1. Расчет рабочего процесса двигателя (тепловой расчет)

1. Химический состав топлива в процентах по весу:

Углерода (С) 87%

Водорода (Н) 12,6%

Кислорода (О₂ ) 0,4%

Сорт топлива - дизельное (задаемся)

2. Низшая теплота сгорания топлива:

Q_{н =} (46.7 – 8,8*10^-6р₁₅² +3,17*10^-3р₁₅)*[1 – (х+у+S)]+9,42S-2,45х кДж/кг, где:

Р₁₅ - плотность топлива при 15⁰ С, кг/м³; (Л-860; З-840; А-830)

х,у,S – массовые содержания воды, золы и серы, %/100.

=81С+300Н-26 (О₂ - S) – 6 (9Н - W) ккал/кг =81*87+300*12,6-26*0,4-6*9*12,6 =10137,2 ккал/кг

1ккал=4,187кДж

3. Средняя скорость поршня

С_m= м/сек,

где: s – ход поршня в м;

n – частота вращения в об/мин

С_{m =} = 4,4 м/сек

4. Максимальная скорость поршня

С_maх=1,57С_m м/сек

С_maх = 1,57*4,4 = 6,908 м/сек

5. Отношение площади поршня к суммарному сечению впускных клапанов

К= (задаемся)

где: , м²;

i - число впускных клапанов

f – площадь сечения полностью открытого клапана

К= = 10

Величина коэффициента К= может быть выбрана в зависимости от степени быстроходности двигателя:

Тип двигателя
Быстроходные	4,5 – 6
Средней быстроходности	6 – 9
Тихоходные	9 – 12

6. Наибольшая скорость протекания свежего заряда через впускные клапаны

С₂=1,57С_m м/сек

С₂ = 6,908*10 = 69,08 м/сек

1.7 Температура наружного воздуха t₀ ⁰С (задаемся)

t ₀ = 12 ⁰C

1.8 Абсолютная температура наружного воздуха

Т₀=273+t₀ ⁰К

Т₀ = 273 + 12 = 285 ⁰К

1.9 Коэффициент скорости истечения j , учитывает вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны (задаемся)

j = 0,7

j = 0,6 – 0,7 для двигателей без наддува;

j = 0,7 – 0,85 для двигателей c наддува

1.10 Давление конца наполнения (начала сжатия)

P_а=1- С₂²/576j²T₀ кг/см²

Р_а = 1 - (69.08 )²/576*0,7²*285 = 0,941 кг/см²

При расчете двигателей с наддувом

P_а = (0,9 - 0,96) Р_к

где: Р_к –давление надувочного воздуха

1.11 Повышение температуры свежего заряда в системе двигателя ∆t ⁰С (задаемся)

∆t = 15⁰

Величина ∆t ⁰ по опытным данным составляет:

Для четырехтактных баз наддува 15 – 20⁰С;

Для четырехтактных с наддувом 5 – 10⁰С

1.12 Температура воздуха в момент поступления в цилиндр

Т₀+ ∆t ⁰К

Т₀+ ∆t = 285 + 15 = 300⁰К

При расчете двигателей с наддувом должно быть учтено повышение температуры заряда ∆t₁ вследствие сжатия в нагнетателе

∆t₁ = Т₀[(P_s/Р₀)^n-1/n – 1] ⁰C,

где: n – показатель политропы сжатия в нагнетателе (для центробежных нагнетателей 1,7 – 2,0)

1.13 Степень сжатия ε (задаемся)

ε = 14,2

1.14 Давление остаточных газов р_г кг/см² (задаемся)

р_г = 1,02 кг/см²

Для расчета можно принимать в тихоходных двигателях давление

р_г = 1,02 - 1,06 кг/см² , в быстроходных р_г = 1,05 – 1,15 кг/см²

1.15 Температура остаточных газов Т_Г ⁰К (задаемся)

Т_г = 750⁰К

Значение Т_г для четырехтактных тихоходных дизелей 700 -770 ⁰К, для быстроходных 770 – 850 ⁰К

1.16 Давление окружающей среды р₀ кг/см² (задаемся)

р_{0 =} 1 кг/см²

1.17 Коэффициент остаточных газов

γ_r =

γ_r = = 0,033

Для двигателей с наддувом

γ_r = 0

1.18 Температура в начале сжатия

Т_а = ⁰К

Т_а = = 314 ⁰К

1.19 Коэффициент наполнения цилиндра

η_н =

η_н = = 0,89

1.20 Показатель политропы сжатия n₁ (задаемся)

n₁ = 1,37

Значения показателя политропы сжатия n₁ в зависимости от типа двигателя можно выбрать из таблицы

