Расчет параметров рабочего тела

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

 

В тепловом расчете определяются параметры характерных точек индикаторной диаграммы для режима максимальной мощности.

 

Расчет параметров рабочего тела

Средний элементарный состав топлива

 

Состав топлива задается массовыми долями углерода, водорода, кислорода. Примерное содержание названных компонентов для бензина и дизельного топлива приведено в табл.1.1.

Таблица 1.1

 

Топливо	Массовые доли
С	Н	От
Дизельное топливо	0,870	0,126	0,004

 

Низшая теплота сгорания топлива

Низшая теплота топлива вычисляется по формуле Менделеева:

где S и W – массовые доли серы и водяных паров в продуктах сгорания, принимаются равными нулю.

 

Коэффициент избытка воздуха

Для режима максимальной мощности принимаются следующие значения коэффициента избытка воздуха α = 1,32 (из исходных данных).

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

,

где кг/кмоль – молекулярная масса воздуха.

 

Количество горючей смеси

 

Состав продуктов сгорания

Состав продуктов сгорания во многом зависит от состава горючей смеси. При сгорании богатых или стехиометрических смесей (α³1) продукты сгорания включают в себя СО2, Н2О, О₂, N2.

 

Общее количество продуктов сгорания

 

Расчет процесса наполнения

Температура подогрева свежего заряда

Величина температуры подогрева свежего заряда ΔТ зависит от конструкции впускного трубопровода, типа системы охлаждения, скорости вращения коленчатого вала двигателя: ΔТ = +2˚С

 

Плотность заряда на впуске

- давление надува. Выбирается из исходных данных.

- температура компрессора;

n_к – показатель компрессора; n_к = 1,4…2,0 для центробежных нагнетателей. Принимаем n_к = 1,6, тогда

 

 

В = 287 Дж/кг град – удельная газовая постоянная воздуха.

 

Потери давления на впуске

МПа

 

где β – коэффициент затухания скорости движения;

- коэффициент сопротивления впускной системы;

- средняя скорость движения заряда в наиболее узком сечении впускной системы, м/с.

Сумма характеризует сопротивление впускной системы и принимается из диапазона 2,5…4,0. Принимаем =3. Скорость движения воздушного заряда в основном определяется скорость вращения коленчатого вала, рабочим объемом двигателя и площадью наиболее узкого сечения впускной системы = 50…130 м/с. Принимаем = 80 м/с.

МПа- лежит в пределах 0,0116 ¸0,0522

 

Давление в конце впуска

МПа

Температура в конце впуска

К

 

 

Коэффициент наполнения

Расчет процесса сжатия

Давление в конце сжатия

МПа

 

где n1 – средний показатель политропы сжатия.

Величина n1 зависти от скорости вращения коленчатого вала, рабочего объема цилиндра, степени сжатия. Влияние названных факторов на величину n1 определяется интенсивностью тепловыделения по мере сгорания рабочей смеси и теплообмена между рабочим теплом и стенками цилиндра, поршня и камеры сгорания. Согласно рисунку №1 принимаем n₁ = 1,351

 

Температура в конце впуска

К

Расчет процесса сгорания

Уравнение сгорания

где μ – коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

, кДж/(кг٠град) - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении

 

К

лежит в пределах 1800…2600 К

 

Расчет процесса расширения

1.5.1. Степень предварительного расширения

Давление в конце расширения

МПа

 

где n2 – средний показатель политропы расширения.

Величина зависит от интенсивности теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра, камеры сгорания и днища поршня. Подвод тепла к рабочему телу или сокращение отвода тепла на линии расширения приводит к уменьшению среднего показателя политропы расширения. Согласно приложению принимаем n₂ = 1,269.

 

 

Индикаторный КПД

где - среднее индикаторное давление, МПа;

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива;

 

- низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

- плотность заряда, кг/м³

- коэффициент наполнения.

Механический КПД

 

 

Эффективный КПД

Часовой расход топлива

кг/ч

 

 

Рабочий объем двигателя

л

Рабочий объем цилиндра

л

Диаметр поршня

мм

Ход поршня

мм

 

Индикаторная диаграмма

 

мм

 

где АВ – отрезок, соответствующий ходу поршня, мм. Принимаем АВ = S=84 мм. (из п. 1.8.4)

 

мм

Выбираем масштаб М_Р = Pz/200=27,655/200=0,138 МПа/мм. Доводим масштаб до стандартного значения. Принимаем М_Р = 0,2 МПа/мм и М_S = 1 мм/мм.

 

Pr = 0,113/0,2 = 0,6 мм

Pa = 0,2678/0,2 = 1,3 мм

Pc = 16,2677/0,2 = 81,3 мм

Pz = 27,655/0,2 = 138,3 мм

Pb = 0,7203/0,2 = 3,6 мм

 

Для политропы сжатия:

мм

где мм

Для политропы расширения:

мм

 

где - масштаб давления, МПа/мм

 

Данные для построения политроп сжатия и расширения сводим в табл. 1.2.

Таблица 1.2

 

№ точки	ОХ, мм	ОВ/ОХ		Рх/Мр, мм	Рх, МПа		Рх/Мр, мм	Рх, МПа
	14,2	6,21	11,79	15,75	3,15	10,15	36,55	7,31
	24,2	3,64	5,74	7,67	1,53	5,15	18,56	3,71
	34,2	2,58	3,60	4,80	0,96	3,33	11,99	2,40
	44,2	1,99	2,54	3,40	0,68	2,39	8,62	1,72
	54,2	1,63	1,93	2,58	0,52	1,86	6,69	1,34
	64,2	1,37	1,54	2,05	0,41	1,49	5,37	1,07
	74,2	1,19	1,26	1,69	0,34	1,25	4,49	0,90
	84,2	1,05	1,06	1,42	0,28	1,06	3,83	0,77

 

, мм

где ρ – степень предварительного расширения.

, мм

Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа

где F – площадь индикаторной диаграммы, F = 800 мм²;

Мр – масштаб давления, МПа/мм.

Тепловой баланс

Топлива за 1 с

Дж/с

где - количество потерянного тепла, кДж/кг

Неучтенные потери тепла

%

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

 

В тепловом расчете определяются параметры характерных точек индикаторной диаграммы для режима максимальной мощности.

 

Расчет параметров рабочего тела