Материал: 1524
Если ошибка составит более 5 %, необходимо задать новое значение tc и повторить определение теплоемкости рабочей смеси в конце сжатия.
Давление рабочего тела в конце сжатия
Рс Ра n1 = 0,084 8,51,367 = 1,57 МПа.
3.6. Процесс сгорания
Температура рабочего тела в конце сгорания определяется на основании значений внутренних энергий рабочего тела в точках С и Z с учетом количества теплоты, подведенной к рабочему телу на участке С-Z.
Общее уравнение внутренних энергий имеет вид
|
(Hи Hи) |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
U |
|
U |
=U |
. |
|||
|
|
|||||||
|
M1 |
c |
r |
c |
(1 r) |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент использования теплоты принимаем равным =0,94, так как газовоздушная смесь является более однородной, чем
бензовоздушная, а поэтому имеет место более полное сгорание топлива.
Теплотворная способность одного кмоля газа
Нu =22,4 H u= 22,4 38 = 851,2 МДж/кмоль.
Потери теплоты за счет недогорания топлива при 1
Hu = 112,5(1 )Lo=112,5(1 0,95) 10,094 = 56,78 МДж.
Внутренняя энергия свежего заряда в точке С
U c =8,591+0,02299(tc 400) = 8,591+ +0,02299(516 400) = 11,258 МДж/кмоль;
tc = Tc 273 = 789 273 = 516 C.
Внутренняя энергия продуктов сгорания в точке С
U c=[MCO(0,02199tc 0,205)+MCO 2(0,04154tc 2,641)+MH 2(0,02119tc
1,28)+MH 2O(0,02947tc 1,078)+MN 2(0,02252 tc 0,534)]/M2 = =[0,125(0,02199 516 0,205)+0,9544(0,0415 516 2,641)+0,0862(0,02119 516 1,28)+1,994(0,02947 516 1,078)+7,57(0,02252 5160,534)]/10,73 = 12,3 МДж/кмоль.
Действительный коэффициент молекулярного изменения
r = 1,013 0,0537 =1,0123.
1 r |
1 0,0537 |
Для различных скоростных режимов коэффициент использования теплоты можно определять по уравнению
|
|
n |
0,4 |
|
n |
|
N |
0,51 |
||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||||
n |
|
0,49 n |
|
|
||||||
|
|
N |
|
|
N |
|
|
|||
|
Внутренняя энергия рабочего тела в точке Z |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Hи Hи |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Uz |
|
M1 |
Uc rUc |
1 r |
|
|
|||||||
|
0,94 851,2 56,78 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
= |
|
|
11,258 0,0537 12,3 |
|
|
|
|
|
|
|
=77,27 МДж. |
|||
10,59 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1,0123 1 0,0537 |
|
|||||||
Температура рабочего тела в точке Z
Tz = (U z + B) / A.
Параметр А определяется по уравнению
A = (0,02889 MCO+0,05275MCO 2+0,02805MH 2+0,04648MH 2O+ +0,02805MN 2)/M2 =(0,02889 0,1256+0,05275 0,9544+0,02805 0,0862+ +0,04648 1,994+0,0271 7,57)/10,73 = 0,03306.
Параметр В определяется по уравнению
B= (7,162MCO+13,598MCO 2+9,961MH 2+21,995MH 2O+6,232MN 2)/M2 =
=(7,162 0,1256+13,598 0,9544+9,961 0,0862+21,995 1,994+
+6,232 7,57)/10,73 = 9,867;
tz =(77,27 + 9,867)/0,033 = 2635 C;
Tz = tz + 273 = 2635+273=2908 K.
Давление рабочего тела в конце сгорания
Pz = Pc Tz / Tc =1,0123 1,57 2908 / 789 = 5,86 МПа.
Степень повышения давления
= Pz / Pс = 5,86 / 1,57 = 3,732.
