內燃機專區

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acetw  於 2003/06/28 08:19
內燃機專區

###############文接”潛艦還能國造嗎”#################

>濱線  於 2003/06/27 23:57
Re:潛艦還能國造嗎 (3-1)

>>同樣功率下,壓縮比愈大,主機的size基本上也愈大吧!

>當然是錯的
很明顯的﹐這是很草率﹐未經某種程度思考下的結論
本欄已明顯過份偏題﹐每種討論都這樣玩下去﹐已經失去討論的意義
想談內燃機者請開另一欄
這個問題的答案﹐
1 可以去翻Heywood,Taylor的內燃機等書﹐全台灣的大專院校都有﹐Heywood的書甚
至是大學部的教科書﹐而Taylor的書雖然老舊﹐卻是基礎經典
2 有興趣者﹐請開另一欄﹐個人願意提出看法﹐其實是很簡單的


好吧!應該說得更清楚:同樣功率、同樣轉速、同樣科技水準下(能承受的最大壓力、溫度差不多),壓縮比愈大,柴油機的尺寸愈大。


NO:76_1
濱線  於 2003/06/28 08:54
Re:內燃機專區

>好吧!應該說得更清楚:同樣功率、同樣轉速、同樣科技水準下(能承受的最大壓
力、溫度差不多),壓縮比愈大,柴油機的尺寸愈大。

功率=轉速X扭力
轉速與尺寸無關
扭力就與燃燒壓力﹐活塞大小有關
那麼壓縮比愈大﹐代表達到最大壓力愈大
如果是同樣的尺寸下

壓縮比愈大﹐則輸出馬力越大
如果是同樣的功率、同樣轉速下﹐壓縮比愈大的柴油機﹐可以把氣缸做更小﹐而達
到壓縮比較小﹐但氣缸較大的柴油機等同的馬力

可能有人認為﹐壓力變大﹐那麼氣缸外套得更厚﹐是可以加更厚﹐頂多多幾公分就
很了不起了﹐其實提高壓縮比﹐也是從14﹕1到15﹕1的量級挑戰﹐而非一次大躍進﹐
當材料到一個程度﹐燃料的抗爆震性也是挑戰

與個例子﹐沒記錯的話﹐數年前台灣流行改裝喜美的PGM-FI引擎﹐就是從提高壓縮
比下手﹐但引擎整體尺寸沒變﹐雖是汽油機﹐還是可類比一下


NO:76_2
濱線  於 2003/06/28 09:01
Re:內燃機專區

>燃料的抗爆震性也是挑戰

抱歉﹐這是汽油機主要的問題﹐柴油機反到不是那麼嚴重


NO:76_3
濱線  於 2003/06/28 09:09
Re:內燃機專區

>其實提高壓縮比﹐也是從14﹕1到15﹕1的量級挑戰

mistake again. forgive my terrible memory.
It is around the range of 15:1~18:1 for direct injection, and 20:1~24:1 for indirect injection.


NO:76_4
acetw  於 2003/06/28 09:19
Re:內燃機專區

仔細想想,這個討論好像沒什麼意義,一開始命題就有問題…

同樣條件下,壓縮比比較高的柴油機,注定能承受更高的溫度和壓力,所以不可能有”同樣技術條件”這種事…

當初沒想清楚^^bbb

不過,轉速低的柴油機,的確會比較大,這點倒是沒錯…


NO:76_5
小毛  於 2003/06/28 10:19
Re:內燃機專區

MESMA似乎沒有所謂的壓縮比的問題喔!
因為MESMA似乎是密閉燃燒柴油和氧來加熱鍋爐,產生蒸氣,再用蒸氣來發電。不是一般的柴油發電機或是柴油引擎,所以理論上噪音會比較小。

如果有錯請更正。謝謝!


NO:76_6
acetw  於 2003/06/28 11:16
Re:內燃機專區

是燒乙醇吧??

