1524

При расчете для различных скоростных режимов коэффициент избытка воздуха может быть определен по уравнению

Действительный расход воздуха для номинального режима работы двигателя

L = αLo 1,5 0,5278 0,7917кмоль.

Количество свежего заряда

Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания:

МN2 = 0,79αLo 0,79 1,5 0,5336 0,6323кмоль.

МO2 =0,21 α 1 Lo 0,211,5 1 0,5278 0,0554 кмоль.

Количество продуктов сгорания

М2 МСО2 МH2O MN2 MO2 0,0695 0,08270,6323 0,0554 0,8399кмоль.

Химический коэффициент молекулярного изменения

β' M2 0,8399 1,04.

M1 0,807

7.2. Процесс впуска

Параметры окружающей среды: Ро = 0,101 МПа, То = 293 К. Степень подогрева свежего заряда Т 15 .

Плотность воздуха, поступающего во впускную систему

Отношения площади к площади проходногосечения впускногоклапана

Fп / fкл 5,2.

Ход поршня

Sn 30 CN 30 10,3 0,11м. nN 2800

Скорость свежего заряда в проходном сечении впускного клапана

Wвп 0,05433SnnN Fn 0,05433 0,11 2800 5,2 87м/с.

fкл

Сопротивление впускной системы с учетом коэффициента затухания скорости

(β2 ξ) 2,8.

Давление в цилиндре двигателя в конце впуска

Давление остаточных газов на номинальной мощности

РrN 0,098 0,539nN10 5 0,098 0,539 2800 10 5 0,113МПа.

Давление остаточных газов для различных скоростных режимов определяем по уравнению

Принимаем температуру остаточных газов на номинальном режиме

работы двигателя Тr = 820 К. Температуру остаточных газов на различных скоростных определяем по уравнению

Tr (TrN 45) 90( n 0,5) 273. nN

Степень подогрева свежего заряда для различных скоростных режимов

110 0,0125n

T TN 110 0,0125nN , где TN 15 .

Коэффициент остаточных газов

Коэффициент ν Cpr /Cpo 1,14, где Сpr теплоемкость продуктов

сгорания при постоянном давлении, Сpо теплоемкость воздуха при постоянном давлении.

Коэффициент наполнения

7.3. Процесс сжатия

Показатель политропы сжатия определяется на основании значений теплоемкости рабочего тела в начале сжатия (точка А) и в конце сжатия (точка С). Принимаем максимальную температуру рабочего тела в конце сжатия tc 600 С, а расчетную температуру рабочего тела в конце сжатия

tс 670 С.

Теплоемкость свежего заряда в начале сжатия (точка А)

mcv a 20,758 0,0008ta 20,758

0,0008 52 20,8кДж / кмоль С ,

где ta Ta 273 325 273 52 С.

Температура рабочего тела в точке С без учета коэффициента остаточных газов

mcv c 22,09 0,00318 tc 600 22,09

0,00318 670 600 22,313кДж / кмоль С .

Показатель политропы сжатия для газодизельных двигателей принимаем равным показателю адиабаты сжатия, то есть n1 n2 1,37.

Температура рабочего тела в конце сжатия

Tc Taεn1 1 325 18,31,37 1 953K.

Ошибка в выборе температуры рабочего тела в конце сжатия

что составляет 1,47 %. Если ошибка составит больше двух процентов,

необходимо задать новое значение tc и расчет повторить. Давление рабочего тела в конце сжатия

Pc Paεn1 0,088 18,31,37 4,72 МПа.

7.4. Процесс сгорания

При определении температуры рабочего тела в конце сгорания предполагали, что сгорание топлива происходит вначале при постоянном объеме (участок C Z1), а затем при постоянном давлении (участок Z1 Z). Температуру рабочего тела в точке Z определяем на основании уравнения внутренних энергий для точек C и Z с учетом теплоты, выделенной при сгорании топлива.

Общее уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет вид

Степень повышения давления λ принимается в зависимости от закона подачи топлива, способа смесеобразования, скоростного режима двигателя, свойств топлива и т.д. Для рассматриваемого случая принимаем λ 1,7.

Принимаем коэффициент использования теплоты ξ 0,88.

Для различных скоростных режимов изменение коэффициента теплоты можно принять идентичным изменению коэффициента избытка воздуха, однако с поправкой на большую теплоотдачу в стенки камеры сгорания при уменьшении скоростного режима двигателя. С учетом указанных поправок уравнение будет иметь вид

0,0243 680 600 15,199 МДж/кмоль;

продуктов сгорания в конце сжатия при α 1

U1c 14,799 0,02806 tc 600 14,7990,02806 680 600 17,043МДж/кмоль;

продуктовсгоранияс учетомпринятого коэффициентаизбыткавоздуха

Правую часть уравнения преобразуем следующим образом:

определяем внутреннюю энергию продуктов сгорания в точке Z при

α1

U1z 51,498 0,0335 tz 1800 0,0335tz 8,802;

определяем внутреннюю энергию воздуха в точке Z

Uz 45,008 0,02826 tz 1800 0,02826tz 5,86;

определяем внутреннюю энергию рабочего тела в точке Z с учетом принятого значения коэффициента избытка воздуха

1,5 1 0,02826tz 5,86 0,03175tz 7,8213. 1,5

Подставив полученное выражение в правую часть уравнения, получаем выражение

0,03175tz 7,8213 0,008315 tz 273 73,51,откуда tz 1973,3 C;

Tz 1973,3 273 2246,3K.

