آشنایی با موتورهای آدیاباتیک؛ فناوری ای قدیمی که می توانست دنیا را نجات دهد+عکس
تاریخ انتشار: ۱۳ آبان ۱۳۹۹ | کد خبر: ۲۹۸۴۸۰۰۵
به گزارش جام جم آنلاین به نقل از دیجیاتو، سوزاندن بنزین یا هر سوخت دیگری، گرما تولید می کند. در واقع آنچه که چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد، همین گرمایی است که از سوختن یا به عبارت دقیق تر انفجارهای درون سیلندر حاصل می شود.
برای افزایش راندمان، موتور باید بتواند بیشترین میزان گرما (انفجار) را جذب کند.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
در علم ترمودینامیک از رقم فوق با نام بازده حرارتی (thermal efficiency) یاد می شود. چنانچه تاریخ را ورق زده و به سال 1975 برویم، خواهیم دید که ارتش ایالات متحده در آن زمان کامیونی را با موتور آدیاباتیک (adiabatic engine) و بازده حرارتی 48 درصد تست کرده است. این موتور ضمن تولید اسب بخارهای بیشتر، مصرف بهتری نیز داشته؛ حال سوال مهمی که پیش می آید اینست که چه بر سر آن موتور آمد و چرا اکنون شاهد استفاده از موتورهای آدیاباتیک در خودروها نیستیم؟
در نوشتار حاضر قصد داریم به چرایی این مساله بپردازیم. اگر به مباحث مهندسی علاقه دارید و دوست دارید درباره موتورهای آدیاباتیک بیشتر بدانید، دعوت می کنیم با ادامه مطلب همراه دیجیاتو باشید.
مفهوم آدیاباتیک پیشینه ای به قدمت مهندسی خودرو دارد و به عبارت ساده آن را می توان سیستمی توصیف کرد که گرما نمی تواند به آن وارد شده یا از آن خارج شود. چنانچه گرما درون یک سیستم به دام بیفتد، مفهوم آدیاباتیک شکل می گیرد.
در موتورهای امروزی حدود یک سوم از سازه موتور به سرد کنندگی از طریق رادیاتور و مایع خنک کننده اختصاص یافته است؛ با این حساب به دام انداختن حرارت در داخل موتور چه توجیهی می تواند داشته باشد؟
به لحاظ تئوری، گرما برای بخار کردن بنزین مورد نیاز است. همانطور که در جریان هستید، بنزین در حالت مایع به خوبی مشتعل نمی شود و آنچه که می سوزد در اصل بخاری است که روی سطح مایع شکل می گیرد.
بنابراین برای اشتعال مناسب باید بخار بنزین وجود داشته باشد. حمل، ذخیره سازی، پمپاژ و استفاده راحت تر از بنزین در حالت مایع، دلیلی است که سبب شده این سوخت به شکل مایع توزیع شود.
در حال حاضر ما از انژکتورها برای تزریق و اسپری کردن بنزین مایع به محفظه احتراق استفاده می کنیم. هر چه بنزین اسپری شده رقیق تر باشد، سرعت بخار شدن آن نیز بالاتر خواهد بود.
حتما این را می دانید که هر چه دمای یک مایع بیشتر باشد، سرعت بخار شدن آن نیز بالاتر می شود. پس در یک سیستمی که حرارت در آن به دام افتاده، فرایند تولید و سوزاندن بخار بهتر انجام می پذیرد.
اگر تجربه کم شدن آب رادیاتور خودروی خود را دارید، این را نیز می دانید که حرارت زیاد چه بر سر موتور می آورد. وقتی دمای یک موتور مدرن از 250 درجه فارنهایت (121 درجه سلسیوس) فراتر برود، با اختلال روبرو شده و نهایتا از کار می افتد.
حامیان موتورهای آدیاباتیک معتقدند چنین موتورهایی توانایی دستیابی به بازده حرارتی 50 درصد و بیشتر را دارند؛ آنها مصرف سوخت حداکثر 4.7 لیتر در صد کیلومتر و قدرت 250 اسب بخاری را برای یک موتور کوچک چهار سیلندر متعلق به دهه 80 میلادی متصور هستند.
