает в центре атмосферы Сатурна). В этих экстремальных условиях кристаллическая структура льда начинает разрушаться, и молекулы слипаются, как в жидкой воде.Тогда мы имеем дело с аморфным или стеклянным льдом. Мисима обнаружил, что молекулы воды в таком льду выбирают одну из двух конфигураций: так называемую высокая плотность (молекулы упакованы вместе и образуют мало водородных связей) и так называемые низкая плотность, где больше места и связей между ними (см. схему).

Очень быстро возник вопрос: может ли жидкая вода существовать в двух разных формах? Верно, что для твердых тел в этом нет ничего особенного (у льда целых 17 кристаллографических разновидностей), но наличие двух жидких форм чистого вещества - очень редкое явление.Исключение составляет жидкий гелий. Ответа пришлось ждать 40 лет.

Ловкие физики

В 1990-х годах такие теоретики, как итальянец Паола Галло и японец Хадзиме Танака, создали компьютерные модели, которые показали, что жидкая вода действительно может существовать в двух формах. Они объясняют не только то, как - в зависимости от давления и температуры - молекулы воды образуют жидкость с низкой плотностью, но и то, как они реорганизуются в жидкость с высокой плотностью.Более того, по словам исследователей, в стакане чистой воды молекулы постоянно колеблются между двумя формами.

Создатели моделей считают, что двойная природа воды ответственна за все парадоксальные свойства воды. Согласно расчетам, количество воды с низкой плотностью увеличивается с понижением температуры, что объясняет аномалию плотности, описанную выше. Моделям также удалось разгадать одну из самых неприятных загадок физики - существование переохлажденной воды, которая не замерзает даже при температурах до -40 ° C.Оказывается, вода с высокой плотностью все еще может существовать в этих условиях, препятствуя организации молекул в кристаллическую структуру, то есть лед.

Несмотря на свою убедительность, эту теорию необходимо было проверить экспериментально. Тем более, что согласно расчетам можно было разделить две формы воды и наблюдать переход от одной к другой (так называемое превращение жидкость-жидкость). Уловка состоит в том, что соответствующие эксперименты необходимо проводить в условиях, которые трудно достичь в лаборатории без превращения воды в лед (температура ниже -40 ° C).Поэтому физикам, занимавшимся этой проблемой, т. Е. Фредерику Кавену (Лионский университет, Франция), Андерсу Нильссону (Стокгольмский университет, Швеция) и Остен Энджел (Университет штата Аризона, США) пришлось прибегнуть к уловке. Например, Энджелл добавил в воду соль (трифторацетат гидразина), сместив ее точку замерзания до -133 ° C. Исследования, проведенные с использованием инфракрасной спектроскопии (методика, чувствительная к природе водородных связей), показали, что при -80 ° C происходит значительный переход жидкость-жидкость.

Нильссон, с другой стороны, использовал в своем эксперименте вакуум, через который он пропускал капли чистой воды. Прежде чем он испарился, ученый наблюдал за поведением переохлажденной жидкости с помощью рентгеновской спектроскопии. Этот метод отслеживает расстояние между молекулами воды. Чем дольше капля находилась в вакууме, тем интереснее становились результаты эксперимента. Нильссон мог видеть, как вода переходит из своей аморфной формы в жидкость, а затем почти мгновенно превращается в другую, менее плотную жидкость.

Фредерик Кавен поступил иначе. Он плотно запечатал каплю воды в крошечных углублениях в кристалле кварца. Затем он снизил в них температуру, что привело к падению давления при постоянном объеме. Охлаждение продолжалось до получения жидкой воды с отрицательной температурой и давлением ниже, чем в окружающей среде. В таких условиях мы имеем дело с растянутой жидкостью, которая в любой момент может замерзнуть или… испариться. Копен исследовал скорость распространения звука в образцах этой жидкости и, таким образом, пришел к выводу о сжимаемости (чем более сжимается жидкость, тем медленнее в ней распространяется звук).Значения сжимаемости должны постоянно увеличиваться с понижением температуры. Между тем, они сначала увеличиваются, как предсказывает модель, но затем уменьшаются при дальнейшем охлаждении жидкости. Ученый интерпретировал этот максимум на графике как переход от одной формы воды к другой.

