2.1.2 Расчет рабочих процессов в цилиндре двигателя.

2.1.2.1. Расчет процесса наполнения.

Выполняется для определения давления p_a и температуры Т_а смеси воздуха и остаточных газов, массы воздуха G_в.a и заряда цилиндра G_a в конце процесса наполнения (начале процесса сжатия), а также коэффициента наполнения _н.

Давление в цилиндре в конце процесса наполнения определяют по уравнению p_a = k_a p_s, МПа, а температуру заряда цилиндра в этой точке цикла - по уравнению:

Т_а = (T_s + T_s + _r T_r)(1 + _r), К,

p_a = k_a p_s =0,950,25=0,2375 МПа;

Т_а = (328 + 10 + 0,03750)(1 + 0,03)=350 К;

где T_s  степень подогрева воздуха от стенок каналов и цилиндра обычно не превышает 5...10 градусов.

Коэффициента наполнения отнесенный к полному ходу поршня:

.

_н =(12,5/11,5)(0,2375328/0,25350)(1/(1+0,03))=0,94;

Массу воздуха в цилиндре в начале процесса сжатия определяем по уравнению состояния газа G_вa = p_s V_s _н (RT_s), кг, а массу смеси воздуха с остаточными газами - по формуле G_a = G_ва(1+_r), кг.

G_вa = 2500000,043,14 0,940,26 (4287328)=0,02 кг;

G_a = 0,02(1+0,03)=0,021 кг;

2.1.2.2.Расчет процесса сжатия.

Определяем давление и температуру газа в цилиндре в конце процесса сжатия по уравнениям:

р_с = р_а  , МПа и Т_с = Т_а  , К.

р_с = р_а  =0,237512,5^1,38=7,75 МПа;

Т_с = Т_а  =35012,5^0,38=913,9 К.

2.1.2.3 Расчет процесса сгорания.

Определеяем температуру Т_z в точке цикла, соответствующей окончанию видимого сгорания топлива, а также степень предварительного расширения газов  и максимального давления газов в цикле p_z. Давление p_z=12,7 МПа известно из документации двигателя, рассчитываем степень повышения давления по уравнению  = р_z/р_с.

 = 12,7/7,75=1,64.

Расчет температуры Т_z выполняем по уравнению сгорания:

[_zQ_н/(L_о)] + (с_v^’+R)T_c+_r(c_v^’’+R)T_c = _z(1+_r)c_р^’’T_z.

Предварительно следует вычисляем величины средних теплоемкостей:

-сухого воздуха с_v'=19,26+0,0025Т_c, кДж/(кмоль К) ;

с_v'=19,26+0,0025913,9=21,545 кДж/(кмоль К);

-продуктов сгорания с_v"= 20,47 + 0,0036Т_c, кДж/(кмоль К).

с_v"= 20,47 + 0,0036913,9=23,76 кДж/(кмоль К).

Затем необходимо определяем следующие величины:

• долю топлива, сгоревшего в точке z, - по уравнению x_z = _z  _b;

x_z = 0,85  0,95=0,895;

• теоретический и действительный коэффициенты молекулярного изменения по формулам _о = 1+ 0,0639  и _z = 1+ (_о1)x_z (1+_r).

_о = 1+ 0,0639 1,85=1,035;

_z = 1+ (1,0351)0,895 (1+0,03)=1,03.

Среднюю теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении с достаточной для расчета точностью можно определить по уравнению

с_р"= 28,22 + 0,00307 Т_z , кДж/(кмоль К).

Для решения уравнения сгорания вводят следующее обозначение:

а = [(_zQ_н /L_о) + (с_v^’+R)T_c+_r(c_v^’’+R)T_c] /[_z(1+_r)].

R = 8,314 кДж/(кмоль·К) - универсальная газовая постоянная.

а = [(0,8541868 /1,850,495) + (21,545 +1,648,314)913,9+0,03(23,76+ +1,648,314)913,9] /[1,03(1+0,03)]=67898,88

Затем уравнение сгорания представим в виде

Т_z = a /(28,22 + 0,00307 Т_z)

И решим его методом последовательных приближений.

В первом приближении Т_z =1800 К

Т_z =67898,88/(28,22 + 0,00307 1800)=2012,06 К

Второе приближение: Т_z =2012,06 К

Т_z = 67898,88/(28,22 + 0,00307 2012,06)=1974 К

Третье приближение Т_z =1974 К

Т_z = 67898,88/(28,22 + 0,00307 1974)=1980,7 К

Четвёртое приближение Т_z =1980,7 К

Т_z = 67898,88/(28,22 + 0,00307 1980,7)=1979,5 К

Разница между значениями составляет меньше 2 К, окончательно принимаем:

Т_z =1980 К.

Степень предварительного расширения рассчитывают по уравнению

 = _z Т_z ( Т_c).

 = 19801,03 1,64913,9 =1,36

Средняя теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении

с_р"= 28,22 + 0,00307 1980=34,3 , кДж/(кмоль К).