ایده خودروهای مجهز به موتور آدیاباتیک به دهه 50 میلادی باز می گردد. عمده شهرت این موتورها به واسطه تلاش های دو تن از علاقه مندان به خودروهای Hot Rod - اتومبیل های کلاسیک قدیمی با موتورهای حجیم - با نام های هنری اسموکی یونیک (Henry Smokey Yunick) و رالف جانسون (Ralph Johnson) حاصل شده است.
ادعای افزایش قدرت در عین کاهش مصرف سوخت در موتورهای آدیاباتیک از یک سو و تفاوت های بنیادین اصول حاکم بر کارکرد آنها با آنچه که طراحان موتور همواره در راستای تخلیه بهتر حرارت انجام داده اند از سوی دیگر، باعث شد که نگرش ها به سمت این دسته از موتورها چندان مثبت نباشد.
به خاطر بی توجهی صنعت خودرو به مزایای موتورهای آدیاباتیک، سرانجام این ارتش آمریکا بود که مستقیما وارد عمل شد. در سال 1975 بخش فرماندهی خودروها و تانک های ارتش ایالات متحده (Tank Automotive Command) در همکاری با شرکت معروف کامینز (Cummins) یک خودروی تست طراحی کردند تا به بررسی ابعاد مختلف تکنولوژی آدیاباتیک بپردازند.
انگیزه اصلی از این کار تحقیق در رابطه با میزان بازده، قدرت یا میزان مصرف سوخت موتورهای آدیاباتیک نبود، بلکه در آن سال ها 60 درصد از خودروهای از کار افتاده ارتش، به دلیل نقص در سیستم خنک کاری زمین گیر شده بودند. به همین جهت حذف سیستم خنک کاری از خرابی بخش اعظمی از خودروها پیشگیری می کرد.
ارتش آمریکا و شرکت کامینز به سراغ یک خودروی سنگین با ظرفیت حمل محموله های 5 تنی رفته و آن را به تکنولوژی آدیاباتیک مجهز کردند. نتیجه این کار حذف اجزای سیستم خنک کننده و کاهش وزن تا 153 کیلوگرم بود.
با مشاوره های مهندسین کامینز، اجزایی مثل سر سیلندر، پیستون ها، سوپاپ ها، جداره داخلی سیلندرها و مجاری اگزوز در موتور آدیاباتیک از جنس سرامیک-فلز ساخته شدند. این اجزا توانایی تحمل حرارتی افزون بر 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) را داشتند.
پس از تجهیز موتور به تکنولوژی آدیاباتیک سیستم عایق بندی پیشرفته و لوله های متعدد در اطراف آن نصب شدند. این لوله ها وظیفه داشتند حرارت را مستقیما به سمت سوخت موجود در داخل موتور هدایت کنند.
نتایج آزمایش ها و تست های 10 هزار مایلی (16 هزار کیلومتری) ارتش ایالات متحده و شرکت کامینز نشان داد که خودروی سنگین مجهز به موتور آدیاباتیک 38 درصد مصرف سوخت بهتری نسبت به دیگر خودروهای حاضر در ناوگان دارد. مهندسین حاضر در این پروژه همچنین دریافتند که بازده حرارتی تا 48 درصد ارتقا پیدا کرده است. آنها بالاخره با این ادعای بسیار جالب که "موتور آدیاباتیک کم مصرف ترین موتور جهان خواهد شد"، به تحقیقات خود پایان دادند.
حتما خواهید پرسید با توجه به تایید کارایی و عملکرد موتور آدیاباتیک توسط ارتش ایالات متحده و کامینز بالاخره چه سرنوشتی برای آن رقم خورد؟
در پاسخ باید گفت: هیچ، واقعا هیچ اتفاق مثبتی نیفتاد. شاید فکر کنید که مثلا شرکت های تولید کننده روغن موتور توطئه ای بر علیه موتورهای آدیاباتیک به راه انداختند، اما اینگونه نبود.
این موتورها گرفتار مشکل وابستگی مسیر شدند، همان مشکلی که گاه و بیگاه دنیای تکنولوژی را درگیر خود نموده و ایده های جدید را پس می زند.
