دارة الهواء القياسية Air Standard Cycles  

دارة الهواء القياسية Air Standard Cycles :

العمليات التي تحدث في أسطوانة محرك الاحتراق الداخلي شديدة التعقيد، في البداية يسحب الهواء (محركات CI) أو مزيج الهواء بالوقود (محركات SI) ويختلط بالكميات الصغيرة من غازات الاحتراق المتبقية من دارة العمل السابقة ثم يضغط المزيج ويحترق منتجاً غازات احتراق تتألف عادةً من غازات الاحتراق المتبقية من دارة العمل السابقة ثم يضغط المزيج ويحرق منتجاً غازات احتراق تتألف عادةً من CO₂ + H₂O + N₂ مع كميات ضئيلة من مركبات أخرى، بعد عملية التمدد يفتح صمام التصريف لنتدفع نواتج الاحتراق إلى الوسط المحيط وهكذا نجد أن هذه الدارة مفتوحة ويرافقها تغير في تركيب الوسيط العامل وبالتالي فإن تحليلها صعب.

لجعل تحليل دارة المحرك أسهل في الدراسة، فإنه يتم تقريب الدارة الحقيقية من "دارة الهواء القياسية" Air Standard Cycles التي تختلف عن الدارة الفعلية بما يلي:

• يعامل المزيج الموجود في الأسطوانة كالهواء وذلك خلال مجمل الدارة ويستخدم في تحليل القيم المميزة للهواء، يعد هذا تقريباً جيداً خلال النصف الأول من الدارة، عندما يكون الجزء الأكبر من محتوى الأسطوانة هواء يحتوي فقط %7 وقوداً وحتى في النصف الثاني من الدارة عندما يكون تركيب الغاز بالدرجة الأولى CO₂، H₂O، N₂ فإن استخدام خواص الهواء لا يسبب أخطاء كبيرة في التحليل، يعتبر الهواء هنا غازاً مثالياً يمتلك قيماً حرارية نوعية ثابتة.
• تم تعديل الدارة المفتوحة إلى دارة مغلقة بحيث تعاد الغازات المطروحة إلى الغازات التي تدخل إلى الأسطوانة وتخرج منها تعتبر هواءً، إن جعل الدارة مغلقة يسهل عملية التحليل.
• تتم الاستعاضة عن عملية الاحتراق بعملية "إضافة حرارة" Q_in ذات محتوى حراري مساوٍ لما يصدر عن الاحتراق، الهواء وحده لا يمكن أن يحترق.
• في عملية الطرح المفتوحة، تطرح كمية من الإنتالبي إلى الخارج وهذه يُستعاض عنها في الجملة المغلقة بعملية "طرح للحرارة" Q_out، تعادل الإنتالبي المطروح.
• يستعاض عن العمليات الفعلية في المحرك بعمليات مثالية أي:

1. إن شوطي الامتصاص والتصريف اللذين يتمان بثبوت الضغط تقريباً، يعتبران بثبوت الضغط.
2. يعتبر شوطا الانضغاط والتمدد عمليتين أيزونتربيتين أي أنهما أدياباتيتان وعكوستان، ثمة بعض الاحتكاك بين المكبس وجدران الأسطوانة ولكن التنعيم الشديد للسطوح والتزييت الجيد لها يبقي الاحتكاك في الحدود الدنيا ويجعل العملية شبه عديمة الاحتكاك وعكوسة ولو لم يكن هذا صحيحاً فإنّ محركات السيارات مثلاً ستتآكل قبل أن تقطع 150 إلى 200 ألف ميلاً، مع أن هذه الأرقام عادية للمحركات قبل صيانتها، كذلك فإن ثمة احتكاك بسبب حركة الغازات ضمن الأسطوانات ولكنه بدوره صغير أيضاً، انتقال الحرارة لكل الأشواط صغير ومهمل بسبب صغر الوقت المخصص للشوط وهكذا فإن اعتبار العمليات ايزونتروبية (ادياباتية وعكوسة) ممكن وقريب من الواقع.
3. يعتبر الاحتراق عملية تجري بثبوت الحجم (في محركات SI) وبثبوت الضغط (في محركات CI) أو خليطاً من هاتين العمليتين (المحركات المشتركة Dual cycle).
4. يتم تمثيل طرح نواتج الاحتراق بعملية ذات حجم ثابت.
5. تعبر جميع العمليات عكوسة.

في دارات الهواء القياسية يعتبر الهواء غازاً مثالياً وفي التحليل الترموديناميكي سنعد السعات الحرارية للهواء (بثبوت الحجم والضغط) مقادير ثابتة مع أنها في الواقع تابعة لدرجة الحرارة وهذا يبسط الحسابات مع فقدان بعض الدقة.

إن اتساع مجال درجات خلال دارة المحرك سوف يجعل الحرارتين النوعيتين والنسبة بينهما K تتغير ضمن مجال لا بأس به، عند درجات الحرارة المنخفضة ونهاية الدارة وأثناء