2.4. Процес розширення

Початок розширення співпадає з ВМТ. У дизелів розширення протікає у дві стадії:

– розширення при постійному тиску (при догорянні палива), або попереднє розширення (початок у точках і , які співпадають з ВМТ) та

– розширення по політропі – остаточне розширення (початок у точках Р_z і Т_z).

2.4.1. Ступінню попереднього розширення ρ для дизеля називають відношення об'єму в кінці згоряння V_ρ до об'єму камери згоряння V_с і визначається за формулою:

ρ = V_ρ/V_с = (β·Т_z)/(λ·Т_с), (2.23) ρ=1,0351·2016,4197/1,7·969,1498=1,2668.

2.4.2. Ступінню остаточного розширення δ для дизеля є відношення об'єму в кінці розширення V_b до об'єму V_ρ. Ступінь остаточного розширення визначається як:

δ = V_b/V_ρ = V_а/V_р = ε/ρ (2.24)

δ=15/1,2668=11,8409.

2.4.3. Тиск і температура в кінці розширення Р_b і Т_b будемо визначати за формулами (2.25 і2.26), і при V_b/V_ρ = δ, одержуємо відповідно для для дизеля ці формули:

P_b = P_z/δⁿ², МПа (2.25)

T_b = T_z/δ^{(n2 -1)}, ˚К (2.26)

Тоді з формул 2.25 і 2.26 маємо:

P_b=2016,4197/11,8409^1,2884=0,3835 МПа

T_b=2016,4197/11,8409^1,2884-1=988,4410 ˚К

2.4.4. Значення показника політропи розширення n₂ у курсовій роботі будемо знаходити через частоту обертання колінчастого валу двигуна n за формулою, уже згаданого вище, професора Петрова:

n₂ = 1,22 + 130/n (2.27)

n₂=1,22+130/1900=1,2884.

2.5. Процес випуску (очистки циліндра)

При проектуванні двигуна будемо вважати, що у процесі випуску тиск газів у циліндрі залишається незмінним, його значення Р_r дорівнює прийнятому на початку теплового розрахунку (у пункті 2.1.2.).

Розрахункову температуру ВГ будемо обчислювати за формулою:

, ˚К (2.28)

, ˚К

Після обчислення розрахункової температури відпрацьованих газів проводимо її порівняння з прийнятою на початку розрахунку температурою Т_r за формулою:

∆ = |( – Т_r)/ | < 0,05= |(671,0394 – 700)/671,0394 |=0,0432<0,05.

Після розрахунку теплових показників двигуна перевіряємо їх на ЕОМ і після перевірки побудуємо індикаторну діаграму у координатах P – V.

По осі абсцис будемо відкладати об'єм циліндра над поршнем, який може змінюватися у межах від V_с до V_а . Конкретні значення цих об'ємів поки що невідомі, тому за одиницю виміру вибираємо значення V_с. Наприклад, прийняти V_с = 10 мм по осі абсцис, то при ступеню стиску ε = 15 об'єм V_а буде відповідати 10·15 = 150 мм. Отже вся діаграма буде розміщуватися між поділками 10 мм (ВМТ) і 150 мм (НМТ).

По осі ординат відкладатимемо тиск газів у циліндрі. Масштаб вибираємо µ_p=0,05 мПа/мм, щоб повністю заповнити простір листа.

Після побудови координатних осей та шкал наносимо обчислені в тепловому розрахунку характерні точки індикаторної діаграми, які для дизельного двигуна будуть:

r(V_с,Р_г), а(V_а,Р_а), с(V_с,Р_с), z'(V_c,Р_z), z(V_ρ,Р_z) і b(V_а,Р_b).

Характерні точки з врахуванням масштабу матимуть такі значення у мм.:

r ( 10;2,3), а (150;2,8), с ( 10;108,9), z' (10;185,3), b (150;7,8),

z (12,668;185,3), де - V_ρ= V_с·ρ=10·1,2668=12,668 – згідно формули 2.24.

Побудовані характерні точки з'єднуємо тонкими лініями в такому порядку.

Процеси впуску і випуску зображуємо у вигляді прямих, паралельних осі абсцис, проведених через точки а (150;2,8) та r ( 10;2,3), відповідно, від ВМТ (10 мм) до НМТ (150 мм).

Процес згоряння зображуємо також прямими, що сполучають точки:

с ( 10;108,9), z' (10;185,3) та z (12,668;185,3)– відповідно для дизеля.

Політропи стиску та розширення сполучатимемо відповідно точки:

a(V_а,P_а) та с(V_с,P_с) – стиск у дизеля,

z(V_ρ,P_z) та b(V_b,P_b) – розширення у дизеля.

Для побудови політроп необхідно обчислити координати проміжних точок. Для їх обчислення слід скористатися формулами 2.29 (стиск), та 2.30 (розширення). Для розрахунку тиску задаватися значенням об'єму V_х будемо прямо у міліметрах шкали абсцис, підставляючи значення V_с чи V_ρ також у міліметрах.

Р_х = Р_а·(V_а/V_х)ⁿ¹, МПа (2.29)

де Р_х – тиск газів, відповідно, у довільний момент стиску при положенні поршня х відносно верхньої мертвої точки;

V_а і V_х – повний об'єм і об'єм циліндра над поршнем при положенні поршня х, відповідно.

P_z = P_z/(V_x/V_ρ)ⁿ², МПа (2.30)

де Р_х – тиск газів, відповідно, у довільний момент розширення при положенні поршня х відносно верхньої мертвої точки;

V_х – об'єм циліндра над поршнем при положенні поршня х;

n₂ – показник політропи розширення.