ایجاد یک تغییر مسیر بسیار بزرگ در شرکت های خودروساز، خدمت رسان و دیگر صنایع وابسته و سوق دادن آنها به سمت موتورهای آدیاباتیک نیازمند نیروی فوق العاده زیادی بود؛ حال آنکه ترغیب این شرکت ها به بهبود کارایی و ارایه اجزا و سرویس های بهینه تر کاری بس راحت تر محسوب می شد.
انقلاب در صنعت خودرو و ساخت اجزای سرامیکی آن چیزی نبود که به لحاظ عملی، اقتصادی و علاقه مشتریان با استقبال مواجه شود، به همین خاطر تکنولوژی آدیاباتیک در سکوت خفه شد. در واقع آنچه که جلوی فراگیر شدن تکنولوژی آدیاباتیک را گرفت، مسیر و اولویت هایی بودند که توسط مراکز تحقیق و توسعه تعیین می شدند.
شاید بگویید اکنون که مزایای موتورهای آدیاباتیک بر همه روشن شده، چرا روی آنها سرمایه گذاری نمی شود؟ پاسخ ساده است، اگر در دهه 80 میلادی صنعت خودرو بیش از حد در مسیر خود گیر کرده بود، الان بیش از آن زمان در مسیر موجود گرفتار شده است.
البته نکته مهم دیگری وجود دارد؛ اعداد و ارقامی که تکنولوژی آدیاباتیک با خود آورد، اینک به لطف فناوری های کنونی قابل دستیابی هستند. برای مثال در سال 2014، تویوتا با هیاهوی زیاد از مهندسی یک موتور آزمایشی با بازده حرارتی 38 درصد خبر داد. اخیرا نیز گروهی از انجمن مهندسین خودرویی موتورهایی با بازده حرارتی 50 درصدی تولید کرده اند.
در بحث قدرت خروجی نیز موتورهای امروزی در وضعیت بسیار خوبی به سر می برند. برای مثال تعداد نمونه های چهار سیلندر با قدرت 250 اسب بخار یا بیشتر رو به فزونی است.
موتور دو لیتری چهار سیلندر و توربوشارژ مرسدس AMG A45 نسل قبلی توانایی تولید 375 اسب بخار قدرت را دارد می توان اینگونه نتیجه گیری کرد، اگر چه در گذشته موتورهای آدیاباتیک به شکل قابل ملاحظه ای از موتورهای عادی بهتر و برتر بودند، اما با پیشرفت های حاصل شده برتری هایشان رنگ باخته و دیگر دلیلی برای سرمایه گذاری روی آنها وجود ندارد، اما تفاوت بنیادین ماجرا اینجاست که در صورت فراگیر شدن چنین پیشرانه هایی در سال ها قبل، حالا حجم آلایندگی موجود در جو کره زمین به مراتب کمتر بود و شانس بیشتری برای مقابله با گرمایش جهانی وجود داشت، اما با توجه به تعلل مهندسان و کمپانی های بزرگ، حالا چنین شانسی از دست رفته است و کره زمین هر روز بیشتر به پایانی داغ و خطرناک نزدیک می شود.
منبع: جام جم آنلاین
کلیدواژه: موتور خودرو چرخ سوخت ارتش ایالات متحده مصرف سوخت
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت jamejamonline.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «جام جم آنلاین» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۲۹۸۴۸۰۰۵ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
با ۲٫۵ ساعت انتظار، الماس خودتان را بسازید
الماس‌های طبیعی میلیاردها سال زمان لازم دارند تا تحت فشار و دمای شدید در اعماق زمین شکل بگیرند، اما شکل‌های مصنوعی آن را می‌توان خیلی سریع‌تر تولید کرد، هرچند که طی دهه‌های گذشته این فرآیند طی چند هفته با اعمال فشار بسیار شدید انجام می‌شد.
به گزارش خبرآنلاین و به نقل از ایسنا، اکنون یک روش جدید مبتنی بر ترکیبی از فلزات مایع می‌تواند بلور الماس مصنوعی را در عرض چندین دقیقه تشکیل دهد، آن هم بدون نیاز به فشار بسیار زیاد. جزئیات این یافته در نشریه نیچر منتشر شده است.
