1524

1FORMAT (7(/),(63X,F8.0))

2FORMAT (1X, F12.5)

3FORMAT (63X,I8)

4FORMAT (1X, I12)

5FORMAT (63X,F8.0)

SP=30*CN/NN

HU1=35.8*CH4+63.4*C2H6+91*C3H8

LO1=(N1+M1/4)*CH4/0.21

LO2=C2H6*(N2+M2/4)/0.21

LO3=C3H8*(N4+M3/4)/0.21

LO=LO1+LO2+LO3

N=NN

9 A=0.7-N/NN

IF (A.GE.0.0) GO TO 10 AF=AF1

GO TO 11

10 AF=AF1-0.78*(0.7-N/NN)**2.36

11 CONTINUE

C WRITE (6, 60) M2,AF LT=AF*LO

MI1=1+LT K1=(1.515*HC1-0.1727)**0.3225 K2=(1.515*HC2-0.1727)**0.3225 K3=(1.515*HC3-0.1727)**0.3225

MCO=0.42*(1-AF)*(LO1/(1+K1)+LO2/(1+K2)+LO3/(1+K3)) MH2=MCO*(CH4*K1+C2H6*K2+C3H8*K3) MH=(M1*CH4+M2*C2H6+M3*C3H8)/2-MH2 MC=N1*CH4+N2*C2H6+N4*C3H8-MCO MN=0.79*AF*LO

M2=MCO+MC+MH2+MH+MN

B1=M2/MI1

CWRITE (6, 60) M2,MI1,B2,MCO,MC,MH2,MH,MN WRITE (6, 60) M2

60 FORMAT (' M2= ', (E11.4))

RO=PO*10**6/(RB*TO)

SP=30*CN/NN

W=0.054*SP*NN*FK

12PA=PO-BS*RO*W**2/(2*10**6) PR1=0.098+0.539*NN/10**5

13PR=1.035*PO+(PR1-1.035*PO)*(N/NN)**2 IRAB=0

C WRITE (6, 160) RO,SP,W,PA,PR1,PR

C160 FORMAT (' RO= ', (E11.4)) DO 55 JJ=1, M

IRAB= IRAB+1 J=L+(JJ-1)*I S=J/10.0 IRAB1=0

14 TR=370*(N/NN)**0.333-10*(N/NN)+(TRN-360)

C-----------------------------------

C IRAB1=IRAB1+1

C WRITE (6,553) TRN

C 553 FORMAT(' TRN=',E11.4)

C IF (IRAB1.GT.500) STOP

C-----------------------------------

20TC1=TC1+5 GO TO 18

21TC1=TC1-5 GO TO 18

22 CONTINUE PC=PA*S**NC WRITE (6, 62) PC

62 FORMAT (' PC=',E11.4)

DHU=112.5*(1-AF)*LO

TC1=TC-273

KCI=(N/NN)**0.4-0.49*(N/NN)+(KCI1-0.51) UCC=8.591+0.02299*(TC1-400) UPC=(MCO*(0.02199*TC1-0.205)+MC*(0.0415*TC1-2.641)+MH2* *(0.02119*TC1-1.28)+MH*(0.029*TC1-1.078)+MN*(0.0225*TC1-0.534))/M2 B=(B1+Y)/(1+Y)

UPZ=(KCI*(HU-DHU)/MI1+UCC+Y*UPC)/(B*(1+Y)) A=(0.02889*MCO+0.05275*MC+0.02805*MH2+0.04648* *MH+0.02805*MN)/M2 B2=(7.162*MCO+13.598*MC+9.961*MH2+21.995*MH+6.232*MN)/M2 TZ1=(UPZ+B2)/A

TZ=TZ1+273

PZ=B*PC*TZ/TC

LM=PZ/PC

CWRITE (6, 63)TZ,UPZ,HU,DHU,MI1,UCC,Y,UPC,B2,A,B,KCI WRITE (6, 63)TZ

CWRITE (6,66) KE,KI,KM,PI,KV,MI1,GI,GT,DC WRITE (6,66) KE

66 FORMAT (' KE=',(E11.4))

Q=GT*HU1

QE=3.6*NE

QE1=QE*100/Q

QM=3.6*(NI-NE)

QM1=QM*100/Q

TR1=TR-273

TO1=TO-273

MPR= (MCO*(20.211+0.00318*TR1)+MC*(31.848+0.0095*TR1)+ *MH2*(20.33+0.00109*TR1)+MH*(24.253+0.00603*TR1)+ *MN*(19.976+0.00293*TR1))/M2