розраховані дані з формул 2.29 та 2.30 заносимо до таблиці 3.

Таблиця - 3

Таблиця розрахунків проміжних точок політроп стиску та розширення

№ пп	Координата Vx точки по осі абсцис, мм	Величина тиску, МПа
		Стиск	Розширення
1.	15	0.0796	7.4508
2.	20	0.0539	5.1432
3.	25	0.0398	3.8581
4.	30	0.0311	3.0504
5.	35	0.0252	2.5009
6.	40	0.0210	2.1057
7.	45	0.0179	1.8092
8.	50	0.0155	1.5795

9.	55	0.0136	1.3970
10.	60	0.0121	1.2489
11.	65	0.0109	1.1265
12.	70	0.0098	1.0239
13.	75	0.0090	0.9368
14.	80	0.0082	0.8621
15.	85	0.0076	0.7973
16.	90	0.0070	0.7407
17.	95	0.0065	0.6908
18.	100	0.0061	0.6467
19.	105	0.0057	0.6073
20.	110	0.0053	0.5719
21.	115	0.0050	0.5401
22.	120	0.0047	0.5113
23.	125	0.0045	0.4851
24.	130	0.0042	0.4612
25.	135	0.0040	0.4393
26.	140	0.0038	0.4192
27.	145	0.0037	0.4007

Після визначення величин тиску координат проміжних точок ( залежно від кута повороту) стиску і розширення відкладаємо відповідні точки на індикаторній діаграмі, при цьому використовуючи попередньо прийнятий масштаб µ_p=0,05 мПа/мм, і будуємо політропи стиску і розширення на індикаторній діаграмі P – V.

Після побудови політроп виконуємо скруглення індикаторної діаграми в характерних точках. Лінія скруглення між процесами розширення та випуску повинна проходити через координату (V_а, ), і яка має значення (150;5).

Далі складаємо таблицю-4 теплового розрахунку, яка буде використовуватись для введення даних на ЕОМ і подальших розрахунків.

Таблиця – 4

Параметри теплового розрахунку для вводу в ЕОМ

№ пп	Параметри	Одиниця виміру	Значення
1.	Частота обертання, n	об/хв	1900
2.	Номінальна потужність, Nе	кВт	115
3.	Число циліндрів, і	-	6
4.	Ступінь стиснення, ε	-	15
5.	Коефіцієнт надлишку повітря, α	-	1.60
6.	Нижча теплота згоряння палива, Qн	МДж/кг	42.500

7.	ПАРАМЕТРИ РОБОЧОГО ТІЛА: кількість вуглецю. С	-	0.857
8.	водень Н	-	0.133
9.	кисень О	-	0.010
10.	Молекулярна маса парів палива, Мт	кг/кмоль	180
11.	Параметри навколишнього середовища: тиск, Р0	МПа	0.1
12.	Температура, Т0	˚K	288
13.	Ступінь підвищення тиску ТК, λк	-	1.5
14.	Показник політропи стиску ТК, nк	-	2
15.	Парам . залиш . газів, Рг	МПа	0.12
16.	Прийнята темп. ВГ, Тг	˚К	700
17.	ВПУСК: втрати тиску у впускній системі, ΔPа	МПа	0.012
18.	коэфіцієнт залишкових газів, γr	-	0.0314
19.	пвідігрів заряда на впуску, ΔТ	˚К	5
20.	коефіцієнт наповнення, ηv	-	0.9156
21.	температура в кінце впуску, Tа	˚К	368.2180
22.	СТИСК: показник політропи стиску, n1	-	1.3574
23.	тиск в кінці стиску, Рc	МПа	5.4488
24.	температура в кінці стиску, Tc	˚К	969.1498
25.	мольна теплоємність газів в кінці стиску, μСvc	кДж/(кмольּгр)	21.8463
26.	ЗГОРЯННЯ: коефіцієнт використання тепла, ζ	-	0.70
27.	ступінь підвищення тиску, λ	-	1.7
28.	мольна теплоємність, μСpz (А+ВּTz) А		29.089
29.	В		24.125·10-4
30.	температура в кінці згоряння, Tz	˚K	2016.4197
31.	тиск в кінці згоряння, Рz	МПа	9.2630
32.	РОЗШИРЕННЯ: ступінь наступного розширення, δ	-	11.8409
33.	показник політропи розширення, n2	-	1.2884
34.	тиск в кінці розширення, Pb	МПа	0.3835
35.	температура в кінці розширення, Тb	˚К	988.4410
36.	ВИПУСК: розрахункова температура в кінці випуску, Т’г	˚K	671.0394
37.	разходження з прийнятою температурою, Δ	%	4.32

Висновок: В результаті теплового розрахунку визначили параметри тиску і температури суміші газів у циліндрі двигуна в будь – який момент часу ( від повороту колінчастого вала). Завдяки тепловому розрахунку тепер буде можливе подальше проектування двигуна, стає досить точна можливість визначити динамічні навантаження на деталі двигуна а також деякі параметри ( потужність, розміри, оцінити показники роботи двигуна).

Розділ 3.

Розрахунок показників робочого циклу, розмірів та параметрів двигуна

Побудована індикаторна діаграма дає підстави для визначення роботи, виконаної робочим тілом (газами по переміщенню поршня в циліндрі), та витрат палива на здійснення цієї роботи – індикаторних показників робочого циклу. Частина роботи газів буде передана колінчастому валу і далі споживачу енергії у вигляді ефективної (корисної) роботи, а частина – витрачена на приведення в дію механізмів двигуна. Далі будемо розглядати індикаторні та, окремо, ефективні показники робочого циклу двигуна.

Індикаторні показники.