Расчет параметров рабочего процесса

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле:

(2)

(3)

 

Здесь – относительное весовое содержание в топливе водорода,

серы и кислорода; – молекулярная масса воздуха.

;

.

Действительное количество свежего заряда воздуха:

. (4)

 

 

Коэффициент избытка воздуха для двигателей со струйным смесеоб- разованием, к которым относятся тепловозные дизели, находится в пред- елах a = 1,8–2,2.

При a = 2,0:

;

 

Количество молей продуктов сгорания в точке и «чистых» про- дуктов сгорания (при a = 1):

(5)

.

 

Объемные доли «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха:

 

Процесс наполнения.

Давление в цилиндре двигателя в конце наполнения принимают по опытным данным. При этом справедливы зависимости:

(4-тактные двигатели).

Температура воздуха во впускном коллекторе

(6)

где DТ_охл = 20…95^о – снижение температуры наддувочного воздуха в охладителе. Принимается в зависимости от давления наддувочного воздуха р_к и типа охладителя (воздуховоздушный или водовоздушный). Возможность организации охлаждения наддувочного воздуха и величина DТ_охл должны быть обоснованы возможностями выбранной системы охлаждения.

 

Коэффициент остаточных газов:

(7)

где – подогрев свежего заряда воздуха от стенок цилиндра в процессе наполнения, DТ = 0…10^о (4-тактные двигатели);

- давление в конце выхлопа для двигателей с наддувом, р_r = (0,95…1,15) × р_р;

T_r - температура остаточных газов, Т_r = 800…1000 К (4-тактные двигатели);

– минимальная величина степени сжатия ().

Величина отношения р_k/р_р зависит от системы наддува и изменяется в пределах: 1,15…1,3 (4-тактные двигатели).

МПа;

МПа;

 

Температура свежего заряда воздуха в процессе наполнения:

; (8)

 

 

Коэффициент наполнения:

 

Процесс сжатия:

Как известно, процесс сжатия в реальном двигателе происходит по политропическому закону с переменным показателем политропы. В практике расчетов по упрощенной методике переменный показатель политропы заменяют некоторым средним показателем n₁ = 1,32…1,39. Значения n₁ показывают, что за весь период сжатия происходит отдача в стенки небольшого количества тепла, т.е. процесс сжатия в реальном двигателе очень близок к адиабатическому.

Более точно средний показатель политропы сжатия n₁ можно определить по методу Е.К. Мазинга – из условия равенства теплового баланса в процессе сжатия [1]. Расчет параметров конца процесса сжатия производится в предположении, что сжатие начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ. Тогда:

(9)

(10)

 

 

 

Процесс сгорания:

Коэффициент молекулярного изменения m характеризует увеличение числа молей рабочего тела в процессе сгорания. Химический, или «чистый» коэффициент m_о определяется из условия отсутствия в цилиндре двигателя остаточных газов (т.е. при g_о = 0):

(11)

Где – увеличение числа молей рабочего тела в процессе сгорания:

 

Коэффициент молекулярного изменения (при g ¹ 0) в точке «z» определяется выражением:

 

Давление в конце сгорания:

 

где l – степень повышения давления.

Обычно значением l задаются в пределах l = 1,3…2,2.

 

 

Температура в конце сгорания. Температура в точке «z» определяется по уравнению процесса сгорания:

(12)

где x_z – коэффициент эффективного выделения тепла до точки «z». Выбирается в пределах x_z = 0,7…0,85;

Низшая теплотворная способность топлива может быть определена по его элементарному составу с помощью формулы Д.И. Менделеева

Q_н = 33900 C + 125600 H – 10900 (O_т – S) – 2514 (9 H + W), кДж/кг,

 

где W – массовая доля воды в топливе, для дизельного топлива можно принимать W = 0.

– средняя мольная теплоемкость при постоянном объеме для смеси воздуха и продуктов сгорания;

– средняя мольная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сгорания в точке z.

(13)

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания зависит от T_z, которая нам пока не известна, что затрудняет решение уравнения сгорания. Рекомендуется следующий метод решения. Считая рабочие газы состоящими из «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха, можно записать:

(14)

где

 

Мольная теплоемкость «чистых» продуктов сгорания незначительно изменяется в зависимости от сорта топлива, сжигаемого в двигателе. Поэтому для любого состава топлива можно принять:

 

 

Следовательно:

Подставим полученные выражения в (12):

Следовательно:

После определения температуры T_z находим степень предварительного расширения r по формуле:

(15)

.

 

Степень предварительного расширения должна быть в пределах r = 1,2…1,7.

 

Процесс расширения:

Степень последующего расширения:

 

Параметры конца процесса расширения (давление и температура в конце расширения) вычисляются по формулам:

(16)

(17)

где – показатель политропы расширения, (.

 

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: