So läuft ein Kreisprozess
- 01Die Ebene wählen.Die Tab-Leiste wechselt zwischen Ideal gas und Real fluid; jede Ebene hat ihre eigene Route,
/engineering/cycles/ideal und /engineering/cycles/real. - 02Zustand und Kreisparameter setzen.Ideale Kreise teilen ein Arbeitsfluid, die Eintrittstemperatur T₁ in Kelvin und den Druck p₁ in kPa; jeder Tab ergänzt eigene Felder — r und q_in für Otto und Atkinson, r und r_c für Diesel, r_p, T₃ und Verlustoptionen für Brayton, T_h und T_c für Carnot und Stirling.
- 03Erst die Karten, dann die Kurven lesen.Wirkungsgrad, Carnot-Grenze, Nettoarbeit, Wärmeaufnahme/-abgabe und mittlerer effektiver Druck stehen über der Zustandstabelle und den P-v-/T-s-Diagrammen; eine Leiste darunter wiederholt Atkinson, Otto und Diesel bei gleichem r und gleicher Wärmezufuhr.
- 04Die Realfuid-Kreise bedienen.Rankine öffnet bei 3 MPa / 350 °C → 75 kPa, mit optionaler Zwischenüberhitzung oder einem offenen Speisewasservorwärmer (Zwischenüberhitzung gewinnt); Kälteanlage und Wärmepumpe teilen einen R134a-Kreis. Massenstrom oder Kühllast ergänzen für kW/MW, oder CoolProp für Eigenschaften nach REFPROP-Qualität laden.
Durchgerechnete Ausgaben
Alle Ausgaben sind die Anzeige des Panels selbst.
| Eingabe |
Angezeigte Werte |
| Otto: r = 8, T₁ = 300 K, p₁ = 100 kPa, q_in = 1800 kJ/kg |
η 56.472%, Carnot-Grenze 90.619%, w_net 1,016.5 kJ/kg, MEP 1,349.3 kPa, Zustand 3 3197.91 K |
| Diesel: r = 18, r_c = 2 |
η 63.158%, w_net 604.8 kJ/kg |
| Brayton: r_p = 8, T₃ = 1300 K |
η 44.796%; η_c 0.8 / η_t 0.85 → 27.411%; Regeneration ε = 0.8 → 54.912% |
| Atkinson: r = 8, q_in = 1800 kJ/kg |
η 66.637% |
| Rankine: 3 MPa / 350 °C → 75 kPa |
η 25.80%, w_turbine 686.2 / w_pump 3.03 kJ/kg, Dampfgehalt 0.863, 20 kg/s → 13.663 MW |
| R134a: −20 °C / 40 °C |
COP 2.58, COP_hp 3.58, q_evap 130.15 kJ/kg, Drosselgehalt 0.389, 3.5 kW Last → 1.356 kW |
Bei 15 MPa / 600 °C → 10 kPa hebt die Zwischenüberhitzung den Wirkungsgrad von 41.59% auf 43.47% und den Austrittsgehalt von 0.72 auf 0.92.
Was die Zahlen annehmen
Die ideale Ebene ist eine Kaltluft-Standardanalyse: konstantes γ, konstantes cp und cv, reversible Prozesse, sodass der Wirkungsgrad von Otto und Brayton nur von Verhältnissen abhängt, nicht von der zugeführten Wärme. Die Realfuid-Ebene interpoliert eingebaute Sättigungstabellen (Wasser, R134a) und ein Idealgas-Überhitzungsmodell und kennzeichnet das Ergebnis als Ersatzdaten; CoolProp ersetzt es durch Helmholtz-Freie-Energie-Zustandsgleichungen. Jeder Kreis wird zweimal geprüft — die Nettoarbeit muss Wärmeaufnahme minus Wärmeabgabe entsprechen, und der Wirkungsgrad muss unter 1 − T_min/T_max bleiben.
Grenzen
- Kaltluft-Standard, keine Simulation.