فرآیند جدید در دمای بالای حدود ۱۰۲۵ درجه سلسیوس (سانتیگراد) لایه‌ای از الماس پیوسته ظرف ۱۵۰ دقیقه و در فشار یک اتمسفر (همان فشار هوا در سطح دریا) تشکیل می‌شود. فشار موردنیاز، ده‌ها هزار بار کمتر از فشاری است که تاکنون برای تولید الماس مصنوعی موردنیاز بود.
محققان موسسه علوم پایه در کره جنوبی با دستیابی به این فرآیند، ابراز اطمینان کرده‌اند که این فرآیند می‌تواند برای ایجاد تفاوت قابل‌توجهی در تولید الماس مصنوعی بهینه شود.
حل کردن کربن در فلز مایع برای ساخت الماس، روش کاملاً جدیدی نیست. شرکت جنرال‌الکتریک نیم‌قرن پیش فرآیند مشابهی را با استفاده از سولفید آهن مذاب توسعه داد، اما آن فرآیند همچنان به فشار ۵ تا ۶ گیگاپاسکال و یک‌دانه الماس نیاز داشت تا کربن‌ها به آن بچسبد.
محققان در مقاله خود گفته‌اند: «ما روشی برای رشد الماس در فشار یک اتمسفر و در دمای متوسط با استفاده از آلیاژ فلز مایع کشف کردیم. کاهش فشار با استفاده از مخلوطی دقیق از فلزات مایع شامل گالیوم، آهن، نیکل و سیلیکون به دست آمد. یک سیستم خلأ سفارشی داخل محفظه‌ای گرافیتی ساخته شد تا فلز را درحالی‌که در معرض ترکیبی از متان و هیدروژن قرار می‌گیرد، به‌سرعت گرم و سپس خنک کند.
این شرایط باعث می‌شود اتم‌های کربنِ متان درون فلز ذوب‌شده پخش شوند و به‌عنوان دانه الماس عمل کنند. تنها پس از ۱۵ دقیقه، قطعات کوچکی از بلورهای الماس از فلز مایع درست زیر سطح بیرون زدند و درنهایت پس از گذشت دو ساعت و نیم از آغاز این فرآیند، نوار پیوسته‌ای از الماس شکل گرفت.
البته ضخامت این لایه بلور الماس تنها چند صد نانومتر است، اما محققان انتظار دارند که این فرآیند با چند ترفند بهبود یابد. آنها می‌گویند: «ما فکر می‌کنیم که در اصلاحاتی ساده، می‌توان با استفاده از سطح یا رابط بزرگ‌تر با پیکربندی عناصر گرمایشی برای دستیابی به منطقه رشد بالقوه بزرگ‌تر و با توزیع کربن در منطقه رشد الماس با روش‌های جدید، رشد الماس را در مقیاسی بزرگ امکان‌پذیر کرد».
این تغییرات زمان می‌برد و تحقیقات در مورد این فرآیند هنوز در مراحل اولیه است، اما نویسندگان این مطالعه فکر می‌کنند که این روش پتانسیل زیادی دارد و می‌توان فلزات مایع دیگر را برای کسب نتایج مشابه یا حتی بهتر ترکیب کرد.
فرآیندی که در حال حاضر برای ایجاد اکثر الماس‌های مصنوعی در طیف گسترده‌ای از فرآیندهای صنعتی، الکترونیک و حتی رایانه‌های کوانتومی استفاده می‌شود، چندین روز زمان نیاز دارد و به فشار بسیار بیشتری نیاز دارد. حالا اگر این روش جدید پتانسیل خود را اثبات کند، ساخت الماس بسیار سریع‌تر و بسیار آسان‌تر خواهد شد.
محققان می‌گویند: رویکرد کلی استفاده از فلزات مایع می‌تواند رشد الماس را در سطوح مختلف تسریع کند و پیش ببرد و شاید رشد الماس را بر روی ذرات کوچک الماس تسهیل کند.
۵۴۵۴
برای دسترسی سریع به تازه‌ترین اخبار و تحلیل رویدادهای ایران و جهان اپلیکیشن خبرآنلاین را نصب کنید. کد خبر 1899676
خودکشی از رزیدنتها به پزشکان رسیده؛ چرا دکتر سمیرا آلسعیدی خودکشی کرد؟/ «خودکشی پزشکان بهمثابه یک انتحار اجتماعی است»