
1528
.pdf
|
DO 55 JJ = 1, M |
|
|
IRAB=IRAB+1 |
|
|
J=L+(JJ-1)*I |
|
|
S=J/10.0 |
|
C |
IRAB1=0 |
|
C |
14 TR=370*(N/N1)**0.333-10*(N/N1)+(TRN-360) |
|
IRAB1=IRAB1+1 |
||
C |
||
C |
WRITE (6,553) TRN |
|
C |
553 FORMAT(' TRN=',E11.4) |
|
C |
IF (IRAB1.GT.500) STOP |
|
C----------------------------------- |
DT=DT1*(110+0.0125*N)/(110+0.0125*N1) |
|
|
||
|
FD=(FN-0.18)+0.18*(N/N1) |
|
|
15 Y=(TO+DT)*PR/(TR*(PA*S*FD-PR)) |
|
|
16 TA=(TO+DT+V*Y*TR)/(1+Y) |
|
|
17 KV=TO*(PA*S*FD-PR)/((TO+DT)*PO*(S-1)) |
|
|
WRITE (6,61) KV |
|
C |
61 FORMAT(1X,'KV=',E11.4) |
|
ПРОЦЕСС СЖАТИЯ |
||
C |
IRAB2=0 |
|
|
18 MCC=21.475+0.00306*(TC1-400) |
|
|
MPC=(MCO*(20.234+0.0031*TC1)+MC*(39.643+0.01323*TC1)+MH2* |
|
|
*(20.619+0.0063*TC1)+MH*(24.615+0.0054*TC1)+MN*(20.129+ |
|
C |
*0.00264*TC1))/M2 |
|
IRAB2=IRAB2+1 |
||
C |
||
C |
WRITE (6,554) TC1 |
|
C |
554 FORMAT(' TC1=',E11.4) |
|
C |
IF (IRAB2.GT.500) STOP |
|
C----------------------------------- |
MCM=(MCC+Y*MPC)/(1+Y) |
|
|
||
|
TA1=TA-273 |
|
|
MPA=(MCO*(20.808+0.00055*TA1)+MC*(27.545+0.02552*TA1)+MH2* |
|
|
*(20.302+0.00318*TA1)+MH*(25.184+0.00242 * |
|
|
*TA1)+MN*(20.704+0.00029*TA1))/M2 |
|
|
MCA=20.759+0.0008*TA1 |
|
|
MAC=(MCA+Y*MPA)/(1+Y) |
|
|
KC=1+8.315*(TC1-TA1)/(MCM*TC1-MAC*TA1) |
|
|
NC=KC-0.02 |
|
|
TC=TA*S**(NC-1) |
|
C |
DTC=((TC-273)-TC1)*100/(TC-273) |
|
WRITE (6,651) DTC,TA1,MCC,MCA |
||
C |
||
C |
651 FORMAT(' DTC=',E11.4,' TA1=',E11.4,' MCC=',E11.4,' MCA=',E11.4) |
|
C |
WRITE (6,751) KC,TA,S,TC |
|
C |
751 FORMAT(' KC=',E11.4,' TA=',E11.4,' S=',E11.4,' TC=',E11.4) |
|
C----------------------------------- |
IF (DTC.GT.2.0) GO TO 20 |
|
|
||
|
IF (DTC.LT.0.0) GO TO 21 |
|
|
GO TO 22 |
20TC1=TC1+5 GO TO 18
21TC1=TC1-5 GO TO 18
22CONTINUE
23PC = PA*S**NC WRITE (6, 62) PC
62FORMAT (' PC = ',E11.4 )
C |
ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ |
DHU=114*(1-AF)*LO KCI=(N/N1)**0.4-0.49*(N/N1)+(KCI1-0.51) TC1=TC-273 UCC=8.591+0.02299*(TC1-400)
UPC=(MCO*(0.02199*TC1-0.205)+MC*(0.0415*TC1-2.64)+MH2* *(0.02119*TC1-1.28)+MH*(0.02947*TC1-1.078)+MN* *(0.02252*TC1-0.534))/M2
B=(B1+Y)/(1+Y) UPZ=(KCI*(HU-DHU)/M1+UCC+Y*UPC)/(B*(1+Y))
A=(0.02889*MCO+0.05273*MC+0.02805*MH2+0.04648*MH+0.02805*MN)/M2
B2=(7.162*MCO+13.598*MC+9.961*MH2+21.955*MH+6.232*MN)/M2
TZ1=(UPZ+B2)/A
24TZ=TZ1+273
25PZ=PC*B*TZ/TC
LM=PZ/PC WRITE (6,63) TZ
63FORMAT(1X,'TZ=',E11.4)
C |
ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ |
|
MPZ=(MCO*(23.196+0.00113*TZ1)+MC*(41.652+0.00226*TZ1)+MH2* |
|
*(19.995+0.00163*TZ1)+MH*(28.402+0.00372*TZ1)+MN* |
|
*(22.735+0.00113*TZ1))/M2 |
C |
IRAB3=0 |
|
30 MPB=(MCO*(21.468+0.00205*TB1)+MC*(36.682+0.0049*TB1)+ |
|
*MH2*(19.532+0.0018*TB1)+MH*(24.975+0.00549*TB1)+ |
|
*MN*(20.922+0.00209*TB1))/M2 |
|
KP=1+8.315*(TZ1-TB1)/(MPZ*TZ1-MPB*TB1) |
|
NP=KP |
|
TB=TZ/S**(NP-1) |
|
DTB=((TB-273)-TB1)*100/(TB-273) |
IF (DTB.GT.2.0) GO TO 31
IF (DTB.LT.0.0) GO TO 32
GO TO 33
31TB1=TB1+5 GO TO 30
32TB1=TB1-5 GO TO 30
33CONTINUE PB=PZ/S**NP WRITE (6, 64) PB
64FORMAT (' PB = ', E11.4) TRI=TB/(PB/PR)**0.333 DTR=(TRN-TRI)*100/TRN IF (DTR.GT.2.0) GO TO 34 IF (DTR.LT.0.0) GO TO 35 GO TO 36
34TRN=TRN-5
GO TO 14
35 TRN=TRN+5 GO TO 14
36 CONTINUE
C ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ЦИКЛА
PI1=PC*(LM*(1-1/S**(NP-1))/(NP-1)-(1-1/S**(NC-1))/(NC-1))/(S-1) 40 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
42GE=GI/KM
43KE=KI*KM
IF (N.EQ.N1.AND.IRAB.EQ.1) GO TO 44
GO TO 45
44NI1=NE1/KM
DC=SQRT(12*NI1*T/(3.14*PI*N1*IC*SP))
VHI=3.14*DC**2*SP*IC*2.5
45CONTINUE
NE=PE*VHI*N/(30*T)
ME=3*10**4*NE/(3.14*N)
GT=GE*NE/1000
NI=NE/KM
WRITE (6, 66) KE
66 FORMAT ( ' KE = ' , E11.4 )
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 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*LT*(B*MRP*TR1-MOP*TO1)/1000 QG1=QG*100/Q
QH=DHU*GT
QH1=QH*100/Q
C |
IRAB4=0 |
|
C |
QS1=0.0 |
|
C |
46 QW=CW*IC*DC**(1+2*MW)*N**MW*(HU-DHU)/(AF*HU) |
|
IRAB4=IRAB4+1 |
||
C |
||
C |
WRITE (6,556) MW,QS1 |
|
C |
556 FORMAT(' MW=',E11.4,' QS1='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 47 |
|
|
IF (QS1.LT.1.0) GO TO 48 |
|
|
GO TO 49 |
47MW=MW+0.005 GO TO 46
48MW=MW-0.005 GO TO 46
49CONTINUE
WRITE(6,50)
50 FORMAT (1X,30('*')) WRITE (6,70) S,N
70 FORMAT (1X,'S=',E11.4,' N=',E11.4) WRITE (6,51) PZ, GE, KE
WRITE (6,52) NE, ME, GT WRITE (6,53) QE1, QM1, QG1 WRITE (6,54) QH1, QW1, QS1
51 FORMAT (3X,'PZ=' ,F5.3,2X,'GE=' ,F5.1,2X,'KE=' ,F6.4)
52 FORMAT (3X,'NE=' ,F6.1,2X,'ME=' ,F5.1,2X,'GT=' ,F5.2)
53 FORMAT (3X,'QE1=',F6.3,2X,'QМ1=',F5.3,2X,'QG1=',F6.3)
54 FORMAT (3X,'QH1=',F5.2,2X,'QW1=',F5.2,2X,'QS1=',F4.2)
55 CONTINUE N=N-K
IF (N. GE. N3) GO TO 9
STOP
END
Контрольные вопросы
1.Экономическая эффективность использования сжиженного газа в двигателях с воспламенением рабочей смеси от электрической искры.
2.Как изменится токсичность двигателя при переводе его на питание
сбензина на сжиженный газ?
3.Достоинства и недостатки двигателя, работающего на сжиженном
газе.
4.Чем ограничивается степень сжатия при использовании легких топлив (бензина, сжиженного газа, природного газа)?
