Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
8.6 Mб
Скачать

2.

Как

изменяется давление в цилиндре

при адиабати­

ческом

сжатии? Рис.

17 .

 

* *3.

Как

и почему

изменяется показатель

политропы сжа­

тия в различные периоды процесса сжатия реального двига­ теля? Стр. 53, 54,рис. 17 .

4. Что такое мгновенный адиабатный процесс и какие условия необходимы для его осуществления7 Стр.54, рис.17 .

5.В чем заключаются упрощения, применяемые при рас­ чете процесса сжатия? Стр. 55 .

6.Каким образом выбирается величина осредненного по­ казателя политропы сжатия? Стр. 55 .

7.Каковы пределы изменения ссредненных показателей политропы сжатия для двигателей различного типа и конст­

рукций?

Стр. 55 .

n t ?

8.

Как

влияет быстроходность дизеля на величину

Стр.

55 .

 

9.

Как

влияет величина нагрузки на величину

?

Стр. 56 .

10.В каком двигателе, с большим или меньшим диаметром цилиндра, будет больший показатель п 1? Стр. 56 .

11.Что произойдет с осредненным показателем политропы сжатия, если двигатель перевести с охлаждения забортной водой на охлаждение пресной водой, имеющей большую темпе­ ратуру? Стр. 56 .

12.Каковы значения п* при пуске двигателя из холод­ ного состояния7 Стр. 57 .

13.В каком двигателе, новом или отработавшем значи­ тельный срок, больше величина п* ? Стр. 57 .

1%. Как ориентировочно подсчитать параметры воздуха в конце хода сжатия? Стр. 57, формулы (34), (35) .

15.Каковы давление и температура воздуха в конце хода сжатия7 Стр. 58 .

16.Как изменится экономичность дизеля, если увеличи­

вать степень сжатия дизеля, сохраняя X -c o n s t 0 Стр. 58, 5 1 .

60

17. Как изменится экономичность дизеля, если увеличи­

вать

степень

сжатия дизеля, выполняя условие pz=const?

Стр.

58 ,

§ I .

18.Почему в двигателях малой размерности и с разде­ ленными камерами сгорания используются повышенные степени сжатия? Стр. 59 .

19.Как ориентировочно подсчитать параметры воздуха

вконце сжатия при пуске из холодного состояния? Стр.59 .

20.Почему в двигателях с повышенным давлением над­ дува выбираются уменьшенные степени сжатия? Стр. 59 .

Г л а в а 1У

ТЕРМОХИМИЯ И ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ

Сгорание является основным процессом рабочего цикла, происходящего в цилиндре двигателя. Во время сгорания про­ исходит окисление составных элементов поданного топлива кислородом воздуха.

Жкдкое топливо состоит из разнообразных по структуре

углеводородов. Элементарный состав

I кг топлива может быть

представлен

равенством

 

 

1кг

т о п л

= с и г С +h kzH+s kz S + oxz 0 .

(36)

Здесь

 

 

 

 

 

С, Н, S 1 0

-

химические символы;

 

с , Я , s , o

- весовое содержание химически чистых

элементов (углерода, водорода, серы и кислорода) в I кг

топлива (весовой элементарный состав).

 

В зависимости от месторождения нефти среднее содержа­

ние перечисленных

элементов в дизельном топливе различно:

С “0,84*0,88

кг,

h -0,11*0,14 кг,

s «О,0001«О,05 кг и

о«О,00005*0,03 кг.

Очевидно, что главными составляющими топлива (более 95£) являются углерод и водород, которые при полном окис­ лении образуют углекислый газ и пары воды.

§ 9. Количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания топлива. Коэффициент избытки воздуха

Зная элементарный состав юплиьа и мольное (объемное)

содержание кислорода в воздухе, на основание стехиометри­ ческих соотношений легко определить количество воздуха, которое теоретически необходимо для полного сгорания I кг топлива.

1.

С + 02 = C0Z

,

1. Нг +-£0г

=HZ0 ,

2.

1 нмоль С+ {шиоль02=1нмояьС02, 2 .1кли>льН2-ь^ыть(^=1нл1аи>Нг0,

3 .12 кг О i нмоль Оz= 1 нмольС02 ,

3.2нгН2+^нмоль0г=1хли2ЛьНг01

ij.ltaC+jji юишьОг^клюльСОц

кЛнгНг+щумолъОг=т^нмольН2Оу.

 

с

с

ft

ft

S.ckzC+f2 нмольОг=^нмольСОг .

5.h игН2+ -^кмаль0г=-^нло>льН20.

1. S + 0Z ~ S 0 Z ,

2.1 нмоль S + 1нлюльОг -1 нмольS02 ,

3.32 nzS + lnMOAb0z =lxjuoAbS0z ,

к. lxeS +32 нмоль02= нлизльЪ0г ,

ss

5.s иго + нмоль 0Z =jjj нмольS02 .

