A seconda del design e delle dimensioni del sistema e dell'aerodinamica del veicolo, è possibile utilizzare un intercooler solo per ridurre la temperatura dell'aria di aspirazione fino a 160 ° F prima che entri nella camera del plenum. Ciò significa che semplicemente aumentare la potenza del motore aumentando la pressione di sovralimentazione non è un'opzione in quanto significherebbe superare la soglia di detonazione.
Questo è dove soluzione della divisione BMW M viene in: se l'acqua viene iniettata in una nebbia fine spruzzatura nella camera di aspirazione in pressione, è possibile ridurre la temperatura dell'aria di aspirazione di ulteriori 80 ° F .
Supponiamo che il motore M4 abbia una media di 1500 giri / min durante il normale funzionamento.
La velocità del volume d'aria ingerita dal motore a questa velocità è:
= 2979 cc * 1500 RPM / 2 # divide by 2 because four-stroke
= 2,234,250 cc / min
= 37 liters / second
= 0.037 m3/s
I turbo gemelli sviluppano 18,1 psi al picco di picco , quindi indoviniamo un aumento medio di 4-5 psi.
Absolute pressure at intake valve = 14.7 + 4 = 18.7 psi
Supponendo una temperatura dell'aria di aspirazione decente
Air density at 18.7 psi, 50 °C = 1.39 kg/m3
(Fortunatamente per noi, questa è una configurazione a iniezione diretta, quindi le proprietà termodinamiche di WolframAlpha per l'aria sono utili)
Mettendo insieme due e due, la portata media dell'aria di massa (@ efficienza volumetrica al 100%) è:
Mass air flow rate = 1.39 kg/m3 * 0.037 m3/s
= 0.0514 kg/s
(Questo fa sorgere la domanda: qual è un'efficienza volumetrica ragionevole da assumere qui? Maggiori informazioni su questo in seguito)
Quanta energia fa cambiare la temperatura dell'aria in queste condizioni?
Apparentemente 719,5 J / (kg-K) .
E quanta energia ci vuole per convertire l'acqua in vapore?
Calore latente di vaporizzazione dell'acqua = 2.230.000 J / kg
Questa è una quantità epica di energia. Riduce il calore specifico dell'acqua, che è di 4200 J / (kg- ° C).
Quindi, qual è la portata media di acqua richiesta?
@ 100% VE, l'energia al secondo richiesta per modificare la temperatura dell'aria di 44 ˚C è:
= m • Cv • ( T1 - T2 )
= 0.0514 • 719.5 • 44
= 1630 J
Ciò non si traduce in molta acqua:
Richiede flusso di massa d'acqua al secondo:
= Energy ÷ ( latent heat of vaporization )
= 1630 J / 2,230,000 J/kg
= 0.00073 kg
= 0.73 g
In altre parole, circa 44 cc / minuto al 100% di VE .
Se il VE nel mondo reale è del 20%, come ci si aspetta a metà gas, quella cifra precipita a circa 9 cc / minuto .
Per la risposta di anonymous2 il serbatoio dell'acqua è di 5000 cc
Quindi a 9 cc / min, il serbatoio dell'acqua dovrebbe durare circa 9,25 ore .
Se la velocità media del veicolo a 1500 RPM è simile a 45 mph, il serbatoio dovrebbe durare circa 40 ore .
La discrepanza del 4x potrebbe essere dovuta a una delle molte ipotesi fatte. Almeno il valore calcolato si trova nel campo di gioco giusto.
La quantità minima di acqua richiesta per eseguire una corsa di potenza secondaria ragionevole
sarebbe uno in cui il vapore occupa lo spostamento del cilindro:
Steam required = displacement * RPM / 3 # once per three crank revs
= 2979 cc * 1500 RPM / 3
= 1,489,500 cc / min
Sono circa 1500 l / min o 0,25 m3 / s
Quanta acqua è necessaria per questo?
Dipende dalle temperature della testata, ma ipotizzando 0,8 bar e 350 ° F, il rapporto di espansione è di circa 2600: 1 .
Quindi è richiesta una portata d'acqua totale:
= 1,489,500 cc / min ÷ 2600
= 572 cc / min