Расчет процесса сгорания

Целью расчетов процесса сгорания является определение температуры (Т_z, К) и давления (р_z МПа) в конце видимого сгорания. Для дизельных двигателей дополнительно определяется параметр V_z.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, в зависимости от его элементарного состава:

- в массовом соотношении

, (10)

- в мольном соотношении

, (11)

где ℓ₀ – количество воздуха в кг.воздуха/ кг. топлива;

L₀ – количество воздуха в кг.воздуха/ кг. топлива;

C, H₂,O₂ – компоненты элементарного состава топлива (а) для бензина С=0,855; Н₂=0,145; О₂ =0; б) для дизельного топлива С=0,870; Н₂ =0,126; О₂ =0,004).

Действительное количество воздуха (ℓ или L), необходимого для сжигания 1кг топлива в цилиндре двигателя, зависит от принятого коэффициента избытка воздуха α:

, (12)

где α – коэффициент избытка воздуха.

Коэффициент α принимается при номинальной мощности:

- для карбюраторных двигателей: α=0,85-0,96;

- для дизельных двигателей с разделенными камерами сгорания: α=1,30-1,45;

- для дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания: α=1,50-1,7;

- для дизельных двигателей с наддувом: α =1,5-2,0.

Количество остаточных газов в цилиндре к моменту начала сгорания (M_r, кмоль) определяется в зависимости от коэффициента остаточных газов в соответствии с формулой

. (13)

Количество продуктов сгорания (M_z, кмоль) определяется в зависимости от принятого коэффициента избытка воздуха a следующим образом:

- при α >1,0

, (14)

- при α<1,0

. (15)

Определяется действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

(16)

Низшая теплотворная способность топлива (Q_н, кДж/кг) определяется по формуле Д.И. Менделеева:

(17)

Средняя мольная теплоемкость (m_vc, кДж/кмоль∙^оС) свежего заряда к концу процесса сжатия определяется по эмпирической формуле:

(18)

Средняя мольная теплоемкость (m_vz, кДж/кмоль∙^оС) продуктов сгорания при постоянном объеме определяется из выражений:

- для карбюраторных двигателей при α<1,0:

, (19)

- для дизельных двигателей при α>1,0:

. (20)

Средняя мольная теплоемкость (m_pz, кДж/кмоль∙^оС) продуктов сгорания при постоянном давлении рассчитывается по формуле:

(21)

Температура газов в конце сгорания (Т_z, К) определяется из уравнений сгорания:

- для карбюраторных двигателей:

, (22)

- для дизельных двигателей:

(23)

где λ - степень повышения давления, представляющая собой соотношение p_z/p_c (принимается а) для дизельных двигателей с разделенными камерами сгорания λ=1,4-1,8; б) для дизельных двигателей непосредственном впрыске топлива в неразделенную камеру λ = 1,8-2,2);

x - коэффициент активного тепловыделения (принимается а) для дизельных двигателей x=0,75-0,85; б) для карбюраторных двигателей ξ=0,85…0,92).

После подстановки средних мольных теплоемкостей m_vc, m_vz и m_pz в уравнения сгорания (22) и (23) получаем квадратное уравнение вида

, (24)

где A, B и C – числовые значения известных величин

Корень уравнения (24) определяется по формуле:

(25)

Давление газов в конце сгорания (p_z, МПа) определяется по формуле:

- для карбюраторных двигателей

(26)

где m - коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси (формула (16)):

- для дизельных двигателей

(27)

Значения давления (р_z, МПа) и температуры (Т_z, К) газов в конце процесса сгорания изменяются в пределах

- для карбюраторных двигателей: р_z=3,5-7,5МПа и Т_z=2400-3100К;

- для дизельных двигателей: р_z=5,0-12,0МПа и Т_z=1800-2300К.

Степень предварительного расширения (r) для дизельных двигателей:

. (28)