3 Тепловой расчет двс

3.1 Теплота сгорания топлива

Важнейшей характеристикой топлива служит теплота сгорания топлива – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. Она зависит от элементарного состава топлива. Низшая теплота сгорания определяется по формуле:

;

3.2 Процесс наполнения

Основными параметрами, характеризующими процесс наполнения, являются:

_н - коэффициент наполнения;

_г - коэффициент остаточных газов;

Р_а - давление в конце наполнения;

Т_а - температура рабочей смеси;

Р_г -давление остаточных газов;

Т_г - температура остаточных газов.

Расчёт процесса наполнения заключается в определении значений этих параметров.

Давление в конце наполнения:

,

где С₂ – наибольшая скорость протекания свежего заряда при открытии выпускных клапанов;

 – коэффициент скорости истечения, учитывающий вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны, принимаем  = 0,8 для ДВС с наддувом;

Т₀ – температура окружающей среды, К.

Для определения С₂ необходимо знать среднюю скорость С_m поршня и скорости поступающего заряда С₁ через живые сечения клапана.

где K – отношение площади поршня к площади сечения полностью открытых впускных клапанов, для ДВС средней быстроходности принимаем K=8.

Наибольшая скорость протекания свежего заряда через выпускной клапан:

; .

Тогда давление в конце наполнения:

Коэффициент остаточных газов определяется по формуле:

,

где – повышение температуры газа в системе двигателя, по опытным данным для четырехтактного дизеля с наддувом ;

– повышение температуры газа вследствие сжатия в турбонагнетателе;

– давление остаточных газов, для ДВС средней быстроходности ;

– температура остаточных газов, для четырехтактных ДВС средней быстроходности .

,

где – давление в турбонагнетателе, можно принять ;

– показатель политропы, составляет 1,6;

– атмосферное давление.

Тогда коэффициент остаточных газов:

Температура смеси в конце наполнения определяется по уравнению:

;

Коэффициент наполнения через коэффициент остаточных газов определяется следующим образом:

;

3.3 Процесс сжатия

Основными параметрами, определяющими процесс сжатия, являются:

Р_а - давление начала сжатия;

Т_а - температура начала сжатия;

 - степень сжатия;

n₁ - показатель политропы сжатия, для ДВС средней быстроходности n₁=1,37;

Т_с - температура конца сжатия;

Р_с - давление конца сжатия.

Так как процесс сжатия политропный, то величины, характеризующие начало и окончание его, связаны уравнениями:

; ,

;

3.4 Процесс сгорания

Необходимо определить количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания 1кг топлива:

;

Действительное количество воздуха:

_,

где – коэффициентом избытка воздуха (отношение количества воздуха, поступившего в цилиндр, к количеству воздуха, теоретически необходимому), для СОД с наддувом :

_.

Мольное количество смеси воздуха и остаточных газов, находящихся в цилиндре до горения:

, .

Количество молей продуктов сгорания:

; .

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

; .

Для нахождения средних мольных теплоемкостей необходимо найти молярные концентрации отдельных газов в цилиндре. Содержание кислорода в свежем заряде:

; .

Содержание азота в свежем заряде:

; .

Количество молей продуктов сгорания:

; ,

; ,

; ,

; .

Количество молей остаточных газов:

; ,

; ,

; ,

; .

Молярные доли компонентов:

; ,

; ,

; ,

; .

Изохорные мольные теплоемкости определятся:

• для азота

,

• для кислорода

,

• для водяного пара

,

• для углекислого газа

.

Суммарная изохорная теплоемкость смеси в цилиндре определится как сумма произведений молярных концентраций отдельных газов на их теплоемкости:

,

Изобарные мольные теплоемкости определятся:

• для азота

,

• для кислорода

,

• для водяного пара

,

• для углекислого газа

.

Молярные доли компонентов топлива:

; ,

; ,

; ,

; .

Суммарная изобарная теплоемкость находится аналогично изохорной:

Уравнение сгорания для смешанного цикла имеет вид:

,

где – степень повышения давления, для СОД ;

– коэффициент использования тепла, для СОД

Подставляя суммарные теплоемкости в уравнение сгорания для смешанного цикла, получаем квадратное уравнение:

;

→ .

Тогда значения средних мольных изобарных теплоёмкостей составят:

• для азота

,

• для кислорода

,

• для водяного пара

,

• для углекислого газа

.

Степень предварительного расширения определяется зависимостью:

;

Степень последующего расширения:

;