3.7.Процесс расширения и выпуска
Теплоемкость рабочего тела в точке Z
(mcv) z=[MCO(23,196+0,00113tz)+MCO 2(41,652+0,00226tz)+MH 2(19,995+ +0,00163tz)+MH 2O(28,402+0,00372tz)+MN 2(22,735+0,00113tz)]/M2 = =[0,1256(23,196+0,00113 2635)+0,9544(41,652+0,00226 2635)+ +0,0862(19,995+0,00163 2635)+1,994(28,402+0,00372 2635)+ +7,29(22,735+0,00113 2635)]/10,73 = 29,305 кДж/(кмоль град).
Принимаемтемпературурабочего тела вконцерасширения tb=1450 С. Теплоемкость рабочего тела в точке В
(mcv)b=[MCO(21,468+0,00205tb)+MCO 2(36,682+0,0049tb)+MH 2(19,632+ +0,0018tb)+MH 2O(24,972+0,00549tb)+MN 2(20,992+0,00209tb)]/M2 = =[0,1256(21,468+0,00205 1450)+0,9544(36,682+0,00496 1450)+ +0,0862(19,632+0,0018 1450)+1,994(24,975+0,00549 1450)+
+7,29(20,922+0,00209 1450)]/10,73 = 26,76 кДж/(кмоль град).
Показатель адиабаты расширения
K2 |
1 8,315 |
|
tz tb |
|
= |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
mcv |
ztz mcv btb |
|||
= 1+8,315 |
2635 1450 |
1,256. |
|||||
29,305 2635 26,76 1450 |
|||||||
|
|
|
|
||||
Показатель политропы принимаем равным n2 = К2 0,01 = 1,256 0,01=1,246.
Расчетная температура рабочего тела в конце расширения
Tb Tz / n2 1 2908/8,51,246 1=1718 K.
Ошибка в выборе температуры tb составит
t |
b |
|
Tb 273 tb |
100 |
1718 273 1450 |
100 0,346%. |
|
Tb 273 |
1718 273 |
||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Ошибка составляет менее 5 %. В дальнейших расчетах принимаем |
|||||||
температуру Тb = 1718 К.
Давление рабочего тела в конце расширения
Рb Рz / n2 =5,86/8,51,246 = 0,407 МПа.
Проверка выбора температуры остаточных газов
Tr |
|
Tb |
|
|
1718 |
|
= 1128 К. |
||||||
3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
||||||
P P |
|||||||||||||
|
0,407/0,1152 |
||||||||||||
Ошибка составит |
|
b r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
T |
Tr Tr |
|
|
100 |
1120 1120 |
100 0%. |
|||||||
|
|
|
|||||||||||
r |
Tr |
|
|
1120 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3.8. Показатели работы цикла
|
|
|
|
Среднее теоретическое индикаторное давление |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
P |
|
P |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
= |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
1 |
|
|
|
|
n 1 |
||||||||||||||
|
|
|
|
i |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
n1 1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
n2 1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
1,57 |
|
|
3,732 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
=0,99 МПа. |
|||||||||||
|
8,5 1 |
1,246 1 |
|
|
|
|
|
1,246 1 |
|
|
|
1,367 1 |
|
|
|
|
1,367 1 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8,5 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Коэффициент скругления индикаторной диаграммы принимаем равным = 0,95, коэффициент полноты начальных потерь = 0,75.
Действительное среднее индикаторное давление
Pi= P i (Pr Pa) = 0,95 0,99 0,73(0,1152 0,084) = 0,92 МПа.
Индикаторный удельный расход топлива
gi |
3,6 V |
|
3,6 0,8 |
0,295 |
3 |
|
|||
|
|
|
|
|
м |
/(кВт ч). |
|||
M |
1 |
P |
10,59 0,92 |
|
|||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
Индикаторный коэффициент полезного действия
i = 3,6 / (gi Hu) = 3,6 /(0,295 38) = 0,321.
Давление механических потерь
Pм = 0,039+0,0132 CN = 0,039+0,0132 10,13 = 0,1727 МПа.