我是不知道它是怎麼發電的啦!不過如果是蒸氣活塞/渦輪,那效率是一定爛的…


NO:76_7
小毛  於 2003/06/28 11:46
Re:內燃機專區

剛剛去確認,MESMA的確是燒乙醇,謝謝指正。

NO:76_8
SANJYSAN  於 2003/06/28 19:00
Re:內燃機專區

老實說我覺得開這欄意義不大。

吾人根本不需考慮SS所用之柴油機/內燃引擎壓縮比、功率與效率如何。因事實上所有潛艇均備有柴油機作為主要或緊急動力。此事實便足以證明一切。

至於聲稱內燃機-電動機之類混合動力系統效率低落的說法則更是無稽。因:
1.
70年代以來所有SS均揚棄內燃機直接驅動傳動軸的方式而改用柴-電間接驅動的方式來作為潛艦動力。以提高引擎效率與降低噪音。

2.
柴-電、汽-電混合引擎已開始商業化。(這類研究很久以前便已經開始,好幾期的牛
頓雜誌都有詳細的追蹤報導)

3.
未來美國海軍打算進行水面艦艇的全電力驅動化,亦為將直接構連傳動軸的引擎(蒸汽渦輪機)
與傳動軸抽離,改透過發電機與電動馬達構連提供動力,以提升軍艦的航程與續航力。

其實最大的問題就是,某位仁兄將引擎效率當成引擎速度來看,以為越高轉速的引擎效率越高。而這是錯誤概念。這可以舉很簡單的例子加以駁斥:以同一顆機車引擎為例(其他優缺點均可消去),當騎士將油門開到最大時,引擎轉速最高,車子速度也越快。但此時由於耗油量大增,整體燃料效率反而降低,
同樣一個油箱的燃油能跑的距離反而簡短。

任何引擎均有其最佳效率操作包線,但實際上操作時,卻常常因為環境上的突發需求而需加減速度,從而跨越最加效率包線降低引擎效率。但若是在引擎與傳動軸之間插入一個buffer(電池組與電動機),則雖然會有能源轉換上的損失,但引擎卻可因此持續維持最高效率運轉而提昇效率。

當然,buffer提升的效率不一定高於其所導致的損失,但若是所失大於所得,則此一特定系統便不會被大量運用。當此系統被大量運用時,便表示技術的發展史其正處於所得大於所失的情況。

類似的例子並不僅發生在熱機上,任何具有流(stream)的概念的事物均適用這種概念。最為版上人所熟知的例子,我想應該就是cpu、硬碟、光碟燒錄機的cache,包含各式硬體cache或軟體動態cache。這些cache是在資訊串流中加入額外的存取動作(若無cache則各裝置進行的是對io的直接讀寫),表面上這些cache額外的讀取動作帶來額外的時間損失,但整體來看反而會增加系統的運作效率,提升整體的運作速度。

當然,cache的大小需要最佳化,否則便所失大於所得。dos時代使用smartdrv自己過設定cache的人應當記得有時過大的cache反而會讓系統速度拖慢而非增快。


NO:76_9
濱線  於 2003/06/29 11:18
Re:內燃機專區

>老實說我覺得開這欄意義不大。
吾人根本不需考慮SS所用之柴油機/內燃引擎壓縮比、功率與效率如何。因事實上所
有潛艇均備有柴油機作為主要或緊急動力。此事實便足以證明一切。

這欄只是不想把原來在潛艇欄繼續岔題
平心論﹐柴油機/內燃引擎壓縮比的設計與潛艇空間無關
這欄除了避免繼續岔題﹐只想釐清一點觀念爾

>其實最大的問題就是,某位仁兄將引擎效率當成引擎速度來看,以為越高轉速的引
擎效率越高。而這是錯誤概念。這可以舉很簡單的例子加以駁斥:以同一顆機車引
擎為例(其他優缺點均可消去),當騎士將油門開到最大時,引擎轉速最高,車子速
度也越快。但此時由於耗油量大增,整體燃料效率反而降低,


這的確是錯誤的觀念﹐在高速運轉下﹐不代表燃燒效率高﹐但磨擦力通常較小
最正確看引擎效率的方式還是看扭力曲線

>任何引擎均有其最佳效率操作包線,但實際上操作時,卻常常因為環境上的突發需
求而需加減速度,從而跨越最加效率包線降低引擎效率。但若是在引擎與傳動軸之
間插入一個buffer(電池組與電動機),則雖然會有能源轉換上的損失,但引擎卻
可因此持續維持最高效率運轉而提昇效率。

當然,buffer提升的效率不一定高於其所導致的損失,但若是所失大於所得,則此
一特定系統便不會被大量運用。當此系統被大量運用時,便表示技術的發展史其正
處於所得大於所失的情況。

