Λύσεις — Ενότητα 2.5: Διαχύτες (σελ. 377) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 2.5: Διαχύτες

Πέντε ερωτήσεις για τους διαχύτες στους αεριοστρόβιλους κινητήρες: τη θέση τους ανάμεσα στο συμπιεστή και το θάλαμο καύσης, το διπλό σκοπό τους (κατεύθυνση αέρα και μετατροπή κινητικής ενέργειας σε στατική πίεση), τη μεταβολή πίεσης/ταχύτητας σύμφωνα με το νόμο του Bernoulli, την κατάσταση του αέρα στην είσοδο του θαλάμου καύσης και τα σταθερά οδηγά πτερύγια της τελευταίας βαθμίδας του αξονικού συμπιεστή.

Θέση του διαχύτη στον αεριοστρόβιλο

Ερώτηση: Πού τοποθετείται το εξάρτημα του διαχύτη στον αεριοστρόβιλο κινητήρα;

Απάντηση:

• §2.5. «Σκοπός του διαχύτη είναι να κατευθύνει τη μάζα του αέρα, που εξέρχεται από το συμπιεστή, προς το θάλαμο καύσης... Στον αξονικό συμπιεστή, ο συμπιεσμένος αέρας διέρχεται από σταθερά οδηγά πτερύγια - την τελευταία σταθερή βαθμίδα του συμπιεστή - για να εισέλθει στο διαχύτη.»

Σύνοψη: Ο διαχύτης τοποθετείται αμέσως μετά την έξοδο του συμπιεστή και πριν την είσοδο στο θάλαμο καύσης, δηλαδή στη μετάβαση ανάμεσα στο συμπιεστή και το θάλαμο καύσης. Στο φυγοκεντρικό συμπιεστή ο συμπιεσμένος αέρας εισέρχεται σε περιφερειακά διατεταγμένους διαχύτες γύρω από την έξοδο του στροφείου· στον αξονικό συμπιεστή, ο αέρας περνά πρώτα από τα σταθερά οδηγά πτερύγια της τελευταίας βαθμίδας του συμπιεστή και στη συνέχεια εισέρχεται στο διαχύτη, πριν οδηγηθεί στο θάλαμο καύσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ανάμεσα στην έξοδο του συμπιεστή και την είσοδο του θαλάμου καύσης

Σκοπός του διαχύτη

Ερώτηση: Ποιος είναι ο σκοπός της χρήσης του διαχύτη;

Απάντηση:

• §2.5. «Σκοπός του διαχύτη είναι να κατευθύνει τη μάζα του αέρα, που εξέρχεται από το συμπιεστή, προς το θάλαμο καύσης. Συγχρόνως, μετατρέπει την κινητική ενέργεια του αέρα σε στατική πίεση. Στο διαχύτη η τιμή της πίεσης λαμβάνει τη μεγαλύτερη τιμή της μέσα στον κινητήρα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο διαχύτης έχει διπλό σκοπό: πρώτον, κατευθύνει τη μάζα του αέρα που εξέρχεται από το συμπιεστή προς το θάλαμο καύσης· δεύτερον, μετατρέπει την κινητική ενέργεια του αέρα σε στατική πίεση. Χάρη σε αυτή τη μετατροπή, η πίεση στο σημείο του διαχύτη παίρνει τη μεγαλύτερη τιμή της μέσα σε ολόκληρο τον κινητήρα, ενώ ταυτόχρονα η ταχύτητα του αέρα μειώνεται, ώστε ο αέρας να φτάσει στο θάλαμο καύσης σε κατάσταση κατάλληλη για την ανάμειξή του με το καύσιμο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κατεύθυνση του αέρα προς τον θάλαμο καύσης + μετατροπή κινητικής ενέργειας σε στατική πίεση (μέγιστη πίεση του κινητήρα)

Μεταβολή πίεσης μέσα στο διαχύτη

Ερώτηση: Με ποιο τρόπο μεταβάλλεται η πίεση του αέρα μέσα στο διαχύτη και γιατί;

Απάντηση:

• §2.5. «Μέσα σε αυτόν, η συνεχώς αυξανόμενη διατομή προκαλεί μείωση της ταχύτητας του αέρα και αύξηση της στατικής πίεσης, σύμφωνα με το νόμο του Μπερνούλλι (Bernoulli).»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πίεση του αέρα μέσα στο διαχύτη αυξάνεται συνεχώς κατά μήκος της διαδρομής του. Αυτό συμβαίνει επειδή η διατομή του αγωγού του διαχύτη αυξάνεται συνεχώς προς τα κατάντη· σύμφωνα με το νόμο του Μπερνούλλι (Bernoulli), η αύξηση της διατομής σε μια ροή προκαλεί μείωση της ταχύτητας του ρευστού και ταυτόχρονη αύξηση της στατικής του πίεσης. Έτσι, ο αέρας εισέρχεται στο διαχύτη με υψηλή ταχύτητα και σχετικά χαμηλότερη πίεση, και εξέρχεται με χαμηλή ταχύτητα και υψηλή (τη μέγιστη μέσα στον κινητήρα) στατική πίεση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αύξηση διατομής → μείωση ταχύτητας → αύξηση στατικής πίεσης (νόμος Bernoulli)

Κατάσταση αέρα στην είσοδο του θαλάμου καύσης

Ερώτηση: Συμπληρώστε το κενό: Μετά το διαχύτη, ο αέρας εισέρχεται στο θάλαμο καύσης με …………… πίεση και …………… ταχύτητα.

Απάντηση:

• §2.5. «Μετά από το διαχύτη, ο αέρας εισέρχεται στο θάλαμο καύσης με υψηλή πίεση και χαμηλή ταχύτητα, συνθήκες κατάλληλες, δηλαδή, για την ικανοποιητική ανάμειξή τους με το καύσιμο που εγχύεται.»

Σύνοψη: Οι λέξεις που λείπουν είναι «υψηλή» και «χαμηλή». Μετά το διαχύτη, ο αέρας εισέρχεται στο θάλαμο καύσης με υψηλή πίεση και χαμηλή ταχύτητα — συνθήκες κατάλληλες για την ικανοποιητική ανάμειξή του με το καύσιμο που εγχύεται.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Υψηλή πίεση, χαμηλή ταχύτητα

Πτερύγια πριν τον διαχύτη στον αξονικό συμπιεστή

Ερώτηση: Στον αξονικό συμπιεστή, ο συμπιεσμένος αέρας διέρχεται από κινητά πτερύγια για να εισέλθει στο διαχύτη.

ΣΩΣΤΟ ❐ ΛΑΘΟΣ ❐

Απάντηση:

• §2.5. «Στον αξονικό συμπιεστή, ο συμπιεσμένος αέρας διέρχεται από σταθερά οδηγά πτερύγια - την τελευταία σταθερή βαθμίδα του συμπιεστή - για να εισέλθει στο διαχύτη.»

Σύνοψη: ΛΑΘΟΣ. Στον αξονικό συμπιεστή, ο συμπιεσμένος αέρας διέρχεται από σταθερά οδηγά πτερύγια (και όχι κινητά) — την τελευταία σταθερή βαθμίδα του συμπιεστή — για να εισέλθει στο διαχύτη. Τα κινητά πτερύγια ανήκουν στους δρομείς (στροφεία) των βαθμίδων συμπίεσης, ενώ η τελευταία βαθμίδα πριν το διαχύτη είναι σταθερή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Λάθος — πρόκειται για σταθερά οδηγά πτερύγια, όχι κινητά