Материал: 1524

5.4. Процесс сгорания

При определении температуры рабочего тела в конце сгорания предполагаем, что процесс сгорания рабочего тела в начале проходит при постоянном объеме (участок С Z1), а затем при постоянном давлении (участок Z1 Z). Температуру рабочего тела в точке определяем на основании уравнения внутренних энергий для точки С и Z с учетом количества теплоты, выделенной при сгорании топлива.

Общее уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет следующий вид

Действительный коэффициент молекулярного изменения

β = (β'+γr) / (1+γr) = (1,0283+0,0340) / (1+0,034) = 1,0274.

Коэффициент использования теплоты в диапазоне скоростного режима от 0,4 nN до nN можно определять по формуле

При уменьшении частоты вращения коленчатого вала коэффициент использования теплоты уменьшается за счет уменьшения коэффициента избытка воздуха. Степень повышения давления на участке С Z1 прини-

маем =1,5.

Используя таблицу 10 определяем, значения внутренних энергий:воздуха в конце сжатия

U'с=15,684+0,02496 (tc 700) =15,684+ +0,02496 (812 700) =18,5294 МДж/кмоль;

продуктов сгорания в конце сжатия при α=1

U''с =17,585+0,02826 (tс 700) =17,585+ +0,02826 (812 700) = 20,8066 МДж/кмоль;

продуктов сгорания в конце сжатия с учетом коэффициента избытка воздуха

Левая часть уравнения сгорания будет иметь значение: 1/1,0274 [1/(1+0,034) (0,865 42,5/0,8946+18,5294+ +0,034 19,7945)+0,008315 1,5 1,085]=69,93=Н1.

Правую часть уравнения с учетом данных, приведенных в таблице 10, преобразуем следующим образом:

определяем внутреннюю энергию рабочего тела в точке Z при α=1

U''1z=51,498+0,0335 (tz 1800)=0,0335 tz 8,802;

определяем внутреннюю энергию воздуха

U'z =45,008+0,02826 (tz 1800) =0,02826 tz 5,86;

внутреннюю энергию рабочего тела в точке Z с учетом коэффициента избытка воздуха

U''z =1/α U''1z +(α 1)/α U z =1/α (0,0335 tz 8,802)+ (α 1)/α (0,02826 tz 5,86).

После некоторых преобразований получим

H1= (0,02826+0,00524/α) tz (5,86+2,942/α)+0,008315 (Тz 273),

откуда

tz = [Н1+(3,59+(2,942/α))] / (0,036575+(0,00524/α))= =[69,93+(3,59+(2,942/1,8))] / (0,036575+(0,00524/1,8)) = 1903 С;

Тz = tz+273 = 1903+273 = 2176 К.

Давление в конце сгорания

Pz = λ Pc=1,5 6,794 = 10,191 МПа.

Степень предварительного расширения

= β Тz / ( Тс) = 1,0274 2176 / (1,5 1085) = 1,374.

Степень последующего расширения

= ε / ρ = 16 / 1,374 = 11,645.

5.5. Процесс расширения и выпуска

Для определения теплоемкостей рабочего тела используем данные таблицы 10.

Теплоемкость продуктов сгорания в точке Z при α=1 (mcν)''1z = 28,638+0,0023 (tz 1800) = 28,638

0,0023 (1903 1800) = 28,8726 кДж/кмоль.

Теплоемкость воздуха в точке Z

(mcν)'z = 25,003+0,001615 (tz 1800) = 25,003+ +0,001615 (1903 1800) = 25,1677 кДж/кмоль.

Теплоемкость рабочего тела в точке Z с учетом коэффициента избытка воздуха

(mcν)''z = 1/α (mcν)''1z+α 1/α (mcν)'z= =1/1,8 28,8726+(1,8 1)/1,8 25,1677=27,2259 кДж/кмоль.