5.Что называется литровой мощностью двигателя, и какие факторы влияют на её величину?
6.Влияние какого параметра на мощностные и экономические показатели работы двигателя определяется в программе?
7.Какие показатели работы двигателя выведены на печать в составленной программе?
Глава 5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ
Выполнить тепловой расчет дизельного двигателя, предназначенного для грузового автомобиля, и имеющего следующие исходные данные:
эффективную мощность Nе = 190 кВт;
частоту вращения коленчатого вала nN = 2600 об /мин;
число цилиндров i = 8;
применяемое топливо – дизельное;
цетановое число топлива – 45;
состав топлива C = 0,87 кг/кг топл., H = 0,126 кг/кг топл., О = 0,004 кг/кг топл.;
молекулярная масса топлива mТ = 190;
низшая теплота сгорания Hu =42,5 МДж/кг;
степень сжатия ε = 16;
коэффициент избытка воздуха α =1,8;
давление наддува PkN = 0,18.
5.1. Определение параметров рабочего тела
Теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топ-
лива |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lo |
1 |
|
|
|
|
O |
|
1 |
|
|||
|
|
C 3 H |
|
|
|
|
|
|||||
12 0,209 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
8 |
|
|
12 0,209 |
|||||
|
|
|
|
|
0,004 |
|
|
|
|
|
||
|
0,87 3 |
0,126 |
|
|
0,497 кмоль/кг. |
|||||||
8 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как при работе двигателя по внешней скоростной характеристике изменяется интенсивность трубонаддува, то коэффициент избытка воздуха для различных скоростных режимов можно определять по формуле
N 0,6 |
|
n |
|
0,75 |
|
n |
|
|
|
|
0,3 |
|
|
0,3 |
|
||||
|
|
||||||||
|
|
|
0,2357 |
|
. |
||||
|
nN |
|
|
nN |
|
|
Действительный расход воздуха для номинального режима работы двигателя
L = αLо = 1,8 0,497 = 0,8946 кмоль.

Количество свежего заряда
M1 = L + 1/mТ = 0,8946 + 1/190 = 0,8998 кмоль.
Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания:
Mco2 = C / 12 = 0,87/12 = 0,0725 кмоль; MH2O =H / 2 = 0,126/2 = 0,063 кмоль;
MN = 0,79α Lо = 0,79 1,8 0,497 = 0,7067 кмоль;
2
MO = 0,209(α-1) L = 0,209 (1,8-1) 0,497 = 0,0831 кмоль.
2
Количество продуктов сгорания
M2 = MCO +MH O+MN +MO = 2 2 2 2
= 0,0725+0,063+0,7067+0,0831= 0,9253 кмоль.
Химический коэффициент молекулярного изменения
β = М2 / М1= 0,9253 / 0,8998 = 1,0283.
5.2. Процесс впуска
Параметры окружающей среды: Ро = 0,1 МПа, То = 293 K.
Степень подогрева свежего заряда на номинальном режиме двигателя ТN= 10 . Среднюю скорость поршня на этом же режиме принимаем CN= =10,4 м/с.
Температура воздуха после компрессора
|
|
|
nk 1 |
|
0,18 |
1,7 1 |
|
|||
|
nk |
|
|
|
|
|||||
|
1,7 |
|
|
|||||||
|
Рk |
|
|
|||||||
ТkN То |
|
|
|
|
293 |
|
|
|
|
373К, |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Po |
|
|
|
0,1 |
|
|
|
гдеnk показательполитропы сжатия компрессора,принимаем равным 1,7. Плотность воздуха, поступающего в двигатель на различных скорост-
ных режимах будет изменяться в зависимости от изменений значений Тk и
Pk, которые можно определять по формулам:
n
Тk = (tkN - 56)+112 ( nN - 0,5)+273; tkN = TkN - 273;
n
Pk = (PkN - 0,056)+0,112 ( nN - 0,5).
Плотность воздуха, поступающего в двигатель, на номинальном режиме будет равна

k |
PkN 106 |
|
0,18 106 |
1,6814кг/м |
3 |
||
|
|
|
|
. |
|||
R |
T |
287 373 |
|
||||
|
B |
kN |
|
|
|
|
|
Ход поршня при номинальной частоте вращения коленчатого вала
Sp = 30 CN / nN = 30 10,4/2600 = 0,12 м.
Отношение площади поршня к площади клапана Fn / fкл = 6.
Максимальная скорость свежего заряда в проходном сечении клапана
Wвп = 0,05433 0,12 2600 6 = 101,7 м/с.
Сопротивление выпускаемой системы с учетом коэффициента затухания скорости
(β2+ ) = 2,7.
Давление в цилиндре двигателя в конце впуска
Pa =PkN (β2+ ) Wвп2 ρk / (2 106) = 0,18 2,7101,72 1,6814/(2 106) = 0,1565 МПа.
Давление остаточных газов на номинальном режиме работы двигателя
PrN = 0,9 PkN = 0,9 0,18=0,162.
Давление остаточных газов для различных скоростных режимов в первом приближении будет изменяться по тому же закону как и давление наддува.
n
Pr =(PrN 0,056)+0,07 ( nN 0,2).
Температура остаточных газов для различных скоростных режимов
Tr = (trN + 45) 90 ( n 0,5) + 273. nN
Принимаем TrN = 780 К, тогда trN = 780 273 = 507 С.
Изменение степени подогрева свежего заряда в зависимости от скоростного режима двигателя можно принять таким же, как и для карбюраторных двигателей, т.е.
110 0,0125n
Т ТN 110 0,0125nN .
Коэффициент остаточных газов
r |
|
TkN T |
|
Pr |
|
373 10 |
|
0,162 |
|
0,034. |
||||
|
|
Pa Pr |
|
0,1565 16 0,162 |
||||||||||
|
|
|
|
TrN |
780 |
|
|
|||||||
Температура рабочего тела в конце наполнения |
|
|||||||||||||
T |
|
|
Tk T rTrN |
|
|
373 10 1,14 0,034 780 |
400К, |
|||||||
|
|
|
||||||||||||
a |
|
|
1 r |
|
|
1 0,034 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
здесь ν = Сpr / Cpо = 1,14 (Срr теплоемкость продуктов сгорания при
постоянном давлении, Cpо – теплоемкость воздуха при постоянном давлении).
Коэффициент наполнения
|
|
Tk |
|
Pa Pr |
|
|
373 |
|
0,1565 16 0,162 |
0,8447. |
|
T T |
P 1 |
373 10 |
0,18 16 1 |
||||||||
V |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
k |
|
k |
|
|
|
|
|
При определении параметров рабочего тела в конце впуска не учитывались дозарядка и продувка.
5.3. Процесс сжатия
Для определения показателя адиабаты сжатия принимаем нижний предел температуры рабочего тела в конце сжатия tc1 = 700 C, расчетную температуру tс = 810 C.
Теплоемкость свежего заряда в точке С (см. рис.1) согласно таблицы 10 будет равна
(mcν)'c= 22,408+0,00299 (tc 700) = 22,408+ +0,00299 (810 700) = 22,7369 кДж/кмоль.
Теплоемкость свежего заряда в точке А
(mcν)'а = 20,838+0,00146 (tа 100) = 20,8380,00146 (127 100) = 20,878 кДж/кмоль.
Показатель адиабаты сжатия
К1 |
1 8,315 |
tc |
ta |
|
|
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
mcv ctc |
mcv ata |
|||
1 8,315 |
|
810 127 |
1,36. |
||||
22,7369 810 20,878 127 |
|||||||
|
|
|
|
Принимаем n1 = К1.
Температура рабочего тела в конце сжатия
Тс = Та ε n1 1 = 400 161,36 1 = 1085 К.
Ошибка в выборе расчетной температуры рабочего тела в конце сжа-тия составит
T |
Tc 273 tc 100 1085 273 810 100 0,246%. |
|
c |
Tc 273 |
1085 273 |
|
Если ошибка будет больше 2 %, необходимо задать новое значение tс и расчет повторить.
Давление в конце сжатия
Рс = Ра εn1= 0,1565 161,36= 6,794 МПа.
В расчетах не учитывалась разница между теплоемкостью остаточных газов и теплоемкостью воздуха.
