1 Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы

1.1 Расчет процессов газообмена

Так как по заданию двигатель работает без наддува, то в качестве исходного заряда на впуске принимается давление и температура окружающей среды, ⁰К, МПа:

(1)

(2)

Определим плотность заряда на впуске, ρ_к, кг/м³:

(3)

,

где: R – газовая постоянная;

Определим давление остаточных газов, p_rн, МПа:

(4)

В соответствии с заданием принимаем температуру остаточных газов равной, Т_r, К:

Определим температуру подогрева свежего заряда, ΔТ_н, К:

Определим давление рабочего тела в конце впуска, р_а, МПа:

(5)

,

где: Δр_а – потери давления во впускной системе;

Определим потери давления во впускной системе, Δр_а, МПа:

(6)

,

где: β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы;

ω_вп – средняя за процесс впуска скорость движения смеси в наименьем сечении впускной системы, м/с;

ρ_к – плотность заряда на впуске, кг/м³;

Определим коэффициент остаточных газов, γ_r:

(7)

,

где: ε – степень сжатия;

φ_доз – коэффициент дозарядки;

На номинальном режиме работы величина γ_r для дизелей должна находиться в пределах 0,02…0,05.

Определим температуру в конце впуска, Т_а, К:

(8)

Величина Т_а согласно статистическим данным при работе дизеля без наддува на номинальном режиме работы должна быть в пределах 330 – 400 К.

Определим коэффициент наполнения, η_v:

(9)

Значение коэффициента наполнения η_v при работе дизеля без наддува на номинальном режиме находится в пределах 0,82 – 0,92.

1.2 Расчет процесса сжатия

Определим давление в конце процесса сжатия, р_с, МПа:

(10)

,

где: п₁ – показатель политропы сжатия;

Определим температуру в конце процесса сжатия, Т_с, К:

(11)

1.3 Расчет процесса сгорания

1.3.1 Термохимический расчет процесса сгорания

Определим количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, в массовых единицах, l_o, кг_{воздуха}/кг_{топлива}:

(12)

Определим количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, в объемных единицах, L_o, кмоль/кг_{топлива}:

(13)

Определим количество заряда, находящегося в цилиндре в конце сжатия, М_с, кмоль/кг:

(14)

,

где: М₁ – количество свежего заряда, находящегося в цилиндре, кмоль/кг;

М_r – количество остаточных газов в цилиндре, кмоль/кг;

Определим количество свежего заряда, находящегося в цилиндре, М₁, кмоль/кг:

(15)

,

где: α – коэффициент избытка воздуха;

Определим количество остаточных газов в цилиндре, М_r, кмоль/кг:

(16)

Определим количество заряда, находящегося в цилиндре к концу процесса сгорания, M_z, кмоль/кг:

(17)

,

где: М₂ – количество продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг жидкого топлива, кмоль/кг;

Определим количество продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг жидкого топлива, М₂, кмоль/кг:

(18)

Определим химический коэффициент молекулярного изменения, μ_д:

(19)

1.3.2 Термодинамический расчет процесса сгорания

Определим теплоемкость заряда в зависимости от температуры конца сжатия, μ_cvс, кДж/(кмоль·К):

(20)

Определим теплоемкость продуктов сгорания, μ_cvz, кДж/(кмоль·К):

(21)

,

где: Т_z – температура продуктов сгорания;

Определим потери теплоты из – за химической неполноты сгорания богатых смесей, ΔQ_н, кДж/кг:

(22)

Определим температуру в конце процесса сгорания, Т_z, К:

(23)

,

где: a, b, c – коэффициенты;

Определим коэффициент а:

(24)

Определим коэффициент b:

(25)

Определим коэффициент с:

(26)

,

где: ξ – коэффициент использования теплоты;

Q_н – низшая теплота сгорания топлива;

λ – степень повышения давления;

Определим давление газов в конце сгорания, р_z, МПа:

(27)

Определим степень предварительного расширения, ρ:

(28)