Принимаем температуру рабочего тела в конце расширения tb=810 C

Теплоемкость продуктов сгорания в точке В для принятой темпе-

ратуры tb при α=1

(mcν)''1b=25,498+0,00376 (tb 800)=25,498+ +0,00376 (810 800)=25,5356 кДж/кмоль.

Теплоемкость воздуха в точке В для принятой температуры tb

(mcν)'b=22,713+0,00293 (tb 800)=22,713+ +0,00293 (810 800)=22,7423 кДж/кмоль.

Теплоемкость рабочего тела в точке В с учетом принятого коэффициента избытка воздуха

(mcν)''b=1/α (mcν)''1b+ (α-1)/α (mcν)'b = 1/1,8 25,5356+ +1,8-1/1,8 22,7423 = 24,2941 кДж/кмоль.

Показатель политропы расширения

Температура рабочего тела в конце расширения

Тb = Тz / δn2-1 = 2176 / 11,6451,2828-1 = 1086 К.

Давление рабочего тела в конце расширения

Рb = Pz / δn2 = 10,191/11,6451,2828 = 0,437 МПа.

Проверка выбранной температуры остаточных газов

Ошибка составит

Tr TrN Tr 100 780 780 100 0%. TrN 780

5.6. Показатели работы цикла

Показатели работы цикла определяются на основании данных, полученных в результате выполненных расчетов процессов впуска, сжатия, сгорания и расширения.

Среднее теоретическое индикаторное давление

Для определения действительного среднего индикаторного давления принимаем коэффициент скругления индикаторной диаграммы μ=0,96, коэффициент полноты насосных потерь φ=0,85.

Pi= μ P'i -φ (Pr - Pa)=0,96 1,112-0,85 (0,162-0,1565)=1,063 МПа.

Индикаторный коэффициент полезного действия

Индикаторный удельный расход топлива

gi= 3600 / (Hu ηi) = 3600 / (42,5 0,456)=186 гр/кВт ч.

Давление механических потерь

Pм = 0,089+0,0118 Sp n / 30=0,089+0,0118 0,12 2600/30=0,212 МПа.

Эффективное давление

Pe= Pi - Pм = 1,063 - 0,212 = 0,851 МПа.

Механический коэффициент полезного действия

ηм = Pe/ Pi = 0,851 / 1,063 = 0,8.

Эффективный коэффициент полезного действия

ηe = ηм ηi = 0,8 0,456 = 0,365.

Эффективный удельный расход топлива

ge = gi / ηм = 186 / 0,8=232,5 гр/кВт ч.

Индикаторная мощность двигателя

Ni = Ne /ηм = 190 / 0,8 = 237,5 кВт.

Расчетная мощность двигателя

Ne PeiVhn 0,851 10,316 2600 190,2кВт. 30

Крутящий момент двигателя

Ме = 3 104 Ne / (π n) = 3 104 190 / (3,14 2600) = 698 н м.

Часовой расход топлива

GТ = ge Ne / 1000 = 232,5 190 / 1000 = 44,175 кг/ч.

5.7. Тепловой баланс двигателя

Общее количество теплоты, выделенной при полном сгорании топли-

ва за один час

Q = GТ Hu = 44,175 42,5 = 1877,4 МДж/ч.

Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя:

Qe = 3,6 Ne = 3,6 190 = 684 МДж/ч; qe = Qe 100 / Q = 684 100/1877,4 = 36,43 %.

Теплота, эквивалентная механическим потерям:

Qм = 3,6 (Ni Ne) = 3,6 (237,5 190) = 171 МДж/ч; qм = Qм 100 / Q = 171 100/1877,4 = 9,108 %.

Теплота, потерянная с отработавшими газами, определяется как раз-

ность между теплотой, унесенной с отработавшими газами и теплотой,

поступающей в цилиндры двигателя со свежим зарядом.

Температура отработавших газов в С tr = Tr 273 = 780 273 = 507 C.