Каждая вторая строка в рассматриваемых уравнениях реакции окисления имеет размерность хиломолей. В третьей строке количество углерода, водорода и серы, которые является со­ ставляющими жидкого топлива и занимают ничтожно малый объем в сравнении с газообразными продуктами, выражено че­ рез весовые значения киломолей. Второе слагаемое каждой четвертой строки показывает количество кислорода, потреб­ ного для окисления каждого килограмма углерода, водорода

и серы. Второе слагаемое каждой пятой строки представляет собой количество кислорода в нолях, необходимого для окис­ ления с кг углерода, h кг водорода и s кг серы, которые со­ держатся в каждом килограмме топлива.

Из рассмотрения приведенных уравнений можно также сделать следующие существенные выводы, которые понадобят­ ся в дальнейшем:

1)при сгорании углерода и серн количество молей газообразных продуктов не изменяется;

2)окисление жидкого водорода сопровождается удвое­

нием числа нолей

продуктов сгорания

(пары Нг 0 )

в сравне­

нии с количеством нолей кислорода, который затрачен на

химическую реакцию.

 

 

 

 

 

 

Итак, для сгорания I кг топлива необходимо следующее

количество

кислорода:

о

кльоль

кислорода.

 

 

с

 

h

$

 

 

iZ

М

3Z

5Z

кг т о п л и в а

 

 

 

о

-

количество кислорода в молях, которое не по­

Здесь j£ -

требуется,

так

как ухе

содержится в самом жидком топливе

в растворенном или химически связанном состоянии.

 

 

Если учееть,

что единица объема (или I киломоль) воз­

духа содержит только 21% кислорода,

то количество

воздуха,

теоретически необходимого для сгорания I кг дизельного

топлива

среднего

состава,

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

о \

П1ЯГ кмсль воздуха.

0,21

 

 

 

 

32 /

 

кг

топлива.

(37)

 

 

 

 

 

 

То же самое

в

весовых единицах

 

 

 

Ь'о = уив Ь0 «28,95

0,495

* 14,3

кг

воздуха

(38)

кг

топлива

где

/ Lt

«

28,95

кг/моль - вес одного моля воздуха.

 

Таким образом

определяется количество воздуха, теоре­

тически

необходимого для сжигания I кг топлива.

 

 

Однако

в цилиндр дизеля

вводится большее количество

64

воздуха, чей теоретически необходимо для сгорания топлива. Делается это в связи с тем, что за отводимое на смесеоб­ разование в дизеле время практически невозможно получить идеальное перемеиивание впрыскиваемого топлива и воздуха. Поэтому при точном соответствии введенного и потребного воздуха в некоторых зонах цилиндра будет иэлииек, а в дру­ гих - недостаток кислорода. В связи с этим процесс сгора­

ния

за отведенное время

не завершится.

Избыток

же

воздуха

обеспечивает

более

полное

и

свое­

временное

сгорание.

 

 

 

 

 

Отноиение действительного количества воздуха, содержа­

щегося в рабочей смеси, к количеству

воздуха,

теоретиче­

ски необходимого для сгорания поданного топлива, называется коэффициентом избытка воздуха.

Аналитически сказанное может быть представлено в фор­

ме

 

 

_ L

. l l .

(39)

lo

или

 

 

Ge

VkJTm Чп

 

I'o^r

L'cV

(40)

Здесь

 

 

L и L' - действительное

количество

воздуха в рабо­

чей смеси соответственно в молях и килограммах, которое приходится на I кг сгоревшего топлива;

и G™ - действительное количество воздуха (кг) в цилиндре и теоретически необходимое для сгорания поданно­ го в цилиндр количества топлива;

G* - количество топлива (кг), поданного за цикл в цилиндр дизеля.

При выборе величины коэффициента избытка воздуха учи­

65

тываются

следующие

 

противоречивые

обстоятельства:

 

1)

увеличение

оС

при заданных G^=const и fi^-const

(формула

(40)),

хотя

и способствует улучшению условий

сгорания

топлива, достигается

за

счет увеличения VH

,

т .е .

в

итоге за

счет

габаритов цилиндра и дизеля;

 

 

2)

уменьшение

оС

приG?=const и fK4= const

позво­

ляет

уменьшить

VH

и габариты дизеля,

однако

влечет

за

собой ухудшение условий сгорания.

 

 

 

Ориентировочные

значения

ы.

на номинальных режимах

работы

двигателей:

 

 

 

 

 

 

 

-

с

неразделенными камерами

сгорания . . . .

1,5*2,2;

-

с разделенными камерами сгорания...........

1 , 3 ц ,7;

-

карбюраторных

........................................ .

о ,8+1 , 2 .

Меньшие значения

оС

имеют место в форсированных дви­

гателях, т .е . в установках, где

веса и габариты имеют пер­

востепенное значение; большие -

в дизелях, где

на первое

место

выдвигаются вопросы долговечности

и экономичности.

Б карбюраторных двигателях среднее значение оС близ­ ко к единице. Не останавливаясь на причинах, вынуждающих использовать столь малые значения коэффициента избытка воздуха, отметим, что возможность относительно полного сгорания топлива при ОС , близких к единице, объясняет­ ся хорошим перемешиванием топлива и воздуха в карбюраторе.

§ 10. Количество и состав продуктов сгорания. Коэффициент молекулярного изменения

При полном сгорании топлива конечные продукты состоят:

1)

из

газообразных продуктов CO^SO* и паров Н20 ;

2)

из

не участвующих в процессе сгорания избыточно­

го кислорода и азота воздуха.

В результате сгорания I кг топлива происходит измене­ ние не только химического состава, но и числа молей газо­ образных (парообразных) веществ и, следовательно, объема,

66

занимаемого этими продуктами при определенном давлении и

температуре.

 

 

 

 

Пусть

 

 

 

 

г =0/т

км0—-------

-

количество

воздуха, приходящего-

ь

к г . топлива

 

 

 

ся на I кг топлива до сгорания;

 

М

 

 

количество

газообразных продук­

тов, приходящихся на I

кг

топлива после сгорания.

Тогда изменение количества молей газообразных продуктов в процессе сгорания

ДМ =

М- L = М Л о .

(41)

Если теперь учесть,

что избыточный кислород

и весь

азот присутствуют в одинаковых количествах как в исходных oL L0, так и в конечных продуктах М , а изменение количе­ ства молей происходит только за счет непосредственно уча­ ствующих в сгорании газообразных продуктов, то перечислен­ ные балластные продукты можно просто не включать в равен­

ство, составленное на

основании ухе

известных стехиометри­

ческих

соотношений,

 

исходные дпродукт ы

кояечнь±е продукты

( с

h S \

 

/ с

И

s

ЛМ= ( i T + Т + 32 /

 

\ П + k + J z ~

 

 

Я

_о_

 

ю ивль

 

ц

32

иг т оплива.

Таким образом, можно заклечить:

1)сгоранию топлива сопутствует изменение числа мо­ лей, что должно учитываться в расчетах, так как изменение молей эквивалентно изменению объема при одинаковых темпе­ ратуре и давлении или дополнительной работе;

2)изменение количества молей происходит исключитель­ но за счет окисления водорода топлива и наличия в топливе собственного кислорода.

67

Относительная величина приращения числа молей характе­ ризуется теоретическим (химическим) коэффициентом молекулярного изменения

1 + АМ

, ,

йН

Ч + 3Z ,

(43)

L

=1

d L 0 1

d l 0

 

который представляет собой отношение количества молей га­ за в цилиндре после сгорания к количеству молей свежего воздуха»

Действительный коэффициент молекулярного изменения учитывает наличие как в исходных, так и в конечных продук­ тах сгорания остаточных газов от предыдущего цикла

 

,

м

+ м ;

'

 

 

М + М г Т Г + Т Г JU-o + Tr

 

 

^ I

+ К

1 + f

1- i+ Гг

(44)

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

М г

_

= Мг_

 

(см.

также формулу (12)

;

I

в г

 

 

М ^- количество

остаточных газов,

приходящихся

на I кг топлива.

 

 

 

 

 

 

Численное значение

j l

для дизелей, работающих при

но­

минальной нагрузке, в зависимости от

оС и f r

находится

в

пределах 1,03*1,04.

 

 

 

 

 

§ I I , Баланс тепла смеианного цикла и определение температуры и давления в точке z

Б смешанном расчетном цикле действительный процесс сгорания заменяется условной линией подвода теплоты на

участке с - у - z

(рис. 18).

 

 

Несмотря на неоднократные

попытки [9 ]

создать надеж­

ный метод

расчета

действительной линии сгорания, эту рабо­

ту нельзя

считать

эавериенной.

Поэтому мы

ограничиваемся

68

определением Tz

.

Необходимо подчеркнуть, что, если р2

по праву может

именоваться максимальным давлением цик­

ла, температура

Т2

не совпадает с Т шах , которая не­

сколько смещена в сторону ННТ по причине догорания топли­ ва на линии расширения.

Рис. 18. К расчету Tz

и р , .

-------- опыт, -------

расчет

Уравнение баланса тепла смеианного цикла, используе­ мое для расчета Tz , выведено В. В. Гриневецким и осно­ вано на следующих предпосылках:

I ) весь расчет ведется для I кг сгоревиего топлива.

69

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