Буря в стакане воды

Результаты трех исследователей зажгли стакан воды в мире физики. Не все ученые сочувствовали выводам, сделанным в результате вышеупомянутых экспериментов. Американца обвиняют в том, что он имеет дело не с водой в результате добавления соли, а с ее раствором, и что раствор ведет себя иначе, чем чистое вещество.Также ведутся дискуссии об опыте французов. Эксперты говорят, что наблюдаемое явление является необходимым, но не достаточным условием для определения того, успешно ли завершился переход жидкость-жидкость. Однако исследователи сохраняют оптимизм. Они осознают, что существующая водная модель, которая функционировала веками, больше не соответствует современным знаниям и что мы близки к революционному открытию в этой области.

Как существование двух разновидностей воды повлияло на формирование жизни на Земле? Узнаем ли мы в ближайшее время больше о круговороте воды и климате планеты? Какое влияние окажут последние исследования на то, как другие планеты ищут эту драгоценную жидкость? Чтобы ответить на эти вопросы и, таким образом, убедить ученых всего мира в том, что вода - это не сложная жидкость, а две простые жидкости, находящиеся в очень сложных отношениях, необходимы еще многие годы исследований.

***

Водные аномалии

Физики говорят, что их 70. Вот наиболее часто цитируемые:

• Вода достигает максимальной плотности при 4 ° C. При этой температуре его молекулы наиболее близки друг к другу.

• Вода в жидком виде плотнее, чем в твердом. В кристаллической структуре льда молекулы распределены более рыхло, чем в жидкой воде.

• Вода закипает при нормальных условиях при 100 ° C. Он должен кипеть при комнатной температуре, но водородные связи, существующие между его молекулами, означают, что для превращения жидкости в газ требуется гораздо больше энергии.

• Вода имеет высокое поверхностное натяжение. При комнатной температуре выше только ртуть. Поверхность воды «укреплена» водородными связями.

• Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. В холодной воде больше водородных связей, а значит, для их разрыва требуется больше энергии.

• Вода течет быстрее под давлением. Давление ослабляет водородные связи между молекулами. Таким образом, молекулы становятся ближе друг к другу и, следовательно, легче перемещаются.

***

Переохлажденная вода

В естественных условиях лед является наиболее устойчивой фазой воды при температуре ниже 0 ° C. Это связано с тем, что такие загрязнители, как частицы пыли, создают так называемые зарождение, вокруг которого могут образовываться кристаллы льда. В лабораторных условиях эти загрязнения можно легко удалить, и, следовательно, жидкую воду можно охладить до температуры значительно ниже 0 ° C. Однако при понижении температуры движение молекул замедляется и ниже прибл.-40 ° C, кристаллизуется даже очень чистая вода.

***

Растянутая жидкость

Явление растянутой жидкости существует, в частности, в в соке деревьев высотой более 10 метров, таких как 100-метровый Центурион, самое высокое лиственное дерево в мире. Явление возникает, когда сок поднимается от корней к самым высоким частям растения. Движущей силой этого процесса является испарение воды через листья. Таким образом, перепад давления составляет 1 бар на каждые 10 м высоты дерева.

***

Сверхкритическая вода

Можно ли развести огонь водой? Оказывается, это так. Однако для этого требуется вода в сверхкритическом состоянии, которая образуется при очень высоких температурах (373 ° C) и давлении (около 22 МПа). Когда такая вода смешивается с любым органическим веществом, происходит реакция окисления добавленного материала. Другими словами, он горит без огня. Единственными побочными продуктами этого процесса являются углекислый газ и обычная вода.Эта технология используется, среди прочего, ВМС США уничтожат отходы на некоторых своих кораблях.

***

Вода под вакуумом

Как известно, при понижении температуры вода замерзает. С другой стороны, при понижении давления вода закипает при температуре ниже 100 ° C. Но что происходит, когда мы помещаем каплю воды в вакуум с низким давлением и температурой? Астронавты, наблюдавшие за поведением своей собственной мочи, выброшенной в космос, говорят, что вода закипает первой, а образующийся при этом водяной пар почти сразу замерзает.Процесс прямого перехода из газообразного в твердое состояние называется ресублимацией.

***

Плотный лед

Во льду, как мы его знаем, молекулы воды образуют связанные шестиугольники. Между тем, существует целых 17 кристаллических фаз, которые могут принимать молекулы воды при соответствующих условиях. В так называемом на льду VII они упакованы так, что его плотность больше, чем у жидкой воды! Стабильный при высоком давлении и широком диапазоне температур, среди прочего можно найти плотный лед.в на Нептуне. Это могло также возникнуть на нашей планете. Точнее, в мантии Земли, откуда год назад был найден алмаз, в котором сохранилась эта форма льда. Необычная находка - первый естественный образец льда VII, с которым столкнулись люди.

