2.2 Расчёт рабочего цикла двигателя

№

п/п

Наименование величины

Обозна

чение

Значение

для двигателя-прототипа

Значение

для измененного двигателя

Изменение в процентах

Размер-ность

1

Эффективная мощность двигателя

115.0

115,011

-

кВт

2

Частота вращения коленчатого вала

1500

1500

-

мин^-1

3

Диаметр цилиндра

0.150

0.150

-

м

4

Ход поршня

0.180

0.180

-

м

5

Коэффициент тактности

0.5

0.5

-

–

6

Число цилиндров

4

4

-

–

7

Давление наддува (продувки)

0.145

0.126

МПа

8

Температура воздуха перед цилиндром

300

300

-

К

9

Давление окружающей среды

0.100

0.100

-

МПа

10

Температура окружающей среды

300

300

-

К

11

Давление газа в выпускном трубопроводе после турбины (при двухступенчатом расширении газа – после Т2) или после цилиндров Д в схеме с механическим наддувом

0.104

0.104

-

МПа

12

Доля хода поршня, потерянная на продувку

0

0

-

–

13

Коэффициент избытка воздуха для сгорания

2

2

-

–

14

Температура воздуха после воздухоохладителя первой ступени

300

300

-

–

15

Коэффициент продувки

1.050

1.050

-

–

16

Степень сжатия

14

18

-

–

17

Степень повышения давления при сгорании

1.543

1.775

-

–

18

Предельно допустимое давление сгорания

7.800

12

-

МПа

19

Коэффициент остаточных газов

0.050

0.050

-

–

20

Температура остаточных газов

756,694

762.281

-

К

21

Сопротивление на входе в компрессор первой ступени

0,005

0.005

-

МПа

22

Подогрев заряда от стенок цилиндра

20

20

-

К

23

Сопротивление воздухоохладителя первой ступени

0,006

0.006

-

МПа

24

Сопротивление воздухоохладителя второй ступени

0

0

-

МПа

25

Коэффициент использования теплоты в точке « » цикла

0,803

0.880

-

–

26

Коэффициент использования теплоты в конце сгорания

0,910

0.980

-

–

27

Отношение давления в начале сжатия к давлению наддува

0,940

0.940

-

–

28

Отношение давления перед турбиной высокого давления (Т1) к давлению наддува

0,940

0.940

-

–

29

Коэффициент импульсности потока газов

1,100

1.100

-

–

30

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы

0,960

0.910

-

–

31

Степень повышения давления в компрессоре второй ступени (К2)

1

1

-

–

32

Адиабатный КПД компрессора первой ступени (К1)

0,800

0.800

-

–

33

Адиабатный КПД компрессора второй ступени (К2)

1

1

-

–

34

Механический КПД К1

0,970

0.970

-

–

35

Механический КПД К2

1

1

-

–

36

Механический КПД собственно двигателя

0,780

0.780

-

–

37

Давление после турбины высокого давления (Т1) или перед турбиной низкого давления (Т2)

0,104

0.104

-

МПа

38

Внутренний КПД Т1

0,800

0.800

-

–

39

Внутренний КПД Т2

1

1

-

–

40

Показатель адиабаты газов в Т1

1,343

1.340

-

–

41

Показатель адиабаты газов в Т2

1,330

1.330

-

–

42

Показатель политропы расширения газов при истечении из цилиндра

1,300

1.300

-

–

43

Низшая теплота сгорания топлива

42290

42290

-

кДж/кг

44

Среднее эффективное давление

0,723

0.723

-

МПа

45

Эффективный КПД

0,344

0.402

-

-

46

Удельный эффективный расход топлива

0,248

0.212

-

кг/кВтч

Рисунок 2.1 – Характерные точки и параметры расчетного цикла ДВС

ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ

Давление воздуха на выходе из компрессора К2, МПа

=0.137

Давление на выходе из воздухоохладителя ВО1 и на входе в компрессор К2, МПа

=0.137

Давление на выходе из компрессора К1, МПа

=0.143

Степень повышения давления в компрессоре К1

=1.506

Температура воздуха на выходе из компрессора К1, К

=346.615

Понижение температуры воздуха в охладителе ВО1, К

=46.615

Температура воздуха после компрессора К2, К

=300.0

Понижение температуры воздуха в охладителе ВО2, К

=0

Температура и давление заряда цилиндра в начале сжатия:

= 339.447 К;

=0.129 МПа.

Коэффициент наполнения цилиндра, отнесенный к полезному ходу поршня

=0.838

Коэффициент наполнения цилиндра, отнесенный к полному ходу поршня

=0.838

Коэффициент избытка продувочного воздуха

_0.880

Суммарный коэффициент избытка воздуха

=2.100

ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Уравнения средней мольной изохорной теплоемкости, соответственно, воздуха и «чистых» продуктов сгорания, кДж./(кмоль·К):

; .

