Определение теплоёмкости рабочей смеси

Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси зависит от теплоёмкости свежего заряда, а также от теплоёмкости и количества отдельных составляющих остаточных газов, кДж /(кмоль°С),

. (23)

Средняя мольная теплоёмкость свежего заряда в конце процесса сжатия применяется равной теплоёмкости воздуха независимо от типа смесеобразования и определяется по эмпирической формуле, кДж/(кмоль·°С);

, (24)

где t_c – температура в конце процесса сжатия, °С; t_c=T_c–273.

Средняя мольная теплоёмкость остаточных газов может быть определена по формуле, кДж/(кмоль·°С),

( + + +

+ + + ), (25)

где , , , , , - средние мольные теплоёмкости отдельных компонентов продуктов сгорания в интервале температур t_c – t_о (кДж/кмоль·°С).

Значения величины для процесса сжатия определяются по эмпирическим формулам, приведённым в таблице 2, для интервала температур t₂ – t_о = 0–1500 °C.

Полученные средние значения теплоёмкости рабочей смеси должны лежать в пределах

=20–25 кДж/(кмоль °С).

Параметры процесса сгорания

Процесс сгорания характеризуется термодинамическими измерениями параметров рабочего тела, в результате которых температура и давление в цилиндре двигателя резко возрастают и становится возможным выполнение поршнем двигателя механической работы.

Коэффициент молекулярного измерения горючей смеси

. (26)

При сгорании топлива действительный коэффициент изменения рабочей смеси должен учитывать наличие в рабочей смеси некоторого количества остаточных газов от предыдущего цикла

. (27)

При сгорании обогащённых смесей (α < 1) некоторое количество теплоты не выделяется при сгорании вследствие образования и выброса из цилиндра некоторого количества СО и Н₂. Потеря теплоты в результате химической неполноты сгорания ΔН _и может быть определена по формуле, кДж/кг топлива,

ΔН _и =119950 (1 – α) L _o, при α ≥ 1; ΔН _и = 0.

Рисунок 1 - Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия К₁

Таблица 2

Газ	Формула	, кДж/кмоль·°С
0–1500 °С	1501–2800 °С
Воздух	-	20,6+0,019	-
Углекислый газ	СО2	27,941+0,019 -5,487·10^-6	39,523+0,003349
Окись углерода	СО	20,597+0,00267	22,49+0,00143
Водяной пар	Н2О	24,953+0,005359	26,67+0,004438
Водород	Н2	20,68+0,000206 -0,588·10^-6	19,678+0,001758
Кислород	О2	20,93+0,004641 -0,84·10^-6	23,723+0,00155
Азот	N2	20,398+0,0025	21,951+0,001457

 

В результате сгорания рабочей смеси в цилиндре двигателя выделяется некоторое количество теплоты , кДж/кмоль рабочей смеси:

. (28)

При известном элементарном составе жидкого топлива низшая теплотворная способность топлива определяется по формуле Д.И. Менделеева, МДж/кг,

, (29)

где W – количество водяных паров в продуктах сгорания массовой единицы топлива.

Для определения температуры рабочего тела в конце процесса сгорания определяем среднюю мольную теплоёмкость продуктов сгорания , кДж/(кмоль·°С),

( + + +

+ + + ), (29)

где , , , , , - средние мольные теплоёмкости компонентов продуктов сгорания, определяемые по эмпирическим формулам, приведённым в таблице для интервала температур t _z = 1501 – 2800 °C.

Подставляя в эти формулы вместо t_z величину t _z=T_z–273 и группируя известные члены, получаем уравнение

.

Для дизелей

.

Температура в конце видимого процесса сгорания для карбюраторного двигателя может быть определена из выражения

= . (30)

Значения коэффициента использования теплоты принимаются исходя из конструкции двигателя, режима его работы, формы камеры сгорания, способа смесеобразования и др.:

для карбюраторных двигателей = 0,85–0,95;

для быстроходных дизелей с

нераздельными камерами сгорания = 0,75–0,85;

для дизелей с раздельными

камерами сгорания = 0,7–0,8.

Для двигателей с внутренним смесеобразованием (дизелей) уравнение сгорания имеет вид

+ =

= , (31)

где - степень повышения давления.

Величина зависит от формы камеры сгорания и периода задержки воспламенения топлива.

Для дизелей с нераздельными камерами сгорания и объёмным смесеобразованием =1,6–2,5.

Для вихрекамерных и предкамерных дизелей, а также при плёночном смесеобразовании =1,2–1,8.

После подстановки в уравнение сгорания соответствующих числовых значений ; ; и выполнения необходимых преобразований, уравнение сгорания примет вид:

. (32)

Тогда

. (33)

Имея значение величины , можно определить давление в конце видимого сгорания , МПа:

для карбюраторных двигателей , (34)

для дизеля . (35)

Степень предварительного расширения для дизеля определяется из выражения

. (36)

Расчётные значения величин ; ; ; для современных автотракторных двигателей находятся в пределах:

для карбюраторных двигателей =2400–2800 К;

=3,5–8,5 МПа;

=3,2–4,3;

для дизелей =1800–2400 К;

=5–12 МПа;

=1,2–1,7;

=1,2-2,2.

Действительные максимальные давления в цилиндре карбюраторного двигателя обычно ниже расчётных значений , что объясняется увеличением объёма надпоршневого пространства к моменту реализации максимума давления. В современных карбюраторных двигателях максимальное давление реализуется при 5–15 град. угла поворота коленвала после ВМТ. При этом =0,85 .

Для дизельных двигателей принимается = .