ТОП 10:

Термодинамический расчет процесса сгорания



Величина теплоемкости зависит от температуры и давления тела, его физических свойств и характера процесса. Для расчетов рабочих процессов обычно пользуются средними молярными теплоемкостями при постоянном объеме mсv и при постоянном давлении mср, между которыми существует зависимость:

 

mср = mсv + 8,315. (2.22)

 

Теплоемкость заряда определяется в зависимости от температуры конца сжатия Тс по эмпирической формуле, кДж/(кмоль × К):

 

. (2.23)

 

Теплоемкость продуктов сгорания определяется в зависимости от температуры Тz и состава рабочей смеси:

при a ³ 1 ;

при a < 1 .

Потери теплоты из-за химической неполноты сгорания богатых смесей, кДж/кг:

 

ΔQн = 119950(1 - a) Lo. (2.24)

 

Коэффициент использования теплоты x показывает какая часть теплоты топлива пошла на увеличение внутренней энергии и совершение работы расширения.

При выборе значения x необходимо руководствоваться следующими соображениями:

1. С увеличением частоты вращения коленчатого вала уменьшается время теплообмена со стенками, повышаются температура деталей цилиндропоршневой группы, скорость сгорания и уменьшаются утечки заряда. Однако из-за уменьшения времени, отводимого на сгорание, увеличивается фаза догорания на линии расширения. Поэтому с увеличением частоты вращения x уменьшается.

2. Меньшие значения x характерны для двигателей с поршнями и головками цилиндров из алюминиевых сплавов, так как выше их теплоотдача.

3. С увеличением степени сжатия e коэффициент использования теплоты x, как правило, уменьшается.

4. Меньшие значения x характерны для ДсИЗ с более бедным составом смеси на номинальном режиме.

5. Величина x существенно зависит от типа камеры сгорания и способа смесеобразования.

Значения x на номинальном режиме работы находятся в пределах:

для карбюраторных ДсИЗ 0,85…0,92;

для ДсИЗ с распределенным впрыскиванием

топлива во впускной трубопровод 0,8…0,86;

для дизелей с объемным или

объемно-пристеночным смесеобразованием 0,70…0,85;

для дизелей с пристеночным смесеобразованием 0,65…0,75.

 

Для дизелей при расчете процесса сгорания дополнительно задаются степенью повышения давления l = pz/pc, которая для различных двигателей находится в следующих пределах:

для дизелей с объемным или

объемно-пристеночным смесеобразованием 1,7…2,2;

для дизелей с пристеночным смесеобразованием 1,4…1,8.

Температуру в конце процесса сгорания определяют по следующим выражениям.

для карбюраторного двигателя:

 

, (2.25)

 

для дизельных двигателей:

 

. (2.26)

 

После подстановки перечисленных величин в одно из этих выражений получается квадратное уравнение типа: и, решая его относительно Tz можно найти корни, один из которых и есть температура конца сгорания. Решением квадратного уравнения является:

 

, (2.27)

 

где для карбюраторного двигателя:

а = mд × (15,5 + 13,8a) × 10-4, (2.28)

b = mд × (18,4 + 2,6a), (2.29)

. (2.30)

 

для дизельного двигателя:

, (2.31)

, (2.32)

. (2.33)

 

Давление газов в конце сгорания pz, МПа

дизельный двигатель pz = l × рс, (2.34)

карбюраторный двигатель . (2.35)

Степень повышения давления двигателя с искровым зажиганием:

 

. (2.36)

 

Объем газов в конце сгорания в карбюраторном двигателе условно принимается равным объему камеры сгорания, т.е. Vz = Vc. В дизелях происходит значительное увеличение объема газа в процессе сгорания, которое характеризуется степенью предварительного расширения r = Vz/Vc. Следовательно, для дизелей

. (2.37)

 

Параметры конца процесса сгорания приведены в таблице 2.5

 

Таблица 2.5- Параметры конца процесса сгорания для различных двигателей

Двигатели рz, МПа Тz, К
ДсИЗ 3,5…7,5 2400…2900
Дизели без наддува 6,5…9,5 1800…2300
Дизели с наддувом 7,0…12,0 2000…2500

Расчет процесса расширения

Предполагают, что расширение происходит по политропному процессу со средним показателем политропы n2. При выборе значения показателя политропы расширения n2 следует руководствоваться следующими сведениями:

1. Чем сильнее догорание на линии расширения, чем ниже величина коэффициента использования теплоты x, тем меньше величина n2 и, наоборот.

2. Для двигателей с большей частотой вращения коленчатого вала характерны меньшие значения n2, так как, несмотря на увеличение скорости сгорания смеси при увеличении частоты вращения, большая доля топлива сгорает на линии расширения.

3. При прочих равных условиях большие значения n2 характерны для двигателей с поршнями и головками цилиндров из алюминиевых сплавов, которые обеспечивают более интенсивную теплопередачу.

4. Уменьшение относительной поверхности охлаждения (Fпов/Vh) уменьшает теплоотдачу от рабочего тела к стенкам, поэтому для двигателей с большими геометрическими размерами (большим диаметром цилиндра при том же отношении S/D), а также для двигателей с низкими значениями степени сжатия e характерны меньшие значения n2.

Степень последующего расширения d для дизелей определяется по выражению:

. (2.38)

 

Значения давления рb (МПа) и температуры Тb (К) в конце процесса расширения определяются по формулам политропного процесса.

двигатель с искровым зажиганием:

 

, ; (2.39)

 

дизельный двигатель:

 

, . (2.40)

 

Возможные значения параметров конца процесса расширения для номинального режима работы представлены в таблице 2.6.

 

Таблица 2.6- Параметры конца процесса расширения

Двигатели Параметры
n2 рb, МПа Тb, К
ДсИЗ 1,23…1,30 0,35…0,60 1200…1700
Дизельные 1,18…1,28 0,20…0,50 1000…1200

 

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов осуществляется по формуле:

. (2.41)

 

Погрешность составляет:

 

, (2.42)

 

где Trp и Trnp – соответственно расчетная и принятая температура остаточных газов.

Значение расчетной температуры остаточных газов может отличаться от выбранной ранее не более чем на 5%. Если это отклонение больше, то необходимо изменить заданные значения Tr и pr и повторить расчет.







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-22; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.233.239.102 (0.006 с.)