Тип двигателя	n1
Быстроходные дизели	1,38 – 1,42
Тихоходные дизели	1,34 – 1,37

1.21 Температура конца сжатия

Т_с = Т_а ε ^{n1-1 0}К

Т_с = 314 ^1,37-1 = 838 ⁰К

1.22 Давление конца сжатия

Р_с = Р_а ε ⁿ¹ кг/см²

Р_с = 0,941 ^1,37 = 36 кг/см²

1.23 Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива

L₀ = ( + – ) моль/кг

L₀ = + – ) = 0,495 моль/кг

1.24 Коэффициент избытка воздуха α (задаемся)

α = 2,0

Тип двигателя	Α
Малооборотные дизели без наддува	1,8 - 2,2
Высокооборотные дизели без наддува	1,3 – 2,1
Малооборотные дизели с наддувом	2,0 – 2,3
Высокооборотные дизели с наддувом	1,5 – 1,9

1.25 Действительное количество воздуха

L = α L₀ моль

L = 2,0*0,495 = 0,99 моль

1.26 Количество молей до горения

М₁ = (1+ γ_r ) L моль

М₁ = (1 + 0,033)*0,99 = 1.02 моль

1.27 Количество молей продуктов сгорания

М₂ = [ + – (α – 0,21)L₀] (1 + γ_r ) моль

М₂ = [ + + (2,0 – 0,21)*0,495]*(1 + 0,033) = 1.05 моль

1.28 Действительный коэффициент молекулярного изменения

μ =

μ = = 1,03

29. Средняя мольная теплоемкость двухатомных газов при P = const

m(N₂ + O₂)C_mp(N₂O₂) = (1 + γ_r)( α – 0,21)L₀ C_mp(N₂O₂) =

(1 + 0,033)(2,0 – 0,21)0,495(6,6 + 0,00053Т_z) =

6,041 + 0,000485Т_z ккал/моль град

1.30 Средняя мольная теплоемкость углекислого газа при P = const

m(СО₂)C_mp(СO₂) = (1 + γ_r)С/12 C_mp(СO₂) =

(1 + 0,033) (8,76 + 0,00189Т_z) =

0,656 + 0,000142Т_z ккал/моль град

1.31 Средняя мольная теплоемкость водяных паров при P = const

m(Н₂О)C_mp(Н₂О) = (1 + γ_r)Н/2 C_mp(Н₂О) =

(1 + 0,033) (6,706 + 0,00215Т_z) =

0,437 + 0,00014Т_z ккал/моль град

1.32 Средняя теплоемкость смеси при P = const

С_р = m(N₂ + O₂)C_mp(N₂O₂)/М₂ + m(СО₂)C_mp(СO₂)/М₂ +

m(Н₂О)C_mp(Н₂О)/М₂

= =

6,79 + 0,00073Т_z ккал/моль град

1.33 Давление конца сгорания Р_z (задаемся)

Р_z =52 кгс/см²

1.34 Степень повышения давления

λ =

λ = = 1,44

1.35 Средняя мольная теплоемкость воздуха в конце сжатия

С_υ = 4,61 + 0,00053Т_с

С_υ = 4,61 + 0,00053*838 = 5,054 ккал/моль град

1.36 Коэффициент использования теплоты при сгорании

ξ = 0,9 (задаемся)

Тип двигателя	Ξ
Многооборотные дизели	0,6 – 0,85
Средней оборотности дизели	0,85 – 0,92
Малооборотные дизели	0,8 – 0,95

1.37 Уравнение сгорания и температура конца сгорания

(С_υ + 1,986 λ)Т_с + = μС_рТ_z ⁰K

(5,054 + 1,986*1,44)*838 + = 1,03*(6,79 + 0,00073Т_z)T_z

0,000752T_z² + 6,99T_z + 15576,4 = 0

T_z =

T_z =

T_z = =1857,5 ⁰K

1.38 Степень предварительного расширения

ρ =

ρ = = 1,6

1.39 Степень последующего расширения

δ =

δ = = 8,88

1.40 Показатель политропы расширения

n₂ = 1,28 (задаемся)

Тип двигателя	n2
Высокооборотные с неохлаждаемыми поршнями	1,15 – 1,25
Средней оборотности с охлаждаемыми поршнями	1,20 – 1,28
Малооборотные с охлаждаемыми поршнями	1,28 – 1,32

1.41 Давление конца расширения

Р_в = Р_z/δⁿ²

Р_в = 52/8,88^1,28 = 3,18 кг/см²

1.42 Температура конца расширения

Т_в = Т_z/ δ^n2-1

Т_в = 1857,5/8,88^1,28-1 = 1007,9 ⁰К