Материал: 2471

В рассматриваемом случае площадь поперечного сечения сосуда S представляет горизонтальную площадь свободной поверхности жидкости, находящейся в цистерне, соответствующую некоторому уровню z:

где L – постоянная длина цистерны; х – переменная величина, зависящая от значения z (уровня жидкости в цистерне).

Рис. 15.4. Общий вид железнодорожной цистерны с нефтепродуктом

Установим эту зависимость. Вертикальное поперечное сечение цистерны представляет собой окружность с центром, сдвинутым относительно начала координат по оси Az вверх на величину z = R. Ее уравнение: x2 z R 2 R2. Отсюда x 2 R z z2 и, следовательно,

S 2L2R z z2 . (15.18)

Подставив полученное значение S в уравнение (15.16), найдем

dt 2L2R z z2dz .s2g z

Проинтегрируем полученное выражение:

Вынесем постоянные за знак интеграла и поменяем пределы интегрирования [п. 2.2.1, свойства 2), 4) определенного интеграла:

b a

С f (x)dx С f (x)dx]

a b

Для железнодорожной цистерны модели 15-890 длиной L=10,3 м, радиусом R = 1,2 м эффективным проходным (сливным) сечением отверстия µs = 0,003 м2 (внешний цилиндрический насадок) и объёмом бензина 60 м3 время слива в t, согласно уравнению (15.20), составит

4850 с, или 1,35 ч [42].

15.4. Принцип работы простейшего карбюратора

Карбюратор (фр. «прибор») служит для приготовления горючей смеси, состоящей из топлива (одна часть бензина) и воздуха (пятнадцать частей). Расход топлива, поступающий в цилиндр двигателя, зависит от диаметра калиброванного отверстия (жиклёра) и разрежения в диффузоре.

Рассмотрим работу простейшего карбюратора. При движении поршня вниз (рис. 15.5) в цилиндре создается разрежение, и при открытом впускном клапане начинается движение воздуха через впускной трубопровод под действием перепада давления между атмосферой и полостью цилиндра. Когда воздух проходит через впускной диффузор (канал меньшего сечения), его скорость увеличивается, а давление падает ниже атмосферного. Создается перепад давления между поплавковой камерой и сечением диффузора. Под действием этого перепада давления бензин через главный топливный жиклёр (насадок) начинает поступать через канал распылителя в диффузор.

Рис. 15.5. Схема работы простейшего карбюратора

В диффузоре бензин смешивается с воздухом, частично испаряется, и далее эта смесь поступает через впускной клапан в полость цилиндра.

Следует отметить, что уровень топлива в поплавковой камере несколько ниже, чем сечение диффузора, в котором топливо поступает в воздушный поток (величина Н). В связи с этим топливо не может са-

мопроизвольно самотеком поступать из поплавковой камеры в диффузор карбюратора. Этот уровень строго регламентирован для каждой модели карбюратора, поддерживается запорным клапаном и подлежит регулировке при техническом обслуживании.

Ось дроссельной заслонки связана с акселератором (педалью газа), которым управляет водитель. Нажимая на педаль, водитель поворачивает дроссельную заслонку. Увеличение хода педали соответствует большему углу открытия заслонки.

Чем сильнее открыта дроссельная заслонка, тем меньшее сопротивление она оказывает проходящему потоку, тем выше скорость проходящего через диффузор воздуха, и тем сильнее разрежение в сечении диффузора, соответственно и больше бензина поступает в цилиндр двигателя.

15.5. Расчёт простейшего карбюратора

Рассмотрим движение воздуха от сечения О О (вход в карбюратор) к диффузору (сечение Д Д), пренебрегая потерями энергии ввиду их малости (рис. 15.6). Воздух входит в карбюратор с давлением Ро и скоростью vo. В диффузоре, в результате сужения канала, скорость vД увеличивается, а давление РД снижается. Снижение давления в диффузоре необходимо для того, чтобы под действием перепада давления топливо поступало из по-

плавковой камеры в калиброванное отверстие (жиклёр) и в смесительную трубку.

Запишем уравнение Бернулли для указанных сечений, которое выражает закон сохранения энергии:

Уравнение Бернулли устанавливает зависимость между давлением Р и скоростью v движения жидкости в различных сечениях. Если

сечение канала уменьшается (конфузор), то скорость в этом сечении увеличивается, а давление уменьшается. При расширении канала (диффузор) скорость снижается, а давление увеличивается.

Умножим левую и правую часть уравнения (15.21) на плотность и ускорение свободного падения Д g, получим

Запишем уравнение неразрывности (постоянство расходов) для сечения О О и площади поршня:

Отношение площади поршня к площади входа в карбюратор лежит в пределах

Учитывая, что сечение на входе в карбюратор в 2 раза меньше сечения поршня, то скорость v0 2 18,3 36,6 м/с. Плотность воздуха в каналах карбюратора принимаем равным 1,2 кг/м3.

Перепад давления в поплавковой камере и диффузоре принимаем равным 0,9 атм (0,9·105 Н/м2). Вакуумметрическое давление (разрежение) в диффузоре должно быть равно 0,1 атм. Подставляя значения давления и плотности воздуха в выражение (15.22), получим

значение скорости воздуха в диффузоре составит vД 130 м/с.

Составим уравнение неразрывности потока воздуха для входа в карбюратор и в диффузор:

Площадь поршня при его диаметре 10 см равна FП 78см2.

Площадь в сечении О О равна FO 39см2.