1524
.pdfC |
IRAB3=O |
29 MP1B=MPB1+0.002826*(TB1-1400) |
|
C-------------------------- |
|
C |
IRAB3=IRAB3+1 |
C |
WRITE(6,102)TB1,DTB |
C 102 FORMAT(1X,' TB1=',E11.4,' DTB=',E11.4) |
|
C |
IF(IRAB3.GT.500) STOP |
C-------------------------- |
|
|
AB=MP1B/MPB1 |
|
MPB=MP1B+AB**1.7*(6*(AF-0.7)-3.51*(AF-0.7)**1.75) |
|
KP=1+8.315*(TZ1-TB1)/(MPZ*TZ1-MPB*TB1) |
|
NP=KP |
|
TB=TZ/S**(NP-1) |
C----------------------------------- |
|
C |
WRITE (6,755) TZ1,MPZ,MPB |
C 755 FORMAT(' TZ1=',E11.4,' MPZ=',E11.4,' MPB=',E11.4) |
|
C |
WRITE (6,655) TZ,S,KP,TB |
C |
655 FORMAT(' TZ=',E11.4,' S=',E11.4,' KP=',E11.4,' TB=',E11.4) |
C----------------------------------- |
|
|
DTB=((TB-273)-TB1)*100/(TB-273) |
|
IF(DTB.GT.2.0) GO TO 30 |
|
IF(DTB.LT.0.0) GO TO 31 |
GO TO 32
30 TB1=TB1+5
GO TO 29
31TB1=TB1-5 GO TO 29
32CONTINUE
PB=PZ/S**NP
TRI=TB/(PB/PR)**0.333
DTR=(TRN-TRI)*100/TRN
IF(DTR.GT.2.0) GO TO 33
IF(DTR.LT.0.0) GO TO 34
GO TO 35
33TRN=TRN-5 GO TO 24
34TRN=TRN+5
GO TO 24
35 CONTINUE
C |
ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ЦИКЛА |
|
PI1=PC*(LM*(1-1/S**(NP-1))/(NP-1)-(1-1/S**(NC-1))/(NC-1))/(S-1) |
|
PI=MI*PI1-FI*(PR-PA) |
|
GI=3600*KV/(24.4*LT*PI) |
|
KI=3600/(GI*HU) |
|
PM=0.039+0.0132*SP*N/30 |
|
PE=PI-PM |
|
KM=PE/PI |
|
GE=GI/KM |
|
KE=KI*KM |
|
IF(N.EQ.N1.AND.IRAB.EQ.1) GO TO 36 |
|
GO TO 37 |
36 |
NI1=NE1/KM |
|
DC=SQRT(12*NI1*T/(3.14*PI*N1*IC*SP)) |
|
VHI=3.14*DC**2*SP*IC*2.5 |
37 |
CONTINUE |
|
NE=PE*VHI*N/(30*T) |
|
ME=3*10**4*NE/(3.14*N) |
|
GT=GE*NE/1000.0 |
|
NI=NE/KM |
C |
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ |
|
Q=GT*HU |
|
QE=3.6*NE |
|
QE1=QE*100/Q |
|
QM=3.6*(NI-NE) |
|
QM1=QM*100/Q |
|
TR1=TR-273 |
|
TO1=TO-273 |
|
MP1R=MPR1+0.00367*(TR1-700) |
|
AR=MP1R/MPR1 |
|
MPR=MP1R+AR**2.9*(4.956*(AF-0.7)-2.906*(AF-0.7)**1.75) |
|
MRP=MPR+8.315 |
|
MCO=20.759+0.0008*TO1 |
|
MOP=MCO+8.315 |
|
QG=GT*LT*(B*MRP*TR1-MOP*TO1)/1000 |
|
QG1=QG*100/Q |
|
QH=DHU*GT |
|
QH1=QH*100/Q |
C |
IRAB4=O |
38 |
QW=CW*IC*DC**(1+2*MW)*N**MW*(HU-DHU)/(AF*HU) |
C-------------------------- |
|
C |
IRAB4=IRAB4+1 |
C |
WRITE(6,104)MW |
C 104 FORMAT(1X,'MW=',E11.4) |
|
C |
IF(IRAB4.GT.500) STOP |
C--------------------------
QW1=QW*100/Q
QS=Q-(QE+QM+QG+QH+QW)
QS1=QS*100/Q
IF(QS1.GT.3.0) GO TO 39
IF(QS1.LT.1.0) GO TO 40
GO TO 41
39 MW=MW+0.005
GO TO 38
40MW=MW-0.005 GO TO 38
41CONTINUE WRITE(6,45)
45 FORMAT (1X,30('*'))
WRITE(6,55)N,J
55 FORMAT ('N=',E11.4,' J=',I5) WRITE (6,46) PZ, GE, KE
WRITE (6,47) NE, ME, GT
WRITE (6,48) QE1, QM1, QG1
WRITE (6,49) QH1, QW1, QS1
46FORMAT (2X,'PZ=' ,F5.3,2X,'GE=' ,F5.1,2X,'KE=' ,F6.4)
47FORMAT (2X,'NE=' ,F5.1,2X,'ME=' ,F5.1,2X,'GT=' ,F5.2)
48FORMAT (2X,'QE1=',F5.2,2X,'QM1=',F5.3,2X,'QG1=',F6.3)
49FORMAT (2X,'QH1=',F5.2,2X,'QW1=',F5.2,2X,'QS1=',F4.2)
50CONTINUE
N=N-K
IF(N. GE. N3) GO TO 18
STOP
END
Контрольные вопросы
1. Что называется коэффициентом наполнения, коэффициентом остаточных газов и как они влияют на мощностные и экономические показатели двигателя?
2. Чем ограничивается степень сжатия для двигателей легкого топлива?
3. Что называется коэффициентом избытка воздуха
и в каких пределах он лежит для бензиновых двигателей?
4.Чем объяснить более низкую экономичность бензинового двигателя
всравнении с дизельным, несмотря на большую теплотворную спо-
собность бензина и более низкие механические потери?
5.Влияние какого параметра на мощностные и экономические показатели двигателя определяется в составленной программе?
6.Схема введения необходимого параметра в программу, чтобы определить его влияние на показатели работы двигателя.
Глава 3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ,
РАБОТАЮЩЕГО НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ
Произвести тепловой расчет четырехтактного двигателя, предназ-наченного для грузового автомобиля, работающего на природном газе и имеющего следующие исходные данные:
эффективная мощность на номинальном режиме работы двигателя
Ne = 110 кВт;
частота вращения коленчатого вала nN = 3200 мин-1;
число цилиндров i =8;
расположение цилиндров V-образное;
степень сжатия =8,5;
применяемое топливо – природный газ.
Состав топлива: метан 94 %, этан – 4 %, пропан – 2 %. Теплотворная способность топлива по формуле Менделеева
Hu = 35,8МСН4 + 63,4 МС 2Н6+91МС 3Н8 = = 35,8 0,94+63,4 0,04+91 0,02 = 38 МДж/м3.
Теплотворная способность одного моля
Hu = Hu 22,4 = 38 22,4 = 851,2 МДж/кмоль.
3.1. Определение параметров рабочего тела
Теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания одного кмоля газообразного топлива
L = |
1 |
(n |
m |
)М |
CnHm |
кмоль. |
0,21 |
|
|||||
o |
4 |
|
|
|||
Обозначим:
n число атомов углерода у метана; n число атомов углерода у этана; n число атомов углерода у пропана; m число атомов водорода у метана; m число атомов водорода у этана; m число атомов водорода у пропана.
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания метана
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
4 |
|
|
||
|
|
|
m |
|
= |
|
|
|
= 8,952 кмоль. |
||||
0,21 |
4 )MCH4 |
0,21 |
(1 |
4) 0,94 |
|||||||||
Lo |
(n |
||||||||||||
Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания этана
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
n |
|
|
M |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
0,04 0,666кмоль. |
||
L |
0,21 |
|
4 |
|
0,21 |
4 |
||||||||||
o |
|
|
|
|
C2H6 |
|
|
|
|
|
||||||
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания пропана
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|||
L |
|
|
n |
|
|
M |
|||
|
|
0,21 |
|
4 |
|||||
o |
|
|
|
|
|
||||
C3H8
|
1 |
|
|
3 |
8 |
|
0,02 0,476кмоль. |
|
|
|
|
|
|
||||
0,21 |
4 |
|||||||
|
|
|
|
|
||||
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания одного кмоля топлива
Lo Lo Lo Lo = 8,952 + 0,666 + 0,476 = 10,094 кмоль.
Коэффициент избытка воздуха, для номинального режима работы двигателя, принимаем несколько больше, чем для бензина, так как учитываем, что сгорания газообразного топлива происходит более полно, т.е. N = 0,95. Для скоростных режимов в интервале от nN до 0,7nN, коэффициент избытка воздуха принимаем постоянным. Для скоростных режимов в интервале n 0,7nN коэффициент избытка воздуха определяем по формуле
|
|
|
|
n |
|
2,36 |
|
|
N |
0,78 |
0,7 |
. |
|||
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
nN |
|
||
Действительный расход воздуха, необходимый для сгорания одного моля топлива с учетом принятого значения коэффициента избытка воздуха
L N Lo= 0,95 10,094=9,59 кмоль.
Число молей свежего заряда
M1 1 L = 1+9,59 = 10,59 кмоль.
3.2. Определение количества молей продуктов сгорания
Для определения количества молей окиси углерода (MCO) и свободного водорода, входящих в состав продуктов сгорания, определяем соотношения MH 2/MСО для каждого компонента топлива по формуле
KMH2 /MCO = (1,515 H/С – 0,1727)0,3225.
1.Для метана (СН4)
К = (1,515 4 / 12 – 0,1727)0,3225 = 0,7.
2. Для этана (С2Н6)
K = (1,515 6 / 24–0,1727)0,3225 = 0,6.
3. Для пропана (С3Н8)
K = (1,515 8 / 36–0,1727)0,3225 = 0,558.
Количество каждого компонента, входящего в состав продуктов:
|
1 |
|
|
1 0,95 |
|
|
|
|||||
MCO 0,42Lo |
|
|
= 0,42 8,952 |
|
|
0,1105; |
|
|||||
1 K |
1 0,7 |
|
||||||||||
|
|
1 |
|
= 0,42 0,666 |
1 0,95 |
|
0,00874; |
|||||
|
|
|
|
1 0,6 |
||||||||
MCO |
0,42Lo1 K |
|
||||||||||
|
|
1 |
|
= 0,42 0,476 |
|
1 0,95 |
|
; |
||||
|
|
|
|
1 0,558 0,0064 |
||||||||
MCO |
0,42Lo1 K |
|||||||||||
MCO = M CO + M CO+ M CO= 0,1105 + 0,00874 + 0,0064 =0,1256 кмоль;
MCO 2=n M CH4+n MC 2H6+n MC3H8 MCO=1 0,94+2 0,04+
+3 0,02 0,1256 = 0,9544 кмоль;
MH 2 |
= K M CO +K |
M CO+K M CO= 0,7 0,1105+0,6 0,00874+ |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
+0,558 0,0064 = 0,0862 кмоль; |
|
|||||||||||||
M |
|
m |
MCH |
|
|
m |
MC |
H |
|
|
m |
M |
|
MH |
|
=2 0,94+3 0,04+ |
||||
|
4 |
|
6 |
|
C3H8 |
2 |
||||||||||||||
H2O |
2 |
|
|
2 |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
+4 0,02 0,0862 = 1,994 кмоль; |
|
|||||||||||||
|
MN2 |
0,79 Lo= 0,79 0,95 10,094 = 7,57 кмоль. |
||||||||||||||||||
Общее количество молей продуктов сгорания |
|
|
||||||||||||||||||
M2 MCO MCO |
2 |
|
MH |
2 |
M |
M |
= 0,1256+0,9544+ |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|
N2 |
|
|
||||
+0,0862+1,994+7,57 = 10,73 кмоль.
Химический коэффициент молекулярного изменения
M2 /M1 = 10,73 / 10,59= 1,013.
3.3. Процесс впуска
Параметры окружающей среды:
Ро = 0,10 МПа; То = 293 К.
Плотность воздуха
|
P 106 |
|
0,10 106 |
3 |
||
о |
o |
|
|
|
|
= 1,189 кг/м . |
R |
T |
287 293 |
|
|||
|
B |
o |
|
|
|
|
Степень подогрева свежего заряда Т =20 С. Средняя скорость поршня CN = 10,13м/с.
Ход поршня
Sn = 30 CN /n = 30 10,13 / 3200 = 0,095 м.
Отношение площади поршня к площади проходного сечения впускного клапана
Fn / fкл = 5,5.
Максимальная скорость свежего заряда в проходном сечении впускного клапана
Wa=0,05433 Sn nN Fn /fкл =0,05433 0,095 3200 5,4 = 89
м/с.
Сопротивление впускной системы с учетом коэффициента затухания скорости ( 2 + ) = 3,4.
Давление в цилиндре двигателя к началу сжатия
Pa Po 2 |
Wa |
2 |
o 0,10 3,4 |
892 |
1,189 0,084 МПа. |
|
2 106 |
2 106 |
|||||
|
|
|
||||
Давление остаточных газов при номинальной мощности
РrN 0,098 0,539 10 5nN =0,098+0,539 10 5 3200=0,115 2 МПа.
Давление и температура остаточных газов для различных скоростных режимов
Tr 370 n/nN 0,333 10 n/nN TrN 360 .
Pr 1,035Po (PrN 1,035Po)(n/nN )2 ,
Для номинального режима работы двигателя принимаем: Tr 1120 K; ТN = 20 .
