Takže, ta teplota, pri ideálním adiabatické stlačování (kdy nedochází k výměně tepla stlačované směsi s okolím), se dá vypočítat podle stavové rovnice plynu:
P . V / T = const. kde P je tlak v [Pa], V je objem v [m3] a T je absolutní teplota v [K]
Z toho lze pak odvodit rovnici:
P1 . V1 / T1 = P2 . V2 / T2 (*)
A teď budeme počítat vzorový příklad.
Při něm uvažujeme motor o objemu V1 = 10cm3 (tedy 0,000 01m3), atmossferický tlak P1 = 100 kPa (tedy 100 000Pa) a absolutní teplotu vzduchu T1 = 300 K (tedy t1 = 26,85°C).
Kompresní poměr uvažujme k.p. = 1:10.
No a po stlačení v tom poměru 1:10 klesne objem na V2 = 1cm3 (tedy 0,000 001m3), stoupne tlak na P2 i teplota na T2 - obojí musíme vypočítat.
Teplotu určíme podle vzorce, odvozeného z rovnice (*).
T2 = T1 . (P2.V2) / (P1.V1) (**)
Jenže pro její výpočet nám pořád ještě chybí hodnota tlaku po stlačení P2 kterou musíme taky vypočítat. Protože platí:
P.V^k = const.
kde k je Poissonova konstanta (pro naše účely, pro cca 20°C teplý vzduch = 1,4) z čeho zas můžeme sestavit rovnici:
P1.V1^k = P2.V2^k
a tedy pro tlak stlačeného vzduchu (směsi):
P2 = P1.V1^k / V2^k = 100 000 . 0,000 01^1,4 / 0,000 001^1,4 = 2 511 886 Pa = 2,5MPa
Po dosazení všech hodnot do vzorce (**) vypočteme teplotu adiabatiticky stlačeného vzduchu následně:
T2 = 300 K . 2 511 886 Pa .0,000 001 m3 / 100 000 Pa . 0,000 01 m3 = 753 K (cca 480°C)
Jinak ten vzorec lze nakonec velmi zjednodušit, kde nám z něj úplně vypadne tlak a teplota T2 tak bude závislá jen pouze na teplotě T1 a velikosti kompresního poměru kp:
T2 = T1 . kp^k-1 = T1 . kp^0,4
Když pak uděláme tento výpočet pro jiné kompresní poměry, tak dostaneme následné hodnoty:
- --- K. -|-- P2 --|-- T2 ---|-- t2
--- p. -| [MPa] |- [K] --|- [°C]
== 1:1 | 0,10 | 300,00 | 026,85
=1,5:1 | 0,18 | 352,82 | 079,67
== 2:1 | 0,26 | 395,85 | 122,70
== 3:1 | 0,47 | 465,55 | 192,40
== 4:1 | 0,70 | 522,33 | 249,18
== 5:1 | 0,95 | 571,10 | 297,95
== 6:1 | 1,23 | 614,30 | 341,15
== 7:1 | 1,52 | 653,37 | 380,22
== 8:1 | 1,84 | 689,22 | 416,07
== 9:1 | 2,17 | 722,47 | 449,32
= 10:1 | 2,51 | 753,57 | 480,42
= 11:1 | 2,87 | 782,85 | 509,70
= 12:1 | 3,24 | 810,58 | 537,43
= 13:1 | 3,63 | 836,95 | 563,80
= 14:1 | 4,02 | 862,13 | 588,98
= 15:1 | 4,43 | 886,25 | 613,10
= 16:1 | 4,85 | 909,43 | 636,28
= 17:1 | 5,28 | 931,75 | 658,60
= 18:1 | 5,72 | 953,30 | 680,15
= 19:1 | 6,17 | 974,14 | 700,99
= 20:1 | 6,63 | 994,34 | 721,19
= 21:1 | 7,10 | 1013,9 | 740,78
= 22:1 | 7,58 | 1032,9 | 759,83
= 23:1 | 8,06 | 1051,5 | 778,36
= 24:1 | 8,56 | 1069,5 | 796,41
= 25:1 | 9,06 | 1087,1 | 814,02
Ale tyto hodnoty opravdu platí jen za cenu zjednodušení, tedy teoreticky čistého adiabatického stlačování (v praxi však ks určité výměně tepla, tedy ochlazování, při tom stlačování dochází, takže takový proces se nazývá spíš polytropickým) a navíc Poissonova konstanta, která je v exponentu mocniny objemu se taky mění jak složením plynu tak i jeho teplotou. Ta s teplotou mírně klesá. Výsledkem tedy budou trochu nižší hodnoty jak tlaku P2 tak i teploty T2.
Ale pro určitou představu, co se v spalovacích motorech s tou směsí děje to, myslím, docela postačí.
Z hlediska proudových motorů jsou dost zajímavé ty horní řádky, kde je vidět, že už i při stlačení 1,5:1 vyletí teplota na 80°C a při 2:1 až na víc než 120°C - to i mne samého docela překvapilo.