3.3. Процесс сгорания

Сгорание топлива – основной процесс расчетного цикла. Методика расчета основана на предположении, что действительный характер изменения давления в цилиндре условно заменяется изохорным су и изобарным уz (процессами подвода теплоты).

Сгорание сопровождается неизбежными потерями теплоты на неполноту сгорания Q_нс, диссоциацию продуктов сгорания Q_дис. и теплообмен со стенками цилиндра Q_w. Q_нс обусловлена тем, что часть топлива не успевает сгореть на участке суz, и газы содержат некоторое количество продуктов неполного сгорания. На кривой расширения происходит догорание топлива. Диссоциация продуктов сгорания т.е. расщепление молекул некоторых соединений, сопровождающееся поглощением теплоты и понижением температуры конца сгорания, наблюдается при высокой температуре (выше 2000 К). Теплота, затраченная на расщепление, не полностью потеряна, т.к. при снижении температуры может происходить восстановление распавшихся молекул. Но эффективность ее использования низкая, так как теплота подводится при более низкой температуре, по сравнению с температурой расщепления.

Оценку количества выделившейся теплоты производят по коэффициенту выделения теплоты, который представляет собой долю теплоты сгорания, выделившуюся к рассматриваемому моменту рабочего процесса, и учитывает потери от неполноты сгорания и на диссоциацию.

. (41)

Долю теплоты сгорания, которая используется на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершение работы до рассматриваемого момента рабочего процесса, оценивают коэффициентом использования теплоты, который дополнительно учитывает потери на теплообмен со стенками цилиндра:

. (42)

Характер изменения этих коэффициентов показан на (рис. 18).

Рис. 18. Схема процессов сгорания и расширения. Изменение коэффициентов выделения и использования теплоты

В расчетах рабочих процессов применяют значения коэффициента использования теплоты, соответствующие точкам z и в расчетного цикла _z, _в, зависящие от совершенства процесса сгорания и потерь теплоты. Согласно опытным данным, у МОД и СОД _z = 0,750,85; _в = 0,850,95; у ВОД

_z  = 0,70,8; _в = 0,850,9, у длиноходовых _z = 0,920,97; _в = 0,950,96.

25 вопрос 3.4. Процесс расширения

3.4. Процесс расширения

В расчетном цикле считают, что процесс расширения начинается в конце видимого сгорания в точке z. В действительном цикле расширение заканчивается в момент открытия выпускных окон или клапанов. В расчетном цикле конец расширения относят к точке «в», расположенной в НМТ у четырехтактных двигателей и на уровне верхней кромки выпускных окон – у двухтактных. На процесс расширения влияют теплообмен, догорание, утечка газов через неплотности колец, восстановление некоторого количества продуктов диссоциации, возникающих при сгорании. Эти факторы изменяют показатель политропы расширения (рис. 19).

Рис. 19. Схема процесса расширения

В первой части из-за подвода теплоты от догорания и восстановления продуктов диссоциации . Затем догорание уменьшается, теплообмен увеличивается вследствие большой площади теплообмена. Показатель политропы расширения возрастает. В связи с трудностью учета всех факторов для определения параметров газов используют политропу с усредненным показателем n2, постоянным за процесс и дающим такую же работу, как и при действительном расширении с переменным показателем политропы.

Среднее значение показателя политропы определяют из уравнения первого закона термодинамики

, (56)

.

Изменение внутренней энергии рабочего тела в процессе расширения

,  но  ;         и  ; (57)

; (58)

. (59)

Подставив эти выражения в уравнение первого закона термодинамики, учитывая, что

, получим

. (60)

Это уравнение решают методом последовательных приближений. Показатель политропы расширения n₂ в первом приближении принимают характерным для данного типа ДВС. n₂=1,2÷1,3 для МОД и СОД с охлаждаемыми поршнями; n₂ = 1,1÷1,25 для ВОД с неохлаждаемыми поршнями.

Давление и температуру газа в точке «в» находят по известным формулам политропного процесса:

; ;

; ; . (61)

Судовые ДВС имеют следующие давление и температуру в точке «в»:

МОД СОД ВОД

Р_в МПа 0,25-0,85 0,3-0,9 0,4-0,95

T_в К 900-1000 1000-1100 1100-1200

26 вопрос

27 вопрос Периоды процесса сгорания