1524

Если ошибка составит более 5 %, необходимо задать новое значение tc и повторить определение теплоемкости рабочей смеси в конце сжатия.

Давление рабочего тела в конце сжатия

Рс Ра n1 = 0,084 8,51,367 = 1,57 МПа.

3.6. Процесс сгорания

Температура рабочего тела в конце сгорания определяется на основании значений внутренних энергий рабочего тела в точках С и Z с учетом количества теплоты, подведенной к рабочему телу на участке С-Z.

Общее уравнение внутренних энергий имеет вид

Коэффициент использования теплоты принимаем равным =0,94, так как газовоздушная смесь является более однородной, чем

бензовоздушная, а поэтому имеет место более полное сгорание топлива.

Теплотворная способность одного кмоля газа

Нu =22,4 H u= 22,4 38 = 851,2 МДж/кмоль.

Потери теплоты за счет недогорания топлива при 1

Hu = 112,5(1 )Lo=112,5(1 0,95) 10,094 = 56,78 МДж.

Внутренняя энергия свежего заряда в точке С

U c =8,591+0,02299(tc 400) = 8,591+ +0,02299(516 400) = 11,258 МДж/кмоль;

tc = Tc 273 = 789 273 = 516 C.

Внутренняя энергия продуктов сгорания в точке С

U c=[MCO(0,02199tc 0,205)+MCO 2(0,04154tc 2,641)+MH 2(0,02119tc

1,28)+MH 2O(0,02947tc 1,078)+MN 2(0,02252 tc 0,534)]/M2 = =[0,125(0,02199 516 0,205)+0,9544(0,0415 516 2,641)+0,0862(0,02119 516 1,28)+1,994(0,02947 516 1,078)+7,57(0,02252 5160,534)]/10,73 = 12,3 МДж/кмоль.

Действительный коэффициент молекулярного изменения

r = 1,013 0,0537 =1,0123.

Для различных скоростных режимов коэффициент использования теплоты можно определять по уравнению

Температура рабочего тела в точке Z

Tz = (U z + B) / A.

Параметр А определяется по уравнению

A = (0,02889 MCO+0,05275MCO 2+0,02805MH 2+0,04648MH 2O+ +0,02805MN 2)/M2 =(0,02889 0,1256+0,05275 0,9544+0,02805 0,0862+ +0,04648 1,994+0,0271 7,57)/10,73 = 0,03306.

Параметр В определяется по уравнению

B= (7,162MCO+13,598MCO 2+9,961MH 2+21,995MH 2O+6,232MN 2)/M2 =

=(7,162 0,1256+13,598 0,9544+9,961 0,0862+21,995 1,994+

+6,232 7,57)/10,73 = 9,867;

tz =(77,27 + 9,867)/0,033 = 2635 C;

Tz = tz + 273 = 2635+273=2908 K.

Давление рабочего тела в конце сгорания

Pz = Pc Tz / Tc =1,0123 1,57 2908 / 789 = 5,86 МПа.

Степень повышения давления

= Pz / Pс = 5,86 / 1,57 = 3,732.

3.7.Процесс расширения и выпуска

Теплоемкость рабочего тела в точке Z

(mcv) z=[MCO(23,196+0,00113tz)+MCO 2(41,652+0,00226tz)+MH 2(19,995+ +0,00163tz)+MH 2O(28,402+0,00372tz)+MN 2(22,735+0,00113tz)]/M2 = =[0,1256(23,196+0,00113 2635)+0,9544(41,652+0,00226 2635)+ +0,0862(19,995+0,00163 2635)+1,994(28,402+0,00372 2635)+ +7,29(22,735+0,00113 2635)]/10,73 = 29,305 кДж/(кмоль град).

Принимаемтемпературурабочего тела вконцерасширения tb=1450 С. Теплоемкость рабочего тела в точке В

(mcv)b=[MCO(21,468+0,00205tb)+MCO 2(36,682+0,0049tb)+MH 2(19,632+ +0,0018tb)+MH 2O(24,972+0,00549tb)+MN 2(20,992+0,00209tb)]/M2 = =[0,1256(21,468+0,00205 1450)+0,9544(36,682+0,00496 1450)+ +0,0862(19,632+0,0018 1450)+1,994(24,975+0,00549 1450)+

Pi= P i (Pr Pa) = 0,95 0,99 0,73(0,1152 0,084) = 0,92 МПа.

Индикаторный удельный расход топлива

Индикаторный коэффициент полезного действия

i = 3,6 / (gi Hu) = 3,6 /(0,295 38) = 0,321.

Давление механических потерь

Pм = 0,039+0,0132 CN = 0,039+0,0132 10,13 = 0,1727 МПа.

Среднее эффективное давление

Pe = Pi – Pм =0,92–0,1727 = 0,747 МПа.

Механический коэффициент полезного действия

м = Pe / Pi = 0,747 / 0,92 = 0,812.

Эффективный удельный расход топлива

ge = gi / м = 0,295 / 0,812 = 0,363 м3/(кВт ч).

Эффективный коэффициент полезного действия

e = i м = 0,321 0,812 = 0,262.

Индикаторная мощность двигателя

Ni = Ne / м = 110 / 0,812 = 135,5 кВт.

Ход поршня и диаметр цилиндра в дециметрах. Литраж двигателя

iVh = πDц2 Sn i / 4 = 3,14 0,9622 0,95 8 / 4 = 5,52 л.

Расчетная эффективная мощность

Ne = Pe n iVh / (30 ) = 0,747 3200 5,52 / (30 4) = 109,9 кВт.

Рассчитываемый двигатель имеет меньший литраж, чем у стандартного двигателя Зил-130 при той же номинальной мощности. Это объясняется тем, что благодаря более высокому октановому числу природного газа имеется возможность увеличить степень сжатия с 7 до 8,5.

Крутящий момент двигателя

Me= 3 104 Ne / (π n) = 3 104 109,9 / (3,14 3200) = 327,8 н м.

Часовой расход топлива, в м3

GТ = ge Ne = 0,363 109,9 = 39,89 м3/ч.

Часовой расход топлива, в кмолях

G Т = GТ / 22,5 = 39,89 / 22,4 = 1,781 кмоль/ч.

3.9. Тепловой баланс двигателя

Общее количество теплоты, выделенное при сгорании топлива за один

час

Q = GТ Hu= 39,89 38 = 1516 МДж/ч.

Теплота, эквивалентная эффективной мощности

Qе = 3,6 Ne = 3,6 109,9 = 395,28 МДж/ч; qe = Qe 100 / Q = 395,64 100 / 1516,0 = 26,0 %.

Теплота, эквивалентная механическим потерям

Qм =3,6(Ni – Ne) = 3,6(135,5 – 109,9) = 92,16 МДж/ч; qм = Qм 100 / Q = 92,16 100 / 1516,0 = 6,08 %.

Температура отработавших газов, в С tr = Tr – 273 = 1120 – 273 = 847 C.

Изохорная теплоемкость продуктов сгорания для остаточных газов

(mcv) r= [MCО(20,211+0,00318tr)+MCO 2(31,848+0,0095tr)+ MH 2(20,33+ +0,00109tr)+MH 2O(24,253+0,00603tr)+MN 2(19,976+0,00293tr)] / M2 = =[0,1256(20,211+0,00318 847)+0,9544(31,848+0,0095 847)+ +0,0862(20,33+0,00109 847)+1,994(24,253+0,00603 847)+ +7,29(19,976+0,00293 847)] / 10,73 = 24,7 кДж/(кмоль град).

Изобарная теплоемкость продуктов сгорания для остаточных газов

(mcp) r=(mcp) r+8,315 = 24,7+8,315 = 33,015 кДж/(кмоль град).

Изохорная теплоемкость свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя при температуре to

(mcv) о=20,759+0,0008to=20,759+0,0008 20 =20,775 кДж/(кмоль град).

Изобарная теплоемкость свежего заряда

(mcp) о=(mcv) o+8,315 = 20,775+8,315=29,09 кДж/(кмоль град).

Теплота, унесенная с отработавшими газами

Qoг=G Т L[ (mcp) r tr (mcv) a tr] / 1000 = =1,781 9,59[1,0123 33,015 847 – 29,09 20]/1000 = 473,55 МДж/ч;

qог=Qог 100 / Q = 473,55 100 /1516,5 = 31,23 %.

Потери теплоты с охлаждающей жидкостью

Qw C iDц1 2m nm Hu Hu 0,32 8 11 2 0,62Hu

32000,62 851,2 56,78 374,73МДж/ч; 0,95 851,2

qw =Qw 100 / Q = 374,73 100/1516,0 = 24,72.

Потери теплоты за счет неполноты сгорания при 1

Qн = G T Hu = 1,781 56,78 = 101,125 МДж/ч; qн = Qн 100 / Q = 101,125 100/1516,0 = 6,67 %.

Неучтенные потери

Qs = Q –( Qе+ Qм+ Qог+ Qw+ Qн) =1516,0 (395,28+92,16+ +473,55+374,73+101,125) = 77,18 МДж/кмоль;

qs = Qs 100 / Q = 62,88 100/1516,0 = 5,22 %.

3.10. Составление программы