|
|
|
Таблица 10 |
|
|
|
|
|
Изохорная теплоемкость воздуха, кДж/кмоль С |
||
|
|
|
|
ta1=100 С |
|
(mcν)'a=20,838 |
(mcν)'a=20,838+0,00146 (ta-100) |
ta2=200 С |
|
(mcν)'a2=20,984 |
|
tc1=700 С |
|
(mcν)'c1=22,408 |
(mcν)'c=22,408+0,00299 (tc-700) |
tc2=800 С |
|
(mcν)'c2=22,713 |
|
tb1=800 С |
|
(mcν)'b1=22,713 |
(mcν)'b=22,713+0,00293 (tb-800) |
tb2=900 С |
|
(mcν)'b2=23,006 |
|
tz1=1800 С |
|
(mcν)'z1=25,003 |
(mcν)'z=25,003+0,001615 (tz-1800) |
tz2=2000 С |
|
(mcν)'z2=25,326 |
|
|
|
Изобарная теплотность воздуха, кДж/кмоль |
|
|
|
|
|
to1=0 С |
|
(mcр)'o1=20,073 |
(mcр)'o=29,073+0,0008 to |
to2=100 С |
|
(mcр)'o2=29,153 |
|
tr1=500 С |
|
(mcр)'r1=30,095 |
(mcр)'r=30,095+0,0031 (tr-500) |
tr2=600 С |
|
(mcр)'r2=30,405 |
|
Изохорная теплоемкость продуктов сгорания при α = 1, кДж/кмоль С |
|||
|
|
|
|
tb1=800 С |
|
(mcν)''b1=25,498 |
(mcν)''1b=25,498+0,00376 (tb-500) |
tb2=900 С |
|
(mcν)''b2=25,874 |
|
tz1=1800 С |
|
(mcν)''z1=28,638 |
(mcν)''1z=28,638+0,0023 (tz-1800) |
tz2=2000 С |
|
(mcν)''z2=29,098 |
|
Изобарная теплоемкость продуктов сгорания при α=1, кДж/кмоль С |
|||
|
|
|
|
tr1=500 С |
|
(mcр)''r1=32,51 |
(mcр)''1r=32,51+0,00423 (tr-500) |
tr2=600 С |
|
(mcр)''r2=32,933 |
|
|
|
Внутренняя энергия воздуха, МДж/кмоль |
|
|
|
|
|
tc1=700 С |
|
U'с1=15,684 |
U'с =15,684+0,02496 (tc-700) |
tc2=800 С |
|
U'с2=18,171 |
|
tz1=1800 С |
|
U'z1=45,008 |
U'z =45,008+0,02826 (tz-1800) |
tz2=2000 С |
|
U'z2=50,650 |
|
|
Внутренняя энергия продуктов сгорания при α=1, МДж/кмоль |
||
|
|
|
|
tc1=700 С |
|
U''с1=17,585 |
U''1c =17,585+0,02826 (tc-700) |
tc2=800 С |
|
U''с2=20,390 |
tz1=1800 С |
U''z1=51,498 |
U''1z =51,498+0,0335 (tz-1800) |
tz2=2000 С |
U''z2=58,197 |
5.4. Процесс сгорания
При определении температуры рабочего тела в конце сгорания предполагаем, что процесс сгорания рабочего тела в начале проходит при постоянном объеме (участок С Z1), а затем при постоянном давлении (участок Z1 Z). Температуру рабочего тела в точке определяем на основании уравнения внутренних энергий для точки С и Z с учетом количества теплоты, выделенной при сгорании топлива.
Общее уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет следующий вид
1 |
|
1 |
Hи |
|
|
|
|
|
0,008315Tz. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
L |
Uc rUc |
0,008315 Tc Uz |
||||||
1 r |
|
|
|
|
|
|
Действительный коэффициент молекулярного изменения
β = (β'+γr) / (1+γr) = (1,0283+0,0340) / (1+0,034) = 1,0274.
Коэффициент использования теплоты в диапазоне скоростного режима от 0,4 nN до nN можно определять по формуле
= ( N 0,2)+( |
n |
0,3)0,75 0,807 ( |
n |
0,3). |
nN |
|
|||
|
|
nN |
При уменьшении частоты вращения коленчатого вала коэффициент использования теплоты уменьшается за счет уменьшения коэффициента избытка воздуха. Степень повышения давления на участке С Z1 прини-
маем =1,5.
Используя таблицу 10 определяем, значения внутренних энергий:воздуха в конце сжатия
U'с=15,684+0,02496 (tc 700) =15,684+ +0,02496 (812 700) =18,5294 МДж/кмоль;
продуктов сгорания в конце сжатия при α=1
U''с =17,585+0,02826 (tс 700) =17,585+ +0,02826 (812 700) = 20,8066 МДж/кмоль;
продуктов сгорания в конце сжатия с учетом коэффициента избытка воздуха
Uc |
1 |
U1c |
1 |
Uc |
|
|
1 |
20,8066 |
1,8 1 |
18,5294 19,7945МДж/кмоль. |
|
|
1,8 |
|
|||||||
|
|
|
|
1,8 |
|
Левая часть уравнения сгорания будет иметь значение: 1/1,0274 [1/(1+0,034) (0,865 42,5/0,8946+18,5294+ +0,034 19,7945)+0,008315 1,5 1,085]=69,93=Н1.