Тепловой расчет дизеля

1 2 3 4 5 6 7

1.1. Определение параметров рабочего процесса дизеля

Определим рабочий объем цилиндра в м³.

где D и S подставляются в м

Геометрическая степень сжатия e есть отношение наибольшего объёма цилиндра V_m_ах к наименьшему объёму V_min, т.е.

Из выражения для e определяем объём камеры сжатия в м³(объём цилиндра, соответствующий точке с)

где e - геометрическая степень сжатия задана в исходных данных.

Действительная степень сжатия есть отношение объёма цилиндра, соответствующего положению поршня в момент закрытия органов газораспределения (клапанов или окон), к наименьшему объёму цилиндра

где y - доля потерянного хода поршня.

Для двухтактного двигателя доля потерянного хода y на процессы газообмена определяется из соотношения, связывающего геометрическую e и действительную e_v степени сжатия:

где e_v - задано в исходных данных.

Определим теперь объёмы цилиндра, соответствующие точке а:

V_а = V_в = V_c + (1 - y)*V_h =0,000847+(1-0,149)*0,0124=0,0114

При выполнении расчётов за номинальные условия окружающей среды принимать Р_о = 0,1013 МПа, Т_о = 293 К. Давление рабочего тела в конце наполнения определяется по соотношениям:

для двухтактного двигателя Р_а = К₃*Р_к Мпа

Здесь Ро - давление окружающей среды, МПа; Рк - давление на выходе из компрессора (во впускном патрубке дизеля); К₃ = 0,95 … I,05 - экспериментальные коэффициенты, полученные по опытным данным для эксплуатируемых дизелей.

Примем К₃ =1

Р_а=1,05*0,219=0,23МПа

Температура рабочего тела в конце наполнения

где Т_к - температура воздуха во впускном патрубке дизеля, К (допускается принимать Т_к = ЗЗО К);

DТ- величина дополнительного подогрева воздуха от нагретых продуктов сгорания, К;

γ - коэффициент остаточных газов, равный отношению количества остаточных газов G_ост к свежему заряду воздуха. G_c_в^;

Т_z - температура остаточных газов, К.

По опытным данным для эксплуатируемых тепловозных дизелей можно принять

DТ = 10…15 К, Т_z = 700…800 К - для двухтактных дизелей.

Определяют коэффициент наполнения. Коэффициентом наполнения η_v называют отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр к началу сжатия, к тому количеству, которое могло бы поместиться в полезном объёме (I - ψ)V_h при параметрах воздуха перед впускными органами - давлении Р_к и температуре Т_к

Коэффициент наполнения для двухтактного двигателя, отнесенный к рабочему объёму цилиндра,

=0,924*(1-0,149)=0,786

Давление и температуру рабочего тела в конце сжатия (точка С) определяют по формулам:

;

где ε₍_v₎ - действительная степень сжатия

n_c - среднее значение показателя политропы сжатия.

По опытным данным n_c = 1,36…1,38. Величина n_c зависит от интенсивности охлаждения цилиндра и его газоплотности: меньшее значение n_c принимается при интенсивном охлаждении и меньшей газоплотности.

Теоретически необходимое количество воздуха в киломолях для сгорания I кг жидкого топлива определяется с учётом его элементарного состава по стехиометрическим соотношениям.

кмоль возд./кг. топл. или в массовых единицах

кмоль возд./кг. топл.

кг.возд./кг.топл,

где m_в = 28,95 кг/кмоль - молекулярная масса воздуха.

кг.возд./кг.топл

Химический коэффициент молекулярного изменения μ_о, характеризующий относительное увеличение числа молей продуктов сгорания по сравнению с числом молей воздуха, участвующего в горении, определяют по формуле:

где H,O - массовые доли элементов топлива (по заданию);

α - коэффициент избытка воздуха для сгорания

Действительный коэффициент молекулярного изменения μ характеризует относительное увеличение числа молей рабочего тела в цилиндре при сгорании топлива

где g - коэффициент остаточных газов

Степень повышения давления при сгорании

Температура рабочего тела в конце сгорания t_z = T_Z - 273,8 °С определяется из уравнения сгорания:

где x - коэффициент эффективного выделения тепла до точки z; - низшая теплота сгорания топлива (по заданию); - средняя молярная теплоёмкость при постоянной давлении продуктов сгорания жидкого топлива, определяемая при температуре t_z;

- средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме для воздуха, определяемая при темпере, t_с.

Средние молярные теплоёмкости в кДж/(Кмоль• град) определяют по формулам:

- воздух и двухатомные газы:

=20,93+2,093/1000*709,32=22,41 кДж/(Кмоль• град)

- продукты сгорания жидкого топлива при α > I:

После вычисления T_Z = t_Z +273=1567,4+273=1823,4 К определяем степень предварительного расширения

Так как по определению степень предварительного расширения

, то

Заданное значение P_Z = P_max и расчётные значения Т_Z и V_Z полностью определяют параметры и положение точки Z в координатах P-V.

Давление P_B и температура T_B рабочего тела в конце расширения определяются из соотношений:

;

где действительная степень последующего расширения продуктов сгорания.

n_p - среднее значение показателя политропы расширения.

По опытным данным n_p = 1,26 …1,28. Величина n_p зависит от интенсивности охлаждения цилиндра и его газоплотности.

, МПа

После определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Расчётное среднее индикаторное давление в МПa определяют по формуле ,

где ε_V действительная степени сжатия, δ_V - действительная δ_V степени последующего расширения

Среднее индикаторное давление действительного цикла Pi меньше расчётного Pip вследствие наличия скруглений в точках индикаторной диаграммы и в конце расширения.

Поэтому

где φ_п - коэффициент полноты диаграммы

Для двухтактного двигателя среднее индикаторное давление, вычисленное для полезного рабочего объёма цилиндра следует отнести ко всему рабочему объёму V_h т.е. .

Индикаторная мощность двигателя в кВт

Индикаторным КПД η_i (в цилиндре) называют отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу, к затраченному количеству теплоты. Этот КПД четырехтактного двигателя определим по формуле: