Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Государственный университет морского и речного флота им. С.О. Макарова

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Диск СГЭО (Лекции_СГЭО_ВЗО_2012) / Глава_6_Смесеобразование и сгорание в дизеле

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.02.2015

Размер:

397.99 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 22

§ 6.6. Состав и количество продуктов сгорания (с. 106)

При сгорании 1 кг топлива с коэффициентом избытка воздуха α образуются продукты:

M = MCO

+ M H

+ M SO

+ MO + M N

кмоль

кг топлива

где MCO

, M H

O , M SO

– продукты сгорания;

MO – кислород,

содержащийся в избыточном воздухе, не использованном в

горении;

M N2 – азот, содержавшийся во всем воздухе, размещенном в

цилиндре для сжигания 1 кг топлива.

С учетом правых частей уравнений (6.1), (6.2) и (6.3) можно

записать:

M =

+ 0, 21

(αL

− L

) + 0, 79αL

0 .

В этом выражении:

с	+	h	+	s

		2
12				32
αL0

αL0 − L0

0, 21(αL0 − L0 )

0, 79αL0

–из уравнений (6.1), (6.2) и (6.3);

–весь воздух, поданный для сжигания 1 кг топлива;

–избыточный воздух;

–кислород в избыточном воздухе;

–азот во всем поданном воздухе.

После упрощения получим формулу числа киломолей продуктов сгорания

M =	с	+	h	+	s	+ (α − 0, 21) L ,	кмоль
							кг топлива .	(6.11)
12		2 32				0

Приращение числа киломолей при сгорании

M = M − L = M − αL0 .

(6.12)

Подставив в (6.12) уравнения (6.5) и (6.11), получаем:

M =	h	+	o	=	8h + o	,	кмоль	.	(6.13)

4 32				32			кг топлива

Отметим, что в результате сгорания топлива:

а) масса рабочего тела в цилиндре оказывается равной сумме масс поданных в него топлива и воздуха;

б) число киломолей рабочего тела увеличивается.

Для оценки относительного изменения числа киломолей при сгорании используется коэффициент молекулярного изменения.

Используются три разновидности этого коэффициента (с. 107).

1) Теоретический коэффициент молекулярного изменения β0 .

Это – отношение числа киломолей продуктов сгорания к числу

киломолей свежего заряда:

(6.14)

αL0

Используя выражение (6.12), а именно,

M = L + M , а также

учитывая (6.14), запишем:

β0 =

L +

= 1 +

M = 1 +

8h + o

(6.15)

αL0

32αL0

а для топлива среднего (расчетного) состава (

h = 0,126;

= 0,004)

β0

= 1 +

0, 064

(6.16)

Заметим, что при α =2,0 приращение киломолей по формуле (6.16) составляет 3,2%.

2) Действительный коэффициент молекулярного изменения β .

Он учитывает наличие остаточных газов как в исходных реагентах, так и в конечных продуктах сгорания:

M + Mr

β0 + γr

β =

(6.17)

L + Mr

1 + γr

3) Коэффициент текущего молекулярного изменения bx .

Текущее приращение числа киломолей связывают с текущей долей топлива x , сгоревшего к рассматриваемому моменту времени.

Поэтому число киломолей продуктов сгорания в этот момент

M x = L + DM × x ,

а коэффициент текущего молекулярного изменения

DM x

L + DM × x + Mr

L + Mr

DM × x

bx =

= 1

+ Mr

L + Mr

+ gr

Из выражения (6.15)

DM = b0 - 1 , тогда

bx = 1 + β0 − 1 x

1 + gr

В процессе сгорания

0 ≤ x ≤ 1, 0 , поэтому по формуле (6.18)

= 1, 0

– при x = 0

(в момент начала горения);

β x = β

– при x = 1 (в момент окончания горения).

(6.18)

βx :

УРАВНЕНИЕ СВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ НА ЛИНИЯХ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ (с.109)

Установим связь параметров для двух точек – для точки с , расположенной на линии сжатия, и некоторой текущей точки x , лежащей на линии расширения (рис. 6.10).

Число киломолей на линии сжатия, в том числе в точке с ,

L + Mr = L(1 + γr ) ,

а в точке x на линии расширения

L(1 + γr )β x .

Коэффициентом β x учтено увеличение числа киломолей в результате горения

(для линии сжатия β x = 1,0 ).

	p
	y	z
pz	c	x (bx >1)
pc	c	x (bx >1)
	Vx	b	=	1	b
		x	=		b
		x			a
					a
	Vc	Vs			V
		Va
Рис. 6.10. К связи параметров на
линиях сжатия и расширения

Запишем уравнения состояния для точек

x и с :

pxVx = L(1 + γr )β x RμTx ;

pcVc = L(1 + γr ) RμTc .

Разделим почленно эти уравнения:

pxVx

= β x

p V

c c

Выберем характерную точку на линии расширения – точку z . Для

точки z коэффициент текущего молекулярного измененияβ x = βz .

Поэтому

pzVz

= βz

p V

c c

Учтем параметры цикла: λ =

– степень повышения давления;

ρ =

– степень предварительного расширения.

Тогда

λρ = βz

(6.19)

§ 6.7. Уравнение теплоемкости рабочего тела с учетом доли сгоревшего топлива (с. 109)

Рабочее тело – смесь воздуха и продуктов сгорания топлива.

Состав смеси изменяется в ходе совершения цикла, следовательно, изменяется её теплоемкость.

Средняя мольная изохорная теплоемкость компонентов смеси, кДж/(кмоль·К), завистит от температуры T :

– для воздуха			′	= 19, 26 + 0, 00251T ;	(6.20)
	c
		v
– для продуктов сгорания			′′ = 20, 05 + 0, 0036T .		(6.21)
		c
		v

Теплоемкость смеси, кДж/(кмоль·К):

М′′

′′

М′

′

′′

cv +

(6.22)

M ′′ + M ′

cv см =

где М′′, М′ – число киломолей продуктов сгорания и воздуха.

ВЫВОД УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ (с.111)

… учтем, что в остаточных газах присутствуют:

« чистых» продуктов сгорания

кмоль

;

кг топлива

−

кмоль

воздуха Mr

a кг топлива

В некоторый момент времени процесса сгорания, когда доля сгоревшего топлива равна x , число киломолей «чистых» продуктов сгорания,

М¢¢ = L		M	r				DM
	× x + DM × x +			= L	1	+		x + g
		a					L
0				0					r
							0

–L0 × x израсходованный воздух;

–DM × x приращение числа молей в процессе сгорания;

–	Mr	остаточные газы.
–	a	остаточные газы.		DM		0, 0316
	a
					=
В соответствии с формулами (6.6) и (6.13) L
В соответствии с формулами (6.6) и (6.13) L						0, 495
				0
Таким образом			М¢¢ = L0 (1, 064 x + gr )	кмоль		.
Таким образом			М¢¢ = L0 (1, 064 x + gr )	кг топлива		.
(				кг топлива

, где

= 0, 064

(6.23)

Число киломолей воздуха, кмоль/(кг топлива)

					M	r
				М¢ = a× L0 × x - L × x + Mr -		r	, где
				М¢ = a× L0 × x - L × x + Mr -			, где
					a
–	a × L0			весь воздух в цилиндре;
–	L × x			израсходованный воздух;
–	Mr	-	Mr	воздух в остаточных газах.
–	Mr	-		воздух в остаточных газах.
			a

Перегруппируем члены уравнения и вынесем L0

за скобки:

М¢

кмоль

= L0

a +

- x -

= L0 a(1

+ gr ) - ( x + gr )

. 6.24)

a× L

кг топлива

Подставим выражения (6.23) и (6.24) в формулу теплоемкости (6.22) и получим …

… уравнение теплоемкости рабочего тела с учетом доли x

сгоревшего топлива:

(1, 064x + γ

)

′′ + α(1 + γ

) −

( x + γ

)

′

′′

v .

(6.25)

cv см =

0, 064 x + α (1 + γr )

Если в формулу (6.25) вместо

cv′

cv′′ подставить их выражения

соответственно (6.20) и (6.21), то получим уравнение вида

′′

= av см

+ bсм T,

(6.26)

cv см

где – av см, bсм коэффициенты в уравнении теплоемкости смеси.

ИЗМЕНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ В ХОДЕ ВНУТРИЦИЛИНДРОВЫХ ПРОЦЕССОВ (с. 113)

По мере изменения доли сгоревшего топлива x

состав рабочего

тела изменяется. Соответственно по уравнению (6.26):

– для точки c

при

x =0

получают

′′

(T )

;

v c

x = x

′′

(

)

– для точки

при

получают

;

v z

– для точки b

при

x =1,0 получают

cv′′ b =

f3 (T ) .

При этом коэффициенты уравнений находятся в пределах значений для воздуха и « чистых» продуктов сгорания [см. формулы

(6.20) и (6.21)]: av – от 19,26 до 20,5; b – от 0,00251 до 0,0036.

А именно, имеют место соотношения:

19, 26 av c av z av b 20, 05 ;

0, 00251 bc bz bb 0, 0036 .

Для определения изобарной теплоемкости используют уравнение Майера. Так для точки z

	′′	=		′′	+ R ,
c			c
	p z		v z		μ

где Rμ = 8,314 – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К).

§ 6.8. Потери теплоты при сгорании топлива в дизеле (с. 113)

В идеальном случае при сгорании топлива в двигателе полезно может быть использована теплота Qн , кДж/кг (« низшая теплота сгорания»).

Потери теплоты:

Qпот = Qw + Qн c + Qдис .

