Svc kirjoitti:Aloin tuumailla asiaa common-rail dieselien kannalta. Dieselöljyn puristuvuuskerroin on lähteistä riippuen kai jossain 1,3-1,6 GPa:n kieppeillä, eli esim. PSA:n DW10-sarjan moottoreissa käytettävä 1350 bar paine riittää käsittääkseni puristamaan polttoainetta kasaan jo 8-10%. (Menikö oikein?) Uusimpien common-rail systeemien paine on jopa 3500 bar.
Kiinnostaisi tietää, paljonko tuo puristaminen kuumentaa polttoainetta. Ilmeisesti aika paljon, koska paluulinjassa on polttoaineen jäähdytin. Jossain dokkarissa mainittiin, että polttoaine olisi jakotukissa/paineenvaraajassa jopa yli sata-asteista. Puristus vaikuttaa luonnolisesti myös tiheyteen ja viskositeettiin. Näiden muuttumista olisi kiva tutkia.
Pitää vielä hakea noita laskukaavoja ja keksiä ne oikeat. Ala tuntuu olevan aika laaja. Hakusanoihin vielä "fluid bulk modulus".
Hiukan myöhässä mukaan, mutta suurin piirtein oikein tässä keskustelussa asiat on selitetty... yksinkertaistettuna siis bulkkimoduli sanelee nesteen kokoonpuristuvuuden paineen funktiona noudatellen kaavaa B=dp/dV ja kaasujen tilayhtälöt eivät päde. Kuitenkin kun mennään uusien common railien painetasoon tai ylitse kuten esim vesisuihkuleikkauksessa mennään niin asia ei kokonaisuutena ole enää kovin yksinkertainen.
Neste ei käytännössä koskaan ole puhdasta nestettä vaan siinä on vähintään ilmakehän kaasuja vaihtelevina pitoisuuksina liuenneena ja liukenemattona. Kaasujen liukenevuus on paineen ja lämpötilan funktio siten että nesteen lämmetessä vakiopaineessa liukenemattoman kaasun määrä nesteessä kasvaa ja toisaalta paineen kasvaessa vakiolämpötilassa liukenevuus taas kasvaa. Varsinkin pienehköillä painetasoilla tai vastaavasti suurissa lämpötiloissa kaasufaasin vaikutus bulkkimoduliin on suuri. Oleellisia asioita muistaa on myös että ilma on kaasuseos, jonka sisältämien kaasujen liukenevuus nesteisiin käyttäytyy eri tavoin. Kaasuilla nesteessä on toki muutakin merkitystä, mutta tämä bulkkimodulin kannalta.
Yksin nesteen bulkkimoduli ei riitä vaan pitää tuntea tarkasteltavan järjestelmän kokonais- tai tehollinen bulkkimoduli. Nesteen lisäksi jokainen järjestelmän osa joustaa oman bulkkimodulinsa ja Hooken lain mukaisesti ja vaikuttaa siten tilavuuden muutokseen. Esimerkiksi cr-järjestelmissä ja yleensäkin missä hyvässä suuripaineisessa järjestelmässä komponenttien jousto on erittäin merkittävässä asemassa järjestelmän mitoituksessa.
Nesteen bulkkimoduli ei ole vakio vaan se on lämpötilan ja paineen epälineaarinen funktio, mutta se voidaan usein olettaa vakioksi vielä puhuttaessa hieman yli 1000 bar menevistä paineesta. Samaten monet muut nesteen perus ominaisuudet kuten viskositeetti ovat paineriippuvaisia kun mennään riittävän korkeaan painetasoon.
Nesteen painetta nostaessa tapahtuva lämpeneminen on lähinnä pumppausprosessin hyötysuhteeseen liittyvä ilmiö. Pumppuun tuodaan tietty mekaaninen teho joka muutetaan pumpussa nesteen paineeksi. Pumpun häviöt (kitkat) siirtyvät nesteeseen lämpöenergiaksi . Esimerkiksi jos moottorin polttoaineen kulutus on 10 l/h tarvitaan 1500bar paineen pitämiseksi fuel railissa 430 W teho, kun huomioidaan se että tuotto on hieman ylimitoitettava voidaan arvioida tehoksi 500 W... jos hyötysuhteeksi pistetään optimistinen 0,9 niin pumpun ottoteho on silloin 560 W. Erittäin suuri osa koko ottotehosta muuttuu järjestelmässä lämmöksi... suuttimissa muutetaan nesteen potentiaalienergia (paine) kineettiseksi energiaksi (virtausnopeudeksi) jolloin osa energiasta muuttuu lämmöksi, joka siirtyy suutinten ja railin kautta nesteeseen, sama ilmiö tapahtuu myös railin paineensäätimessä. Toki tässä myös mennään termodynamiikan sääntöjen mukaan... oleellisimpana ensimmäinen pääsääntö dU = Q + W, unohtamatta entalpiaa H = U + pV... eli sanallisesti sisäenergia muuttuu kun aineeseen tuodaan lämpöä sekä siihen tehdään työtä ja entalpia on verrannollinen sisäenergiaan ja paineen ja tilavuuden tuloon... koneihmiselle usein kuitenkin turhanaikaista pilkunviilausta.
Paluussa tosiaan siis yleensä tarvitaan jäähdytin, mutta toisaalta tätä paluuvirtauksen suurehkoa lämpömäärää voidaan käyttää myös hyväksi kuten esimerkiksi lentokonedieseleissä tehdään. Jet A1:stähän ei ole talvi-, kesä- ja arktista laatua vaan mennään yhdellä laadulla läpi vuoden mikä johtaa siihen että huolimatta mahdollisista lisäaineista lennon aikana polttoaineen lämpötila täytyy yrittää pitää tietyn minimitason yläpuolella... tämä tapahtuu ylimitoittamalla polttoainepumppu hieman enemmän kuin maakäytössä takaisin kierrättämällä polttoainetta... lämpimillä keleillä takaisinkierto menee jäähdyttimen läpi, kylmillä suoraan tankkiin, ja kuski näkee lämpömittarista mikäli ollaan niin kylmässä että ei ole lentokäsikirjan siunausta lennellä.
Aikanaan tein aiheen parissa ihan oikeaakin työtä, nykyään aika on ajanut jo ohi siitä mitä tein, mutta edelleen tunnen aiheen hieman oppikirjoja paremmin. Tilanne on vielä nykyäänkin pitkälti sellainen että oppikirjoista ei löydy oikeaa tietoa ja tarkkaa teoriaa tähän asiaan.
Jos aiheeseen on niin suuri kiinnostus että jaksaa lukea tieteellisiä artikkelija siitä minulta niitä löytynee... sellaisiakin joissa on minua luotettavampia kirjoittajia... tähän asiaan on sattuneesta, varsin vaasalaisperäisestä, syystä suomessa panostettu paljon
Tieteenalanakin nesteiden tämä tuntuu olevan suhteellisen tuore, kun vielä vuonna -67 julkaistussa tutkimuksessa todetaan: "There is little demand for information on the compressibility of liquids at pressures above 1 kbar". Jos sinulla olisi jotain ihan tämän alan perusteita opiskeltavaksi, niin kiinnostaisi tosiaan tutustua materiaaliin.