Учитывая, что скорость сгорания газообразного топлива больше, чем дизельного, принимаем значение степени повышения давления λ 1,7.

Давление в конце сгорания

Pz λ Pc 1,7 4,72 8,024 МПа.

Степень предварительного расширения

ρ βTz 1,039 2246 1,44.

Степень последующего расширения

δε 18,3 12,7.

ρ1,44

7.5. Процесс расширения и выпуска

Показатель политропы расширения определяем на основании значений теплоемкостей рабочего тела в начале расширения (точка Z) и в конце расширения (точка В). Для определения теплоемкостей используем таблицу. Температуру рабочего тела в конце расширения принимаем tz 870 C.

Теплоемкость рабочего тела в точке Z при α 1

(mcv)1z 28,638 0,0023(tz 1800) 28,638

0,00231973 1800 29,0359кДж/кмоль С.

Теплоемкость воздуха в точке Z

(mcv)1z 25,003 0,001617(tz 1800) 25,0030,001617 1973 1800 25,2827кДж/кмоль С.

Теплоемкость рабочего тела с учетом принятого коэффициента избытка воздуха

1,5 125,2827 27,7848кДж/кмоль С. 1,5

Теплоемкость продуктов сгорания в точке В при α 1 и при температуре tb 840 С

0,00376(840 800) 25,648кДж/кмоль С.

Теплоемкость воздуха для принятой температуры в конце расширения

0,00293(840 800) 22,805кДж/кмоль С.

Теплоемкость рабочего тела в точке В с учетом принятого значения коэффициента избытка воздуха

1,5 122,805 24,7кДж/кмоль С. 1,5

27,7848 1973 24,7 840

Показатель политропы расширения равен показателю адиабаты расширения то есть n2 K2 .

Температура рабочего тела в конце расширения

Tb = Tz / δn2 1 = 2246,3 / 12,71,276-1 = 1113 K.

Ошибка в выборе температуры tb

Если ошибкасоставитболее2 %,задают новоезначениеtb иповторяют. Давление рабочего тела в конце расширения

Pb= Pz / δn2 = 8,024 / 12,71,276 = 0,313 МПа.

Tb = Tz / δn2 1= 2246,3 / 12,71,276-1 = 1113 K.

Тb 1113 273 850100 1,19 %. 1113 273

Давление рабочего тела в конце расширения

Pb= Pz / δn2 = 8,024 / 12,71,276 = 0,313 МПа.

Проверка выбранной температуры остаточных газов

Tr Tr /3Pb /Pr 1113/30,313/0,113 792,5K.

Ошибка составляет

7.6. Показатели работы цикла Среднее теоретическое индикаторное давление

Для определения действительного среднего индикаторного давления принимаем коэффициент скругления индикаторной диаграммы μ 0,97, а коэффициент полноты насосных потерь 0,8.

Pi μPi' Pr Pa 0,97 0,938 0,8 0,113 0,88 0,89 МПа.

Индикаторный удельный расход топлива

Nе PiiVhηм 0,89 8,59 2800 0,762 135,9кВт. 300

Литровая мощность двигателя

Nл Nе 136 15,83кВт/л. iVh 8,59

Крутящий момент двигателя

Часовой расход топлива

GT geNe 223 136 30,328кг/ч. 1000 1000

7.7. Тепловой баланс двигателя

Общее количество теплоты, выделенной при сгорании топлива за один час

Q GT Нu 30,328 44,96 1363,55МДж/ч.

Теплота, эквивалентная эффективной мощности:

Qe 3,6Ne 3,6 136 489,6 МДж/ч;

qе Qe 100 489,6 100 35,9%. Q 1363,55

Теплота, эквивалентная механическим потерям:

Qм 3,6(Ni Ne) 3,6(178,5 136) 153МДж/ч;

qм Qм 100 153 100 11,22 %. Q 1363,55

Теплота, потерянная с отработавшими газами, определяется как разность между теплотой, унесенной с отработанными газами и теплотой, поступающей в цилиндре двигателя со свежим зарядом.

Температура отработавших газов в С

tr Tr 273 820 273 547 C.

Температура воздуха, поступающего в цилиндры двигателя

to To 273 393 273 20 C.

Изобарная теплоемкость воздуха при температуре tr 547 C

(mcp)r 30,095 0,0031(tr 500) 30,095

0,0031(547 500) 30,2407кДж/кмоль С.

Изобарная теплоемкость продуктов сгорания при температуре tr = 547 С и коэффициенте избытка воздуха α 1

(mcp)1r 32,515 0,00418(tr 500) 32,515

0,00418(547 500) 32,7114кДж/кмоль С.

Теплоемкость отработавших газов с учетом принятого значения коэффициента избытка воздуха

1,5 130,2407 31,8878кДж/кмоль С. 1,5

Изобарная теплоемкость воздуха, поступающего в цилиндры двигателя

(mcp)o 29,073 0,0008to 29,073 0,0008 20 29,089кДж/кмоль С.

Теплота, потерянная с отработавшими газами:

qw Qw 100 20,356%.

Q

Неучтенные потери:

Qs Q Qе Qм Qог Qw 1363,55

(489,6 153 421,2 277,56) 22,1855МДж;

qs Qs 100 22,1855 100 1,63%. Q 1363,55