Qw – в охлаждающую воду;

Qн c – из-за неполноты сгорания;

Qдис – из-за диссоциации продуктов сгорания.

Коэффициент использования теплоты при сгорании

ξ =	Q	н	−	Q	пот	=	Qн − Qw − Qн с − Qдис	.	(6.27)
ξ =			Qн			=	Qн	.	(6.27)
			Qн				Qн

Коэффициент ξ характеризует весь процесс сгорания (в итоге).

Текущий коэффициент использования теплоты ξтек = var (изменяется по ходу процесса сгорания).

Считается, что ξтек = f ( x,			Qпот. тек. ) – зависит от доли
сгоревшего топлива	x	и текущих потерь			Qпот. тек. .
В частности, в точке	z	цикла	ξz ξ :
		x = ξ
				ξz	(6.28)

§ 6.9. Уравнение сгорания топлива в дизеле. Расчет максимальной температуры и других параметров цикла

(с. 114)

В расчетном цикле двигателя (рис. 6.11) теплота, подведенная к рабочему телу ξzQн (до точки z ), расходуется на повышение

внутренней энергии рабочего тела			Ucz (от
точки	c	до точки z ) и совершение
механической работы Lyz (от точки			y до
точки	z	):
		ξzQн = Ucz + Lyz .	(6.29)

p y z

Lyz

b a

Рис. 6.11

= U

− U

= U

Tz − U

= β

L(1

+ γ

)

′′ T

− Lc′ T

− M

′′ T , (6.30)

v z z

v c

r v b c

где средние мольные изохорные теплоемкости:

′′

– смеси продуктов сгорания и воздуха в точке z

v z

c′

– воздуха,

′′

– смеси в точке b .

v b

Работа в изобарном процессе

y − z :

Lyz = pzVz − pyVy .

Если учесть, что py = pz ;

Vy = Vc , а

pz = λpc , то

= p V − λp V .

(6.31)

c c

С использованием уравнения состояния

pV = Rμ MT выражение (6.31) можно

преобразовать:

Lyz

= Rμ βz

L(1 + γr )Tz − Rμ λ L(1 + γr )Tc.

(6.32)

Подставим выражения (6.30) и (6.32) в исходное уравнение (6.29), учтем, что

L = αL ,

= γr ,

′′

+ R

, сгруппируем и получим уравнение

p z

v z

сгорания:

ξzQн + (cv′	+ Rμ λ )Tc + γr (cv′′b + Rμ λ ) Tc = βz (1 + γr )c′′p z Tz .	(6.33)
αL0
		19

	РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЯ СГОРАНИЯ (с. 116)
По уравнению (6.33) необходимо определить температуру						Tz . Однако
					′′
					′′
входящая в уравнение теплоемкость c p z зависит от этой температуры по
формуле		′′
		′′
	c p z = a p z + bzTz .
Поэтому обычно записывают указанное уравнение в виде
	Tz =			A
	Tz =		a p z + bzTz			(6.34)
			a p z + bzTz			(6.34)

и решают его методом последовательных приближений, задав первоначальное значение Tz ≈1800К.

ДРУГИЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИКЛА (с. 117)

Максимальное давление цикла

определяют, исходя из принятого

характера цикла, задаваемого значением степени повышения давления λ

(см. § 6.6):

pz = λpc .

Степень предварительного расширения

ρ , по уравнению (6.19):

ρ = V

= V

= λT

βzTz

(6.35)

Степень последующего расширения δ =

С учетом равенств V

= V

;

= ρ

;

= ε

запишем

δ =

(6.36)

<<< < Предыдущая 12 / 22

Соседние файлы в папке Диск СГЭО (Лекции_СГЭО_ВЗО_2012)

#
15.02.2015392.28 Кб64Глава_1_Введение_Классификация_ДВС.pdf
#
15.02.2015767.92 Кб64Глава_2_Идеальные циклы ДВС.pdf
#
15.02.2015536.64 Кб53Глава_3_Рабочие циклы ДВС.pdf
#
15.02.2015401.23 Кб68Глава_4_Расчетные циклы ДВС_Процесс наполнения.pdf
#
15.02.2015336.75 Кб53Глава_5_Сжатие в дизеле.pdf
#
15.02.2015397.99 Кб52Глава_6_Смесеобразование и сгорание в дизеле.pdf
#
15.02.2015391.74 Кб53Глава_7_Процесс расширения в дизеле.pdf
#
15.02.2015324.33 Кб55Глава_8_Выпуск-продувка в дизеле.pdf
#
15.02.2015186.8 Кб51Глава_9_Показатели двигателя.pdf
#
15.02.2015233.47 Кб42ОГЛАВЛЕНИЕ_ВЗО_сокращ.doc
#
15.02.201582.54 Кб43ОГЛАВЛЕНИЕ_ВЗО_сокращ.pdf