類似的例子並不僅發生在熱機上,任何具有流(stream)的概念的事物均適用這種概
念。最為版上人所熟知的例子,我想應該就是cpu、硬碟、光碟燒錄機的cache,包
含各式硬體cache或軟體動態cache。這些cache是在資訊串流中加入額外的存取動作
(若無cache則各裝置進行的是對io的直接讀寫),表面上這些cache額外的讀取動作
帶來額外的時間損失,但整體來看反而會增加系統的運作效率,提升整體的運作速
度。

阿彌陀佛﹐這已是能量管理大法
第一次看到引擎能量管理與multi-level cache﹐甚至prefetch﹐write-back,write-around可
相類比﹐實在很有趣﹐但的確是很實用的觀念﹐看來一些學內燃機的朋友可修一些
operation research or computer architecture的觀念﹐但通常學這方面的朋友通常有個臭脾氣﹐常視這類研
究為小節﹐寧可發瘋研究排氣調協﹐噴射霧化等﹐其實這種buffer的觀念很有用﹐
YAMAHA的兜風50以前就玩一種能量導入系統﹐很簡單的小容器﹐用來蓄存來不及進
入氣缸的混合氣


NO:76_10
濱線  於 2003/06/29 11:43
Re:內燃機專區

>舉個簡單的例子,一公斤液氫理論上(實際上由於工藝問題,低於這個值)可以提供
28900千卡熱能(相當於3kg汽油)或121091kJ。約相當於33.6千瓦時。這是說,1kg的
液氫的能量,可以以1千瓦的能量連續輸出33.6個小時(換成馬力的話,就是1.34馬
力持續輸出33.6小時)。而儲存液氫需要巨大壓力與20K的低溫,假設維持此種冷凍
系統需100瓦的電力輸出(相當於一個大燈泡),則1kg液氫的能量輸出,將可以維持
這種高壓冷卻系統336的小時/兩週。

以上也就是說,在這種設定下(維持1kg液氫冷卻儲存狀態的能源輸出需求為100瓦),
將1kg的液氫維持儲存狀態,只要336hr,其所能提供的能量便完全消耗在維持自己
狀態上了。另外,實際上的時間應該比較長。因為隨著時間的過去,1kg的液氫會逐
漸消耗(用以維持冷藏狀態),質量越少,所需投入的維持能量也就越少。這基本上
是一個積分公式而非線性減少。粗略估計時間應為兩倍,約28天/四周。

這是原來在NO:63_117的討論﹐因為某位老大(NO:63_129)認為液氫的儲存方式與燃
料電池沒有很必要的關係(因為SOFC)
所以個人就移到此鬼扯一下﹐以避免岔題
液氫的儲存是需要巨大壓力與20K的低溫﹐但是若儲藏系統設計得當的情況下﹐可能
不需花費大量能量來維持冷凍系統﹐首先﹐若採取真空隔層如同dewar﹐熱損失會變
小﹐而維持真空的能量不需太高﹐此外﹐潛艇外界是相當低溫的深海﹐熱機運作的
溫差應可降低﹐個人沒修過冷凍工程﹐僅以簡單的熱機學推敲一翻﹐歡迎指正


NO:76_11
acetw  於 2003/06/29 14:14
Re:內燃機專區

>某位仁兄將引擎效率當成引擎速度來看,以為越高轉速的引擎效率越高。而這是錯誤概念。

誰把引擎效率當成引擎速度來看啦?我說什麼?我說,如果,你要做柴油機AIP,而且不用二次電池,那麼你的柴油機是不是得要設計成要多少電發多少電?這種情況下,當你要慢速運轉時,難道不會效率比較低?不會扭力下降?

>70年代以來所有SS均揚棄內燃機直接驅動傳動軸的方式而改用柴-電間接驅動的方式來作為潛艦動力。以提高引擎效率與降低噪音。

麻煩你提出證據來證明這樣的”引擎效率”有”提昇”。明明那就是一個降音噪音的東西,都可以被你說成是提昇效率,如果可以提昇效率,那怎麼以前不做,現在才在做?老美的SSN不搞電力驅動,他們都是笨蛋是吧?電力驅動能節省能量都有特定的利益(我之前有說,比方說煞車和高低速的效率問題),但是對不起,在力學能─電能─力學能轉換損失低到足以交換那些利益之前,很難,這也就是為什麼現在才開始普及的原因。


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