Материал: КУРСОВА ПО Теплотехніки(1)

Розділ 2. Теоретичний цикл двз. [5] «Розрахунково–графічне дослідження теоретичного циклу двигуна внутрішнього згоряння».

Завдання. Розрахувати теоретичний цикл двигуна внутрішнього згорання та визначити його основні вихідні параметри (ефективну потужність і економічність) якщо:

р₁= 0,09 МПа – початковий тиск робочого тіла;

t₁= 27 ^оС – початкова температура робочого тіла;

ε = 14 – ступінь стиску робочого тіла в двигуні;

λ = 1,6 – ступінь підвищення тиску робочого тіла в процесі підводу теплоти;

ρ = 1,8 – ступінь попереднього розширення робочого тіла;

D = 105 мм – діаметр циліндра;

S = 120 мм – хід поршня;

z = 4 – число циліндрів у двигуні;

n = 2000 об/хв. – частота обертання валу двигуна;

τ = 4 – тактність двигуна;

П = 39 % – втрати теоретичної роботи циклу;

ξ = 0,85 – коефіцієнт повноти згорання палива в двигуні;

термодинамічні характеристики робочого тіла:

c_Pm = 1,015 кДж/кг∙К; c_Vm = 0,725 кДж/кг∙К; k = 1,4; R = 287 Дж/кг∙К;

Н_u = 43,0 МДж/кг – нижча теплота згоряння палива.

В процесі розрахунків:

1. Визначити:

а) параметри робочого тіла в характерних (вузлових) точках циклу;

б) роботу і теплоту в процесах, що складають цикл;

в) роботу і термічний ККД циклу.

2. Побудувати (на міліметрівці в масштабі) діаграму циклу в р–υ і Т–s координатах та через вимірювання його площі на діаграмі р–υ визначити теоретичну роботу циклу;

3. В залежності від конструктивних характеристик циліндро-поршневої групи, частоти обертання колінчастого валу, втрат енергії газів в двигуні, повноти згоряння палива в циліндрах двигуна, визначити ефективну потужність і питому витрату палива (економічність) в двигуні, що працює за розрахованим циклом (варіант видається викладачем див. додаток 2.1).

4. Привести коротку довідку про двигун–прототип (назву, тип, місце установки, основні дані, конструктивні особливості )та зробити порівняльну характеристику з розрахунковим двигуном (табл. 2.2, 2.3, 2.4).

Рішення.

1. Параметри робочого тіла в характерних точках циклу.

1.1. Параметри робочого тіла в точці 1 (на початку процесу стиснення):

р₁=0,09 МПа, (кг/см² ) – задано за умовою;

Т₁=300 К, (^оС ) – задано за умовою;

υ₁ = ; υ₁ = .

1.2. Параметри робочого тіла в точці 2 (в кінці процесу стиснення):

р₂ = р₁ ε^k, МПа; р₂ = 0,09∙10⁶ ·14^1,4 =3,6 МПа;

Т₂ = Т₁ ε^k–1 ,К; Т₂ = 300 ∙ 14^1,4–1=862,129 К;

υ₂ = ; υ₂ =

або υ₂ = ; υ₂ =

1.3. Параметри робочого тіла в точці 3^/ для дизельного двигуна (в точці 3 для карбюраторного двигуна, тобто в кінці процесу підводу теплоти):

р_3/ = р₂ λ, МПа; р_3/ = 3,6∙10⁶·1,6=5,7 МПа;

Т_3/ = Т₂ λ, К; Т_3/ = 862,129∙1,6=1379,406 К;

υ_3/ = υ₂ , ; υ_3/ = 0,06 .

1.4. Параметри робочого тіла в точці 3 для дизельного двигуна (в кінці процесу підведення теплоти):

= , МПа; = 5,7 ∙10⁶ МПа;

Т₃ = Т_3/∙ ρ, К; Т₃ = 1379,406 ∙1,8 = 2482,930 К;

υ₃ = υ_3/ ρ, ; υ₃ = 0,06 ∙1,8 = 0,108 .

1.5. Параметри робочого тіла в точці 4 (в процесі розширення).

р₄ = р₃ , МПа;

Т₄ = Т₃ , К; Т₄ = 2482,930 ∙

υ₄ = υ₁ , ; υ₄ = 0,956 .

2. Робота та кількість теплоти в процесах, які складають цикл.

2.1. Робота:

а) в процесі адіабатного стиснення робочого тіла:

б) в процесі ізохорного підводу теплоти:

;

в) в процесі ізобарного підводу теплоти:

г) в процесі адіабатного розширення:

д) в процесі ізохорного відводу теплоти:

;

2.2. Кількість теплоти:

а) в процесі адіабатного стиснення:

;

б) в процесі ізохорного підводу теплоти:

;

де q₁ ^І– для дизельного двигуна,

1379.406-862.129)= 375.025

в) в процесі ізобарного підводу теплоти:

;

де q₁ – для дизельного двигуна.

;

г) в процесі адіабатного розширення:

;

д) в процесі ізохорного відводу теплоти:

;

.

3. Робота і термічний ккд циклу.

3.1. Робота циклу:

,

де n – кількість процесів, які складають цикл.

.

3.2. Кількість теплоти, яка корисно використана в циклі.

;

Перевірка: ℓ_о = q_о, ; 950.193 ≠960.133

Похибка розрахунку:

Термічний ККД циклу: η_t=1– ,

де для дизельного двигуна q₁ = q_1/ + q_1// , ;

η_t = 1 –

q₁= + =1495.101 .

Перевірка: η_t = 1− ;

Робота циклу ℓ_о=q₁·η_t=1495.101· =960.133 .

Як і повинно бути ℓ_о = q_о,

4. Діаграма циклу в р–υ координатах та її аналіз.

4.1. Додаткові точки для побудови адіабати процесу стиску:

р_дод = р₁ МПа; р_дод = 0.09∙10⁶ МПа;

Таблиця 2.2 Значення додаткових точок

4.2. Додаткові точки для побудови адіабати процесу розширення

р_дод = р₃ МПа; р_дод = 5.7∙10⁶_* МПа.

Таблиця 2.3 Значення додаткових точок.

4.3. Побудова діаграми циклу в р–υ координатах (рисунок 2.8).

Масштаби: μ_υ = ; μ_P = ;

μ_F = .

4.4. Планіметрування (визначення площі) діаграми і визначення роботи циклу за діаграмою:

ℓо_граф = F ∙ μ_F , кДж/кг;

ℓ_0граф = , кДж/кг.

Діаграма будується на міліметровому папері формату А4.

4.5. Похибка побудови діаграми:

Δ = % = =1,1 < 5%.

4.6. Для побудови діаграми циклу в координатах Т–s визначаємо:

а) зміна ентропії робочого тіла в процесі підводу теплоти:

; ;