Материал: 1524
При расчете для различных скоростных режимов коэффициент избытка воздуха может быть определен по уравнению
|
|
|
|
n |
|
|
n |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
α α |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
||
N |
1,672 1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nN |
nN |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действительный расход воздуха для номинального режима работы двигателя
L = αLo 1,5 0,5278 0,7917кмоль.
Количество свежего заряда
М = L+ |
Мд |
|
Mδ |
0,7917 |
0,15 |
|
0,85 |
0,807кмоль. |
|
|
|
|
|||||
1 |
mд |
|
mδ |
190 |
58 |
|
||
|
|
|
||||||
Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания:
MCO2 Mд |
|
С |
Мδ |
n |
0,15 |
0,87 |
0,85 |
4 |
|
0,0695кмоль. |
||||||||
12 |
mδ |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
12 |
|
|
58 |
|
|
|
|||||||
MН2О Mд |
H |
Мδ |
m |
0,15 |
0,126 |
0,85 |
10 |
|
0,0827 кмоль. |
|||||||||
2 |
|
|
2*58 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
2mδ |
2 |
|
|
|
|||||||||
МN2 = 0,79αLo 0,79 1,5 0,5336 0,6323кмоль.
МO2 =0,21 α 1 Lo 0,211,5 1 0,5278 0,0554 кмоль.
Количество продуктов сгорания
М2 МСО2 МH2O MN2 MO2 0,0695 0,08270,6323 0,0554 0,8399кмоль.
Химический коэффициент молекулярного изменения
β' M2 0,8399 1,04.
M1 0,807
7.2. Процесс впуска
Параметры окружающей среды: Ро = 0,101 МПа, То = 293 К. Степень подогрева свежего заряда Т 15 .
Плотность воздуха, поступающего во впускную систему
ρ |
|
Рo106 |
|
0,1013 106 |
1,205кг/м3. |
|
RBТo |
287 293 |
|||||
o |
|
|
|
Отношения площади к площади проходногосечения впускногоклапана
Fп / fкл 5,2.
Ход поршня
Sn 30 CN 30 10,3 0,11м. nN 2800
Скорость свежего заряда в проходном сечении впускного клапана
Wвп 0,05433SnnN Fn 0,05433 0,11 2800 5,2 87м/с.
fкл
Сопротивление впускной системы с учетом коэффициента затухания скорости
(β2 ξ) 2,8.
Давление в цилиндре двигателя в конце впуска
Р |
Р |
(β2 ) W2 |
|
ρо |
0,1013 2,8 872 |
1,205 |
0,088 МПа. |
|
|
||||||
а |
o |
вп |
|
(2 106) |
|
(2 106) |
|
|
|
|
|
|
|||
Давление остаточных газов на номинальной мощности
РrN 0,098 0,539nN10 5 0,098 0,539 2800 10 5 0,113МПа.
Давление остаточных газов для различных скоростных режимов определяем по уравнению
|
|
|
|
|
n |
|
2 |
|
Р 1,035P P |
1,035P |
. |
||||||
|
||||||||
r |
о |
rN |
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nN |
|
|||
Принимаем температуру остаточных газов на номинальном режиме
работы двигателя Тr = 820 К. Температуру остаточных газов на различных скоростных определяем по уравнению
Tr (TrN 45) 90( n 0,5) 273. nN
Степень подогрева свежего заряда для различных скоростных режимов
110 0,0125n
T TN 110 0,0125nN , где TN 15 .
Коэффициент остаточных газов
γr |
To T |
|
Pr |
|
|
293 15 |
|
0,113 |
|
|
0,0283. |
||
|
|
Paε Pr |
|
|
0,088 18,3 0,113 |
||||||||
|
TrN |
820 |
|
|
|||||||||
Температура рабочего тела в конце наполнения |
|
||||||||||||
T |
To T γrνTr |
|
293 15 0,0283 1,14 820 |
325K. |
|||||||||
|
|
||||||||||||
a |
|
1 γr |
|
|
|
|
1 0,0283 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Коэффициент ν Cpr /Cpo 1,14, где Сpr теплоемкость продуктов
сгорания при постоянном давлении, Сpо теплоемкость воздуха при постоянном давлении.
Коэффициент наполнения
η |
To |
|
Paε Pr |
|
|
293 |
|
|
0,088 18,3 0,113 |
|
0,813. |
|
T T |
P ε 1 |
293 15 |
0,1013 18,3 1 |
|||||||||
V |
|
|
|
|
||||||||
|
o |
|
o |
|
|
|
|
|
|
|
||
7.3. Процесс сжатия
Показатель политропы сжатия определяется на основании значений теплоемкости рабочего тела в начале сжатия (точка А) и в конце сжатия (точка С). Принимаем максимальную температуру рабочего тела в конце сжатия tc 600 С, а расчетную температуру рабочего тела в конце сжатия
tс 670 С.
Теплоемкость свежего заряда в начале сжатия (точка А)
mcv a 20,758 0,0008ta 20,758
0,0008 52 20,8кДж / кмоль С ,
где ta Ta 273 325 273 52 С.
