1.8. Процесс расширения

В процессе расширения тепловая энергия продуктов сгорания превращается в механическую работу. Расширение рабочего тела сопровождается значительным отводом теплоты через стенки окружающих деталей.

В начале процесса потери теплоты компенсируются догоранием топлива и частичным восстановлением продуктов диссоциации, сопровождающимся выделением теплоты. Показатель политропы в начале процесса расширения стремится к 1.

В конце расширения определяющее влияние на протекание процесса оказывают потери теплоты через стенки. Величина показателя политропы достигает 1,5…1,6.

Как и в случае сжатия заряда, реальный процесс расширения заменяется условным политропным процессом с постоянным средним показателем политропы n_р. Величина n_р выбирается так, чтобы при одинаковых начальных и конечных параметрах состояния продуктов сгорания в условном и реальном процессах совершаемая газами работа в процессе с постоянным средним значением показателя политропы равнялась работе реального процесса.

Численное значение n_р может быть получено из уравнения первого закона термодинамики для процесса расширения:

• для карбюраторных двигателей

(1.29)

• для дизельных двигателей

(1.30)

где с_vmb – средняя удельная мольная изохорная теплоемкость в конце процесса расширения (вычисляется по формулам (1.24) и (1.25) по температуре Т_b), кДж/(кмоль К).

Параметры состояния рабочего тела в конце процесса расширения определяются по формулам:

, (1.31)

. (1.32)

Здесь  – степень последующего расширения. Для карбюраторных двигателей  = , для дизельных  = /.

После определения параметров газа в точке b рассчитывают температуру остаточных газов по формуле:

. (1.33)

Если расхождение между рассчитанной температурой остаточных газов T_rp и принятой приближенно в начале расчета их температурой T_r будет более  10%, то расчет нужно повторить, начиная с пункта 1.2.3.

Ориентировочные пределы численных значений параметров, характеризующих процесс расширения при работе двигателей на номинальном режиме, приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Тип двигателя	nр	рb, бар	Тb, К
Карбюраторный Дизельный	1,20…1,30 1,15…1,35	3,5…6,0 2,5…6,0	1200…1700 1000…1300

1.9. Порядок расчета процесса расширения в карбюраторных двигателях

1.9.1. По упрощенной при расчете процесса сгорания зависимости определяют величину средней удельной мольной теплоемкости продуктов сгорания c_vmz до точки z.

1.9.2. Ориентировочное значение показателя политропы расширения можно выбрать, используя эмпирическую зависимость

(1.34)

1.9.3. Вычисляют приближенное значение температуры в конце процесса расширения Т_b' по формуле (1.32), учитывая, что  = .

1.9.4.По упрощенной формуле (1.25) находят приближенное значение средней удельной мольной теплоемкости продуктов сгорания в конце процесса расширения c_vmb (по температуре Т_b').

1.9.5. Из уравнения (1.29) методом последовательных приближений определяют значение среднего показателя политропы расширения n_р. Если | n_р – n_р' | > 0,002, принимают n_р' = n_р и повторяют расчет с пункта 1.9.2.

1.9.6. После уточнения значения n_р вычисляют р_b и T_b по формулам (1.31) и (1.32).

1.9.7. По формуле (1.33) оценивается точность численного значения принятой в начале расчета температуры остаточных газов T_r.