.

Горячий лед твердый, как железо

Если кто-то думает, что воду можно найти только в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном, вы можете быть удивлены, сколько фаз может принимать обычный h3O. Из них 15 наблюдались, 8 описаны только теоретически.

Американские ученые из Ливерморской лаборатории совершили прорыв - они воссоздали малоизученное состояние воды, называемое суперионным, расположенное, вероятно, в ядрах Нептуна и Урана.

Существование необычного льда было предсказано еще в 1988 году.но до сих пор никому не удавалось создать условия, преобладающие внутри планет. При очень высокой температуре и огромном давлении атомы кислорода «замораживаются» в кристаллической решетке, но водород движется свободно. Суперионная вода - это немолекулярный лед - промежуточное состояние между твердым телом и жидкостью. Интересно, что вода в эта форма тверда, как железо, и обладает сверхпроводимостью.

Это означает, что электрическое сопротивление, называемое сопротивлением, падает до нуля. Сверхпроводимость сопровождается выталкиванием магнитного поля.Тогда возникает вопрос, объясняет ли существование суперионной воды внутри Нептуна и Урана загадочную асимметрию их нетипичных магнитосфер.

Удары высокого давления

В 1946 году Перси Бриджман был удостоен Нобелевской премии за разработку оборудования для сверхвысокого давления. В результате удалось обнаружить пять различных кристаллических форм льда. С тех пор проводятся исследования поведения h3O в экстремальных условиях.

В статье, опубликованной в феврале в журнале Nature Physics, исследовательская группа из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL), Калифорнийского университета в Беркли и Университета Рочестера представила ощутимые доказательства существования суперионной водной фазы.

Используя ударное сжатие, команда показала, что лед тает при температуре 5000 кельвинов (более 4700 градусов по Цельсию) под воздействием давления, в 2 миллиона раз превышающего давление в атмосфере Земли - 200 гигапаскалей (ГПа).

«Наши эксперименты подтвердили основные предсказания суперионного льда: очень высокую протонную / ионную проводимость в твердом теле с высокой температурой плавления», - сказал ведущий автор Мариус Милло, физик из LLNL.Наша работа предоставляет экспериментальные доказательства существования суперионного льда и показывает, что эти предсказания не были вызваны артефактами моделирования, а фактически отражали необычное поведение воды в правильных условиях. Это подтверждение самых современных квантовых симуляций.

16 декабря 2021 г.

Каким будет 2022 год с точки зрения инвестиций и развития рынка капитала?

Подробнее см.

.

Поместив воду между ромбами, команда приложила к ней давление 2,5 ГПа (25 000 кг).атм) при комнатной температуре, чтобы сначала сжать его в необычный кубик льда.

Затем производилось ударное сжатие с помощью LLE-лазера Омега-60. На один из алмазов подавался импульс УФ-излучения длительностью 1 наносекунд. Это вызвало сильные ударные волны в несколько сотен ГПа, которые одновременно сжимали и нагревали лед.

- Из-за предварительной обработки воды требовалось меньше шокового нагрева, чем для окружающей воды. «Мы наконец смогли достичь предсказанной стабильности суперионного льда», - сказал Милло, добавив, что это были очень сложные эксперименты.Он и его команда потратили около двух лет на измерения и еще два года на разработку методов анализа данных.

Вода в ядрах планет

Создание суперионного льда в лабораторных условиях вносит большой вклад в планетологию, потому что Нептун и Уран могут содержать огромное количество воды в этой форме. Эти планеты-гиганты в основном состоят из 65 процентов смеси аммиака и метана. вода.

Еще десять лет назад считалось, что их интерьер жидкий.Это открытие подтверждает новую гипотезу о том, что ядра Урана и Нептуна имеют только тонкий слой жидкости и толстую «мантию» из суперионного льда.

«Магнитные поля предоставляют важную информацию о внутреннем строении и эволюции планет, поэтому мы рады, что наши эксперименты могут помочь разгадать загадку странных магнитных полей Урана и Нептуна», - сказал физик и астроном проф. Раймонд Жанло, соавтор статьи из Калифорнийского университета в Беркли. «Также интригует то, что на этих планетах существует замороженный лед с температурой в тысячи градусов, и это то, что мы получили доказательства.