Температура рабочего тела в точке С без учета коэффициента остаточных газов
mcv c 22,09 0,00318 tc 600 22,09
0,00318 670 600 22,313кДж / кмоль С .
Показатель адиабаты сжатия |
tc ta |
|
|
|||
К1 1 8,315 |
|
|
||||
|
|
|
||||
|
|
mcv ctc |
mcv ata |
|||
1 8,315 |
|
670 52 |
|
1,37. |
||
22,313 670 20,8 52 |
||||||
|
|
|
||||
Показатель политропы сжатия для газодизельных двигателей принимаем равным показателю адиабаты сжатия, то есть n1 n2 1,37.
Температура рабочего тела в конце сжатия
Tc Taεn1 1 325 18,31,37 1 953K.
Ошибка в выборе температуры рабочего тела в конце сжатия
tc |
Tc 273 tc |
|
953 273 670 |
0,0147, |
|
|
|||
|
To 273 |
953 273 |
||
что составляет 1,47 %. Если ошибка составит больше двух процентов,
необходимо задать новое значение tc и расчет повторить. Давление рабочего тела в конце сжатия
Pc Paεn1 0,088 18,31,37 4,72 МПа.
7.4. Процесс сгорания
При определении температуры рабочего тела в конце сгорания предполагали, что сгорание топлива происходит вначале при постоянном объеме (участок C Z1), а затем при постоянном давлении (участок Z1 Z). Температуру рабочего тела в точке Z определяем на основании уравнения внутренних энергий для точек C и Z с учетом теплоты, выделенной при сгорании топлива.
Общее уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет вид
1 |
1 |
|
ξH |
u |
U |
γ U |
|
|
|
U |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
0,008315λT |
0,008315T . |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
β |
|
|
|
c |
r |
c |
|
|
c |
z |
z |
||
|
1 γr |
M1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Действительный коэффициент молекулярного изменения |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
β |
β' γr |
|
1,04 0,0283 |
1,039. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
1 γr |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0,0283 |
|
|
||
Степень повышения давления λ принимается в зависимости от закона подачи топлива, способа смесеобразования, скоростного режима двигателя, свойств топлива и т.д. Для рассматриваемого случая принимаем λ 1,7.
Принимаем коэффициент использования теплоты ξ 0,88.
Для различных скоростных режимов изменение коэффициента теплоты можно принять идентичным изменению коэффициента избытка воздуха, однако с поправкой на большую теплоотдачу в стенки камеры сгорания при уменьшении скоростного режима двигателя. С учетом указанных поправок уравнение будет иметь вид
|
|
|
|
0,75 |
|
n |
|
|
ξ ξ |
N |
0,15 |
|
n |
0,3 |
0,878 |
0,3 . |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
nN |
|
nN |
|
||
Определяем значение внутренних энергий: |
|
|
||||||
воздуха в конце сжатия |
|
|
|
|
||||
Uc |
13,255 0,0243 tc 600 13,255 |
|||||||
0,0243 680 600 15,199 МДж/кмоль;
продуктов сгорания в конце сжатия при α 1
U1c 14,799 0,02806 tc 600 14,7990,02806 680 600 17,043МДж/кмоль;
продуктовсгоранияс учетомпринятого коэффициентаизбыткавоздуха
|
|
|
Uc |
1 |
U1c |
|
α 1 |
Uc |
|
1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17,02380 |
|
||||||||
|
|
|
α |
|
α |
1,5 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
1,5 1 |
15,199 16,4155МДж/кмоль. |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Левая часть уравнения будет иметь значение |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
0,88 44,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
15,199 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
0,807 |
|
|
|
|
|
0,008315 1,7 953 |
73,51. |
|||||||
|
1,039 |
1 0,0283 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
0,0283 16,4155 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Правую часть уравнения преобразуем следующим образом:
определяем внутреннюю энергию продуктов сгорания в точке Z при
α1
U1z 51,498 0,0335 tz 1800 0,0335tz 8,802;
определяем внутреннюю энергию воздуха в точке Z
Uz 45,008 0,02826 tz 1800 0,02826tz 5,86;
определяем внутреннюю энергию рабочего тела в точке Z с учетом принятого значения коэффициента избытка воздуха
|
|
1 |
|
|
α 1 |
|
|
|
1 |
|
0,0335tz 8,802 |
|
α |
1,5 |
|||||||||
Uz |
αU1z |
Uz |
|||||||||
1,5 1 0,02826tz 5,86 0,03175tz 7,8213. 1,5
Подставив полученное выражение в правую часть уравнения, получаем выражение
0,03175tz 7,8213 0,008315 tz 273 73,51,откуда tz 1973,3 C;
Tz 1973,3 273 2246,3K.
Учитывая, что скорость сгорания газообразного топлива больше, чем дизельного, принимаем значение степени повышения давления λ 1,7.
Давление в конце сгорания
Pz λ Pc 1,7 4,72 8,024 МПа.
Степень предварительного расширения
ρ βTz 1,039 2246 1,44.
λTc |
1,7 953 |
Степень последующего расширения
δε 18,3 12,7.
ρ1,44