MRP=MPR+8.315

MOC=20.759+0.0008*TO1

MOP=MOC+8.315

QG=(GT/22.5)*(B*MRP*TR1-MOP*TO1)*LT/1000 QG1=QG*100/Q

QH=DHU*GT/22.5

QH1=QH*100/Q

C WRITE (6,67) Q,GT,HU1,QE,QM,QG,QH,MRP,MOP,TR1,TO1,LT

C67 FORMAT (' Q=',(E11.4)) IRAB4=0

41 QW=CW*IC*(DC**(1+2*MW))*(N**MW)*(HU-DHU)/(AF*HU)

C-----------------------------------

QW1=QW*100/Q

QS=Q-(QE+QM+QG+QH+QW)

QS1=QS*100/Q

C--------------------------

C WRITE (6,756) QS1,QW,QS

C 756 FORMAT(' QS1=',E11.4,' QW=',E11.4,' QS=',E11.4)

C----------------------------

IF (QS1.GT.3.0) GO TO 42

IF (QS1.LT.1.0) GO TO 43

GO TO 44

42MW=MW+0.005 GO TO 41

43MW=MW-0.005 GO TO 41

44CONTINUE WRITE(6,45)

45FORMAT ( 1X,30('*')) WRITE (6,70) S,N

70FORMAT (' S=', E11.4,' N=', E11.4) 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 (3X,'PZ=' ,F5.3,2X,'GE=',F5.1,2X,'KE=' ,F6.4)

47FORMAT (3X,'NE= ',F6.1,2X,'ME=',F5.1,2X,'GT=' ,F5.2)

48FORMAT (3X,'QE1=',F6.3,2X,'QM=',F5.3,2X,'QG1=',F6.3)

49FORMAT (3X,'QH1=',F5.2,2X,'QW=',F5.2,2X,'QS1=',F4.2)

55CONTINUE N=N-K

IF (N.GE.N3) GO TO 9 STOP

END

Контрольные вопросы

1.Целесообразность использования природного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

2.Порядок определения давления и температуры в конце наполнения.

Вкаких пределах лежат эти параметры для двигателей внутреннего сгорания?

3.Как изменяется токсичность отработавших газов в связи с переводом бензинового двигателя на природный газ?

4.Какое влияние оказывает степень сжатия на мощностные и экономические показатели двигателя?

5.Назовите статьи внешнего теплового баланса.

6.Влияние какого параметра на мощностные и экономические показатели двигателя определяется в составленной программе?

7.Какие статьи теплового баланса выводятся на печать в составленной программе?

Глава 4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ,

РАБОТАЮЩЕГО НА СЖИЖЕННОМ ГАЗЕ

Произвести расчет четырехтактного двигателя, предназначенного для грузового автомобиля, имеющего следующие исходные данные:

эффективная мощность Ne1 = 115 кВт;

частоту вращения коленчатого вала nN = 3200 об/мин;

число цилиндров i = 8;

применяемое топливо – 50 % пропана и 50 % бутана;

низшая теплотворность топлива Hu = 45,41 МДж/кг;

молекулярная масса пропана mi = 44, бутанаmi = 58;

степень сжатия ε = 8,5;

коэффициент избытка воздуха примаксимальной мощности N =0,95.

4.1.Определение параметров рабочего тела

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива:

для пропана

mT молекулярная масса пропана; mT молекулярная масса бутана;

n число атомов углерода у пропана; n число атомов углерода у бутана; m число атомов водорода у пропана; m число атомов водорода у бутана.

Lо = L о + L о = 0,2705 + 0,26668 = 0,5373 кмоль.

Коэффициент избытка воздуха для различных скоростных режимов

Действительный расход воздуха для номинального режима

L Lo=0,95 0,5373=0,5104 кмоль.

Средняя молекулярная масса топлива

mT MC3H8mT + MC4H10mT =0,5 44 + 0,5 58 = 51.

Количество свежего заряда

Количество каждого компонента, входящего в состав продуктов сгорания, полученных при сгорании 1 кг топлива:

здесь K и K соответственно отношение числа молей водорода к числу молей окиси углерода в отработавших газах, образовавшихся в результате неполного сгорания пропана и бутана при 1;

MN2 0,79 Lo= 0,79 0,95 0,5373 = 0,4032 кмоль.

Общее количество продуктов сгорания

M2 MCO MCO2 MH2 MH2O MN2 0,00742+0,0616+

+0,00386+0,0847+0,4032 = 0,5608 кмоль.

Химический коэффициент молекулярного изменения

M 2 = 0,5608= 1,0581. M1 0,53

4.2. Процесс впуска

Параметры окружающей среды: Ро= 0,1 МПа, То = 293 К, степень

подогрева свежего заряда Т = 20 , средняя скорость поршня СN = 9,6 м/с. Плотность воздуха, поступающего в двигатель

Ход поршня при номинальной частоте вращения коленчатого вала

Sp 30CN /nN = 30 9,6/3200 = 0,09 м.

Отношение площади поршня к проходному сечению впускного клапана

Fn / fкл = 5,0.

Максимальная скорость свежего заряда в проходном сечении клапана

Wвп 0,05433 SpnN Fn / fкл= 0,05433 0,09 3200 5,0=78,235 м/с.

Сопротивление впускной системы с учетом коэффициента затухания скорости ( 2 )= 3,4.

Давление в цилиндре двигателя в конце впуска

Ра Ро ( 2 )W 2вп о /(2 106)= 0,1 3,4 78,2352 1,189/(2 106)=0,0876 МПа.

Давление остаточных газов на номинальной мощности

PrN 0,098 0,539 10 5nN 0,098 0,539 10 5 3200 0,1152МПа.

Температура остаточных газов на номинальном режиме Тr=1070 К. Давление и температуру остаточных газов для различных

скоростных режимов можно определять по формулам:

Pr 1,035Ро (РrN 1,035Ро)( n )2 ; nN

Tr 370( n )0,333 10( n ) (TrN 360). nN nN

Степень подогрева свежего заряда на номинальном режиме принимаем равной 20 , а коэффициент дозарядки Ν =1,06. Для различных скоростных режимов степень подогрева свежего заряда и коэффициент дозарядки можно определить по формулам:

Коэффициент остаточныхгазов

4.3. Процесс сжатия

Показатель адиабаты сжатия определяем на основании значений теплоемкостей рабочего тела в начале и в конце сжатия. Показатель политропы сжатия получаем путем уменьшения показателя адиабаты на 0,02, так как теплоемкость газовоздушной смеси больше теплоемкости воздуха.Температуру рабочего тела в конце сжатия принимаем tc = 490 С.

Теплоемкость воздуха в конце сжатия

(mcv)c=21,475+0,00306(tc 400)=

=21,475+0,00306(490 400)=21,7504 кДж/кмоль.

Теплоемкость продуктов сгорания в конце сжатия

(mcv)c=[MCO(20,234+0,0031tc)+MCO 2(29,643+0,01323 tc)+MH 2 (20,619+ +0,00063 tc)+MH 2O(24,615+0,0054 tc)+MN 2 (20,129+0,00264 tc)] /M2=

= 0,00742(20,234+0,0031 490)+0,0616(29,643+0,01325 490)+ +0,00386(20,619+0,00063 490)+0,0847(24,615+0,0054 490)+ +0,4032(20,129+0,00284 490) /0,5608=23,9188 кДж/кмоль.

Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

+0,05 23,9188 = 21,8536 кДж/кмоль.

Теплоемкость воздуха в начале сжатия

(mcv) с= 20,759+0,0008ta= 20,759+0,0008 81= 20,8238 кДж/кмоль.

Теплоемкость остаточных газов в начале сжатия

(mcv)a= MCO (20,808+0,00055ta)+MCO 2 (27,545+0,0255ta)+ +MН2 (20,302+0,00318ta) MH2O (25,184+0,0024ta) M N2(20,704+0,00029ta) /M2 = 0,00742(20,808+0,00055 81)+ +0,0616(27,545+0,02552 81)+0,00386(20,302+0,00318 81)+

+0,0847(25,184+0,00242 81)+0,4032(20,704+ +0,00029 81) /0,5608 = 22,4058 кДж/(кмоль град).

Теплоемкость смеси в начале сжатия

(mcv )aCM 1 1 r (mcv)a r(mcv)a =

= 1 20,8238 0,05 22,4058= 20,8991 кДж/(кмоль град). 1 0,05

Показатель политропы сжатия

n1 = К1 0,02 = 1,3772 0,02 = 1,3572.

Температура рабочего тела в конце сжатия

Tc Ta n1 -1 = 354 8,51,3572-1 = 760 K.

Ошибка в выборе температуры

Если не учитывать теплоемкость остаточных газов, при определении температуры рабочего тела в конце сжатия, то ошибка в расчетах составляет не более 0,4 %. Для упрощения расчетов теплоемкость смеси можно приравнять к теплоемкости воздуха.

Давление в конце сжатия

Pc Pa n1 = 0,0876 8,51,3572 1,599 МПа.