Среднее эффективное давление
Pe = Pi – Pм =0,92–0,1727 = 0,747 МПа.
Механический коэффициент полезного действия
м = Pe / Pi = 0,747 / 0,92 = 0,812.
Эффективный удельный расход топлива
ge = gi / м = 0,295 / 0,812 = 0,363 м3/(кВт ч).
Эффективный коэффициент полезного действия
e = i м = 0,321 0,812 = 0,262.
Индикаторная мощность двигателя
Ni = Ne / м = 110 / 0,812 = 135,5 кВт.
|
|
Диаметр цилиндра для заданной мощности |
|||||||
Dц |
|
120 ni |
|
|
|
120 135,5 4 |
|
= 0,962 дм. |
|
Pi |
nN i Sn |
|
3,14 0,92 3200 8 0,95 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ход поршня и диаметр цилиндра в дециметрах. Литраж двигателя
iVh = πDц2 Sn i / 4 = 3,14 0,9622 0,95 8 / 4 = 5,52 л.
Расчетная эффективная мощность
Ne = Pe n iVh / (30 ) = 0,747 3200 5,52 / (30 4) = 109,9 кВт.
Рассчитываемый двигатель имеет меньший литраж, чем у стандартного двигателя Зил-130 при той же номинальной мощности. Это объясняется тем, что благодаря более высокому октановому числу природного газа имеется возможность увеличить степень сжатия с 7 до 8,5.
Крутящий момент двигателя
Me= 3 104 Ne / (π n) = 3 104 109,9 / (3,14 3200) = 327,8 н м.
Часовой расход топлива, в м3
GТ = ge Ne = 0,363 109,9 = 39,89 м3/ч.
Часовой расход топлива, в кмолях
G Т = GТ / 22,5 = 39,89 / 22,4 = 1,781 кмоль/ч.
3.9. Тепловой баланс двигателя
Общее количество теплоты, выделенное при сгорании топлива за один
час
Q = GТ Hu= 39,89 38 = 1516 МДж/ч.
Теплота, эквивалентная эффективной мощности
Qе = 3,6 Ne = 3,6 109,9 = 395,28 МДж/ч; qe = Qe 100 / Q = 395,64 100 / 1516,0 = 26,0 %.
Теплота, эквивалентная механическим потерям
Qм =3,6(Ni – Ne) = 3,6(135,5 – 109,9) = 92,16 МДж/ч; qм = Qм 100 / Q = 92,16 100 / 1516,0 = 6,08 %.
Температура отработавших газов, в С tr = Tr – 273 = 1120 – 273 = 847 C.
Изохорная теплоемкость продуктов сгорания для остаточных газов
(mcv) r= [MCО(20,211+0,00318tr)+MCO 2(31,848+0,0095tr)+ MH 2(20,33+ +0,00109tr)+MH 2O(24,253+0,00603tr)+MN 2(19,976+0,00293tr)] / M2 = =[0,1256(20,211+0,00318 847)+0,9544(31,848+0,0095 847)+ +0,0862(20,33+0,00109 847)+1,994(24,253+0,00603 847)+ +7,29(19,976+0,00293 847)] / 10,73 = 24,7 кДж/(кмоль град).
Изобарная теплоемкость продуктов сгорания для остаточных газов
(mcp) r=(mcp) r+8,315 = 24,7+8,315 = 33,015 кДж/(кмоль град).
Изохорная теплоемкость свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя при температуре to
(mcv) о=20,759+0,0008to=20,759+0,0008 20 =20,775 кДж/(кмоль град).
Изобарная теплоемкость свежего заряда
(mcp) о=(mcv) o+8,315 = 20,775+8,315=29,09 кДж/(кмоль град).
Теплота, унесенная с отработавшими газами
Qoг=G Т L[ (mcp) r tr (mcv) a tr] / 1000 = =1,781 9,59[1,0123 33,015 847 – 29,09 20]/1000 = 473,55 МДж/ч;
qог=Qог 100 / Q = 473,55 100 /1516,5 = 31,23 %.