Степень подогрева свежего заряда для различных скоростных режи-мов можно определить по формуле
|
|
|
T TN |
110 0,0125n |
. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
110 0,0125nN |
|
||||
Коэффициент остаточных газов |
|
||||||||||
r |
To TN |
|
Pr |
|
293 20 |
|
0,1152 |
|
0,0537 |
||
|
Pa Pr |
|
|
|
|
||||||
|
Tr |
|
1120 0,084 8,5 0,1152 |
|
|||||||
Температура рабочего тела в конце расширения
T |
To TN rTr |
|
293 20 1,1 0,0537 1120 |
360К, |
|
|
|||
a |
1 r |
|
1 0,0537 |
|
|
|
|||
здесь =1,1=С р / C p (С р теплоемкость продуктов сгорания; С р тепло-емкость свежего заряда).
3.4. Коэффициент наполнения
При определении коэффициента наполнения необходимо учитывать дозарядку за счет позднего закрытия впускного клапана. Для двигателей грузовых автомобилей коэффициент дозарядки можно принять в пределах N=1,06 для номинальных чисел оборотов. Для различных скоростных режимов коэффициент дозарядки можно определить по формуле
д ( N 0,18) 0,18 n/nN .
|
|
To |
|
Pa N Pr |
|
293 |
|
0,0843 8,5 1,06 0,1152 |
0,8. |
|
T |
P 1 |
293 20 |
0,1013 8,5 1 |
|||||
V T |
|
|
|
|
|||||
|
o |
|
|
o |
|
|
|
|
|
3.5. Процесс сжатия
Показатель адиабаты сжатия определяется на основании значений теплоемкостей рабочего тела в начале сжатия и в конце сжатия.
Показатель политропы сжатия получаем уменьшением показателя адиабаты на 0,01, т.к. теплоемкость газовоздушной смеси больше теплоемкости воздуха. Минимальную температуру рабочего тела в конце сжатия прини-маем 400 С, а рабочую температуру в конце сжатия принимаем 500 С.
Теплоемкость воздуха в конце сжатия
(mcv) c=21,475+0,00306(tc 400)=21,475+ +0,00306(500 400)=21,781 кДж/(кмоль град).
Теплоемкость продуктов сгорания в конце сжатия
(mcv) c=[MCO(21,475+0,0031 tc)+MCO 2(29,643+0,01325 tc)+MH 2
(20,619+0,00063 tc)+MH 2O(24,615+0,0054 tc)+MN 2(21,186+ +0,00264 tc)]/M2 = [0,1256(21,475+0,0031 100)+0,9544 (29,643+ +0,01325 100)+0,0862(20,619+0,00063 100)+1,994(24,615+0,0054 100)+ +7,29(21,186+0,00264 100)]/10,73 = 22,42 кДж/(кмоль град).
Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия
CM |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
mcv с |
|
|
mcv c r mcv с |
|
21,781+ |
||
1 r |
1 0,0537 |
||||||
|
|
|
|
|
|||
+0,0537 22,42 =21,813 кДж/(кмоль град).
Теплоемкость воздуха в начале сжатия
(mcv) a=20,759+0,008ta = 20,759+0,0008 87 = 20,828 кДж/кмоль;
ta = Ta – 273 = 360 – 273 = 87 C.
Теплоемкость остаточных газов в начале сжатия
(mcv) a = [MCO(20,808+0,00055ta)+MCO 2 (27,545+0,0225ta)+MH 2
(20,302+0,00318ta) +MH 2O(25,184+0,00242ta)+MN 2(20,704+
+0,00029ta)]/M2 = [20,808+0,00055 87)+0,9544(27,545+0,0225 87)+ +0,0862(20,302+0,00318 87)+1,994(25,184+0,00242 87)+7,29(20,704+ +0,00029 87)]/10,73 = 21,836 кДж/(кмоль град).
Теплоемкость смеси в начале сжатия
CM |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
||
(mcv)a |
= |
|
|
mcv a r(mcv)a |
|
|
|
|
|
1 r |
1 0,0537 |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||
[20,828+0,0537 21,836] = 20,879 кДж/(кмоль град).
Показатель адиабаты сжатия
К1 |
1 8,315 |
tc |
ta |
|
= |
|
|
|
|
||||
|
|
|
mcv cCM tc mcv CMa ta |
|||
=1+8,315 |
|
500 87 |
|
= 1,377. |
||
|
|
|
||||
21,813 500 20,879 87
Показатель политропы сжатия
n1 = K1 – 0,01 =1,377 – 0,01 = 1,367.
Температура рабочего тела в конце сжатия
|
|
|
T = T n |
1 1=360 8,51,367 1 = 789 К. |
||||
|
|
|
c |
a |
|
|
|
|
Ошибка в выборе температуры tc |
||||||||
t |
c |
|
(To 273) tc |
|
100 |
(789 273) 500 |
100 3,1% |
|
|
|
|||||||
|
|
Тс |
273 |
|
789 273 |
|||
|
|
|
|
|||||