- Konstante spezifische Wärmen und reversible Prozesse bedeuten keine Verbrennungschemie, keine Ventilsteuerung und keine Reibung; diese Ebene dient dem Formvergleich und der Kontrolle von Lehrbuchantworten, nicht der Vorhersage des Kraftstoffverbrauchs eines Motors.
- Ersatz-Eigenschaften tragen einen bekannten Fehler.
- Ohne CoolProp stammen Realfuid-Zustände aus eingebauten Tabellen (Wasser 5–20,000 kPa, R134a −40 bis 90 °C): Enthalpie und Entropie weichen um etwa 0.5–1% ab, der Wirkungsgrad um rund einen halben Punkt. Eingaben außerhalb der Tabellen werden abgelehnt, nie extrapoliert.
- Was es nicht tut.
- Keine Anfahrtransienten, keine Auslegung von Kessel oder Wärmetauscher, keine Verbrennungsmodellierung und keine anderen Kältemittel als R134a. Drücke und Temperaturen im Druckumrechner und Temperaturumrechner umrechnen; dynamische Systemsimulation bietet das Engineering Lab.
Der effizient wirkende Diesel ist nicht die effiziente Form
Die Vergleichsleiste bei r = 8 und q_in = 1800 kJ/kg liest Atkinson 66.64%, Otto 56.47%, Diesel 40.10% — der Dieselkreis liegt zuletzt, nicht zuerst. Konstantdruck-Wärmezufuhr macht ihn bei identischem Verdichtungsverhältnis und identischer Wärmezufuhr zum ineffizientesten der drei; die Voreinstellung r = 18 erreicht 63.158% nur wegen des höheren Verhältnisses. Die andere Namensfalle ist r selbst: Braytons r_p = 8 ist ein Druckverhältnis (η 44.796%), nicht Ottos Verdichtungsverhältnis r = 8 (η 56.472%), und die beiden haben nichts miteinander zu tun.
Wobei es passt
Lehrbuch- und Hausaufgabenkontrollen
Cengel Beispiel 10-1 ist die Rankine-Voreinstellung: 3 MPa / 350 °C → 75 kPa liest η 25.80% gegen 26.0% im Lehrbuch und Dampfgehalt 0.863 gegen 0.8861. Die Lücke ist das deklarierte Ersatz-Eigenschaftsmodell; das Laden von CoolProp verkleinert sie.
Motoren, Hybride und Wärmepumpen
Otto bei r = 8 liest 56.472%, und r = 16 löst die Klopfgrenzen-Warnung aus; Atkinsons vollständige Expansion erreicht 66.637% beim gleichen r, weshalb Hybride sie nutzen. R134a bei −20 / 40 °C ergibt COP 2.58 zum Kühlen, 3.58 als Wärmepumpe, und eine 3.5 kW Last zieht 1.356 kW.
Datenschutz
Alles außer CoolProp läuft in Ihrem Browser und nichts wird hochgeladen; Load CoolProp and recompute lädt das Paket aus dem Netz, und die Berechnung läuft weiterhin lokal.
Referenzen
- Wikipedia, Otto cycle — η = 1 − r^(1−γ). en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)
- Wikipedia, Diesel cycle — das Einspritzverhältnis und der Grenzfall r_c → 1. en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)
- Wikipedia, Brayton cycle — Druckverhältnis, Rückspeisearbeit und Regeneration. en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)
- Wikipedia, Rankine cycle — Zwischenüberhitzung und Speisewasserregeneration. en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)
- Wikipedia, Vapor-compression refrigeration — COP und das Expansionsventil. en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)
- Bell et al., CoolProp (Ind Eng Chem Res 53:2498–2508, 2014) — das optionale Helmholtz-EOS-Eigenschaftsbackend. coolprop.org (访问日期:2026-10-01)
本页计算器
精选工具,点开即用;小工具可直接试算,数值会带入完整计算器。