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости смеси воздуха и остаточных газов при сжатии заряда цилиндра :

= 19.289 ;

= 0.003 .

Средний показатель политропы сжатия заряда цилиндра

= 1.367

Давление и температура заряда цилиндра в конце сжатия:

= 6.700 МПа;

= 980.340 К.

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Действительное количество воздуха для сгорания 1кг топлива, кмоль/кг

=0.990

где = 0,495 кмоль/кг – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива среднего элементарного состава.

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения:

=1.032

=1.030

Относительное количество топлива (в долях единицы), сгоревшего в точке цикла

= 0.882

Коэффициент молекулярного изменения в точке цикла

= 1.027

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости смеси в точке цикла :

= 19.816 ;

= 0.003 .

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости смеси в точке цикла :

= 19.884 ;

= 0.003 .

Теплота сгорания топлива, приведенная к температуре 0 К, кДж/кг

= 42672.550

Максимальное давление цикла, МПа

=10.719

(при известном вычисляется степень повышения давления ).

Постоянная уравнения средней мольной изобарной теплоемкости смеси в точке цикла :

= 28.130 .

Максимальная температура сгорания (температура в точке ), К

=1932.239 К

ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

Степени предварительного и последующего расширений заряда цилиндра:

=1.265

=14.229

Средний показатель политропы расширения

=1.276

Температура и давление в конце процесса расширения

= 924.576 К;

= 0.362 МПа.

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Среднее индикаторное давление теоретического цикла, МПа

=0.966

Среднее индикаторное давление действительного цикла, МПа

=0.927

Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт∙ч)

=0.181

Индикаторный КПД

=0.471

Индикаторная мощность двигателя, кВт

=147.450

КОМПРЕССОРЫ

Адиабатная работа в компрессоре К1 (см. схему системы наддува), кДж/кг

=37.479

Относительная мощность привода К1

=0.073

Адиабатная работа в компрессоре К2 (см. схему системы наддува), кДж/кг

=0.00

Относительная мощность привода К2

=0.00

ТУРБИНЫ

Давление газов перед турбиной Т1 (см. схему системы наддува), МПа

=0.129

Температура газов, истекающих из цилиндра при свободном выпуске, К

=728.636

Средняя мольная изобарная теплоемкость продувочного воздуха, кДж./(кмоль·К)

=28.327

Средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания, кДж./(кмоль·К)

=30.436

Средняя мольная изобарная теплоемкость газовоздушной смеси перед турбиной Т1, кДж./(кмоль·К)

=30.339

Температура смеси перед турбиной Т1, К

=710.142

Удельный расход газа в турбинах, кмоль/(кВт·с)

=5.374

Степень понижения давления в турбине Т1

=1.239

Мольная доля воздуха в выпускном коллекторе

=0.508

Мольная доля «чистых» продуктов сгорания в выпускном коллекторе

=0.492

Постоянные уравнения средней изохорной теплоемкости газа (смеси продуктов сгорания и продувочного воздуха) :

= 19.856 ;

=0.003 ,

где указаны значения постоянных уравнений средней мольной изохорной теплоемкости соответственно воздуха и «чистых» продуктов сгорания.

Постоянная уравнения средней изобарной теплоемкости газа :

= 28.170 .

Температура газа в конце адиабатного расширения в турбине Т1, К

=672.209

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в интервале температур 0 – , кДж./(кмоль·К)

=30.218

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в процессе адиабатного расширения в турбине Т1 (в интервале температур – ), кДж./(кмоль·К)

=32.479

Адиабатный теплоперепад в Т1, , кДж./кмоль

=1232.031

Относительная мощность Т1

=0.058

Действительная температура газа после Т1, К

=679.795

Степень понижения давления в турбине Т2 (см. схему системы наддува)

=1.00

Температура газа в конце адиабатного расширения в Т2, К

=679.795

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в интервалах температур 0 – и 0 – , кДж./(кмоль·К):

= 30.241 =30.241

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в процессе адиабатного расширения в турбине Т2 (в интервале температур – ), кДж./(кмоль·К)

=30.241

Адиабатный теплоперепад в Т2, , кДж./кмоль

=0.00

Относительная мощность Т2

=0.00

Относительный небаланс работ в турбокомпрессорах ( – в ТК1; – в ТК2):

= 0.015 = 0.00 – для систем наддува с iT < 2;

ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Механический КПД турбопоршневого двигателя:

= 0.780

Среднее эффективное давление, МПа

=0.723

Эффективная мощность двигателя, кВт

=115.011

Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт∙ч)

=0.232

Эффективный КПД

=0.368