«Следующим шагом будет определение структуры суперионной кислородной сети», - сказала Федерика Коппари, физик LLNL и соавтор статьи.

В будущем команда планирует увеличить начальное сжатие льда и распространить исследования на другие материалы, такие как гелий. Эти анализы более репрезентативны для газообразных планет, таких как Сатурн и Юпитер.

Экзопланеты, похожие на Уран и Нептун, более распространены в космосе, чем газообразные Юпитеры. Поэтому понимание ближайших к нам ледяных гигантов важно. В конце концов, они представители широко распространенного класса планет. ©?

.

Давление - Medianauka.pl

Давление p - это частное значения контактной силы F и площади поверхности S , на которую действует эта сила.

Формула давления следующая:

Единица давления - один паскаль (1 Па):

Обратите внимание, что давление - это скалярная величина, так как мы учитываем только значение силы при расчете давления. Здесь мы предполагаем, что сила F действует перпендикулярно поверхности S .

Давление - это сила давления, оказываемого жидкостью на стенки сосуда, в котором она находится, или на предметы, погруженные в нее.

Приборы , с помощью которых мы измеряем давление:

Задача

Рассчитайте давление, оказываемое грузом весом 1 кг на площадь 1 см ² .

У нас есть заданная масса гирьки. Следовательно, его вес равен: Q = F = mg = 1 кг 9,81 м / с ² = 9,81 Н.

Преобразуем единицу площади в см ² в м ² : S = 1 см ² = 1 · (10 ^-2 м) ² = 10 ^-4 м ² .

Рассчитаем давление: p = F / s = 9,81 / 10 ^-4 Па = 9,8110 ⁴ Па = 98100 Па = 981 гПа.

Мы использовали приведенную выше единицу гектопаскалей (гПа), которая представляет собой комбинацию префикса гекто и единицы паскаль. Префикс гекто означает число / множитель 100. Мы часто используем единицы гПа для обозначения атмосферного давления.

Единицы давления

Вот другие единицы давления:

90 075 мм рт. Ст.

Значение	Экспоненциальная	Блок	Имя
0.000001	10 -6	МПа	мегапаскаль
0,01	10 -2	гПа	гектопаскаль
1	1	Па	Паскаль
0,00001	10 -5	бар	бар
0,00000986923	9,869233 10 -6	атм	физическая атмосфера
0.0000101972	1.01971610 -5	при	техническая атмосфера
0,00750064	7.500638 10 -3	миллиметр ртутного столба
0,00750064	7.500638 10 -3	Tr	трек
0,101972	1.01971610 -1	мм вод. Ст.	миллиметр водяного столба
0.101972	1.01971610 -1	кг / м2	килограмм-сила на квадратный метр
0,000145033	1,450326 10- 4	фунтов на кв. Дюйм	фунтов на квадратный дюйм

Вопросы

Как ориентироваться по тонкому льду, чтобы он не лопнул?

Когда мы стоим на льду, наш вес оказывает давление на небольшую поверхность льда (равную поверхности подошвы нашей обуви).Если теперь мы ляжем на лед, та же сила (наш вес не изменится) будет действовать на гораздо более крупную поверхность (контур нашего тела). Другими словами, выйдя на лед, мы значительно уменьшим давление, которое наши тела оказывают на лед.

Еще один фактор безопасности - медленные движения. Например, если мы начинаем прыгать по льду, мы прикладываем к его поверхности дополнительную силу, возникающую в результате ускорения, полученного при свободном падении.

Что такое вакуумное давление?

Давление в вакууме находится в диапазоне 0,000001 Па = 10,^–6, Па.

Какие самые высокие давления используются в технических исследованиях?

При испытании свойств твердых тел используются давления порядка 100 000 000 = 10 ⁸ Па.

Что такое артериальное давление?

Артериальное давление - это давление крови на стенки самых больших артерий (например, в артерии руки). Это выше артериального давления в венах.

В момент сокращения сердца, когда кровь выталкивается из сердца в аорту, артерии имеют самое высокое давление, обычно от прибл.От 90 до 135 мм рт. в момент диастолы - она ​​самая низкая, например примерно от 50 до 90 мм рт.

В медицинской практике значение как систолического, так и диастолического артериального давления важно для оценки состояния здоровья. Обычно приводятся оба значения и записывается следующее: 120/80 мм рт.

Среднее артериальное давление:

• Взрослый: 120/80 мм рт. Ст. 90 271
• Детский: 110/75 мм рт.

Что такое атмосферное давление?

Об этом читайте в статье об атмосферном давлении.

© medianauka.pl, 2019-05-03, ART-3633

Другие вопросы этого урока

Общие свойства флюидов

Что такое газ, жидкость и твердое вещество, будет обсуждаться в разделе о свойствах иметь значение. Теперь нам достаточно рассмотреть некоторые особенности жидкостей и газов, отличающие их от твердых тел.

Закон Паскаля

Давление, оказываемое извне на жидкость или газ, распространяется равномерно во всех направлениях.

Гидростатическое давление

Давление столба жидкости в состоянии покоя - это гидростатическое давление.

Закон Архимеда

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, равная весу жидкости или газа, вытесняемого этим телом.

Соединенные сосуды

Соединенные сосуды - это как минимум два сосуда, в которых жидкость может свободно течь между ними.

Мы невесомые в падающем лифте?

Если лифт внезапно сломается и начнет падать вместе с нами, будем ли мы во время падения невесомыми? Следует ли прыгать непосредственно перед тем, как удариться о землю, чтобы свести к минимуму травму?

Почему в боксе используются перчатки?

Для чего нужны боксерские перчатки? Достаточно ли они защищают от травм головы? Случаются ли несчастные случаи, несмотря на их использование?

.

Открыта совершенно новая ледяная фаза

.

Три года назад группа исследователей модифицировала одну из существующих ледяных структур, превратив ее в так называемый лед β-XV. Теперь члены этой команды определили его точную кристаллическую структуру, ответив на вопросы о том, как она образована, и назвали ее лед XIX.

Это открытие может помочь нам лучше понять, как лед образуется и ведет себя в инопланетных условиях, сильно отличающихся от земных.

Лед, который мы видим в морозильной камере или падающий с неба в виде снежинок или града, является наиболее распространенным естественным льдом на Земле. Он называется льдом I, и его атомы кислорода расположены в гексагональной решетке. Но содержащиеся в нем атомы водорода гораздо более неупорядочены.

Когда лед I должным образом охлаждается, атомы водорода могут периодически менять порядок. Таким образом, ученые в лаборатории могут создавать различные фазы льда, которые имеют гораздо более упорядоченные сети кристаллических молекул, чем их неупорядоченные родительские формы.

Группа физиков-химиков из Университета Инсбрука уже некоторое время работает над фазой VI льда. Это одна из форм льда, которую можно найти в природе, но только при очень высоком давлении, в 10000 раз превышающем атмосферное давление на уровне моря (около 1 гигапаскаль), например, такое, которое находится в мантии Земли или окружает ядро ​​луны Сатурна - Титан. .

Как и Ice I, Ice VI относительно неупорядочен. Его упорядоченная по водороду форма - Лед XV - была открыта только около десяти лет назад.Он образуется при охлаждении льда до температуры ниже -1439013 на ° C при давлении около 1 гигапаскаль.

Несколько лет назад, изменив этот процесс, исследователи создали другую фазу льда. Замедлили остывание и еще больше снизили температуру, а давление повысили до 2 гигапаскалей. Таким образом была создана вторая система молекул водорода, отличная от льда XV, которую назвали льдом β-XV.

Рисунок

. / 123RF / PICSEL

Подтверждение того, что этот лед был отдельной фазой, было отдельным препятствием, требующим замены обычной воды так называемой тяжелая вода. «Нормальный» водород не имеет нейтронов в ядре, но тяжелая вода основана на дейтерии - форме водорода, в ядре которой находится один нейтрон.

Чтобы определить порядок атомов в кристаллической решетке, ученым необходимо рассеять нейтроны от ядер, поэтому это невозможно сделать с обычными атомами водорода.

- К сожалению, это также значительно увеличивает время, необходимое для укладки льда. Аспирант Тобиас Гассер придумал добавить несколько процентов простой воды к тяжелой воде, что значительно ускорило сам процесс, сказал Томас Лоэртинг, химик из Университета Инсбрука.

Это позволило ученым получить нейтронные данные, необходимые для построения кристаллической структуры. Предполагается, что он отличался от Ice XV, получив официальное название девятнадцатой известной фазы - Ice XIX.

Ice XV и Ice XIX - первые известные фазы, которые имеют одинаковую структуру кислородной решетки, но различаются расположением атомов водорода. Это химические братья и сестры, которых мы раньше не видели.

видео

Видеопроигрыватель требует, чтобы в браузере был включен JavaScript.

«Теперь ты знаешь»: Как не заблудиться в космосе? Deutsche Welle

.

Моя физика

Моя физика

ЕЩЕ ОДИН ЗИМНИЙ ВПЕЧАТЛЕНИЕ

Я давно устал от физической стороны лайв-катания. Я не буду сейчас цитировать свои высказывания по этому поводу, не буду искать литературу, подтверждающую обоснованность моих сомнений. Поделитесь своим вчерашним опытом с читателями.
Я могу кратко описать, что меня особенно беспокоит:

1. В учебниках я много раз встречал утверждение, что земля тает под действием стихии и скользит по воде, потому что сама земля совсем не скользкая.Почему тонет? Это связано с тем, что острая кормушка оказывает большое давление на землю, и это высокое давление снижает точку замерзания воды, и под таким давлением земля перестает быть льдом, потому что превращается в воду.

2. Достаточно взглянуть на физические таблицы, чтобы увидеть, что, например, при температуре льда, скажем, минус пять градусов Цельсия, питатель должен будет создать давление несколько сотен атмосфер, чтобы растопить эту землю.

3. С острыми прожилками большая сила оказывает давление на землю не более нескольких атмосфер.А при быстрой езде, например, это давление держится доли секунды. «Шершавая» земля замедлит лифтера, а мы знаем, что это не так. Человек, стоящий на одном месте, упал бы на землю, если бы он его утопил. После этого ей будет тяжело выходить из дока. Ничего подобного мы не наблюдаем.

4. Скажем так, смело НЕТ. Люди едят не так. Ld IS fox для подошв обуви, детских двойных строп, санок для ножей, для всех видов, форм и размеров жилок, для любого возраста и веса.

Я до вчерашнего дня устал от этой темы и вот поставил эпохальный эксперимент. Мы создадим свет в виде пиратского лепрекона (возраст около 100 лет) из алюминия. Фото 1 Карлик до конца держал стол в равновесии, поэтому я ожидал, что он будет вести себя прилично на льду (предварительно приготовленном в морозилке).

Пожалуйста - может, кто любит загадки - ответьте на вопрос, что будет, если сосуд со льдом (прямо из морозилки - наверное, на несколько градусов ниже 0С) немного накренится, так что карлик окажется на склоне? Я бы очень хотел, чтобы Читатель не читал дальше.Я бы очень хотел дать вам хотя бы несколько вариантов ответа. Подумайте сами, что - должно произойти, как создать условия, чтобы карлик продемонстрировал способность выполнять этот единственный слайд. Уверяю вас: живые были острыми, параллельны друг другу и хорошо прилегали к ногам гнома.

Что ж, оказалось, что наш лепрекон выдержал довольно много наклонов и не собирался падать по простой причине. Бедняжка замерзла, как только ее поместили. Еще через мгновение, когда поверхность льда покрывается водой, наш Кошаек-Опаек явно проваливается в землю.Наверное, обе ноги не были равны, потому что со временем это выглядело как на следующих картинках картинки

Экспериментатор не должен ломаться (как и наказание), а виновная сторона должна делать выводы из сделанных наблюдений. Очевидно, что первый закон термодинамики выполняется. Тепло течет от теплых ледяных лоз, земля тает, и живые существа - очень хороший проводник и соединение льда с окружающей средой - обеспечивают это тепло до тех пор, пока кусок металла выступает из-под льда, а может быть, и дольше.Карлик не хочет кататься, потому что он не может, потому что он падает с финишной черты (то есть уже на старте), и это определенно не из-за давления, оказываемого на землю. Почему замерзает? Типичная регеляция? Точно так же, как теплые руки для холодной дверной ручки. О, это хорошая тема для «зимних» впечатлений.

WD

---

Версия для печати

к игре .

---

Смотрите также

• 
  Какое масло лить в кпп приора
• 
  Тепловой зазор клапанов
• 
  Камеры сосново
• 
  Покраска авто своими руками баллончиком
• 
  Как снимать аккумулятор с машины
• 
  Как крепятся рейлинги на крышу
• 
  Как припарковаться между двумя машинами
• 
  The blazer
• 
  Как закрасить скол на автомобиле
• 
  Продление диагностических карт
• 
  Трансмиссионное масло для уаз патриот