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

ными размерами

цилиндра;

2)

считается, что химические преобразования заканчи­

ваются к

точке

z

, вследствие чего

коэффициент молекуляр­

ного изменения

ju.

равен максимальной

величине;

3)

вместе

с

тем учитывается,

что к

точке

z

исполь­

зуется только часть тепла, введенного с топливом.

Обозначим эту долю тепла через

t,z

и назовем

коэффи­

циентом использования теплоты в точке

z

•

Коэффициент использования теплоты

в точке

z

пред­

в §

12.

С учетом сформулированного для

§ z

определения и на

основании

первого

закона термодинамики

%2

—u,z ~ и с +• A tyZ

*

(^5)

где

Htt -IOOOO

*■10300

ккал/кг - низиая

расчетная тепло­

творная способность дизельного топлива;

u z - t i c -

изменение внутренней энергии на участке c - y - z

цикла (в килокалориях или джоулях);

1уг

-

внешняя работа на участке yz

(в

кгм)

(заштри­

хованная

площадка на рис. 17);

А= 2

%рцЛ

-

тепловой эквивалент

работы

(в

системе

СИ

отсутствует);

м.с= (L + M r)^Cv Тс ")

-внутренняя

энергия

рабочего

где

М -

тела в Т0ЧЕазс

с

"

z

’

количество молей продуктов сгорания

на I кг топ­

лива ;

l - o C h 0 -

количество молей воздуха на I кг топлива;

-

количество молей остаточных газов,

приходящихся

на I

кг топлива;

m ty и in ti

- соответственно средние

мольные иэохорные

теплоемкости

воздуха при температуре

Тс и газовоздушной

смеси при температуре Tz .

Из уравнения состояния

Тогда

Alvz= ^

( рЛ

-P 2Vc) = ^ 7 ( Р Л

" W

e )

=

= 1,985(М + М ;)Т 2 -1 ,9 8 5 А (Ь + М ;)Т С ,

где

р

д

_

_ j 935

к к а л

V A

4 27 ,э

м о л ь -г р а д

Подставляя полученные

выражения

для и с , u z и А 1 у* в

исходное

равенство

(45),

получаем

Zz Hu H H + K ) t n c : T z - ( I + м;)^с;тс+i,985(M+м;)Т2-WL+M'r)U

= (П +М'г) (me? +W 5 )I z - ( L +М'г)(тс'у + 1,%51)ТС .

Разделив

левую и правую части последнего

уравнения

на

l +М'г

и имея

в

виду, что

_

_

,

М + М г

И

L +M'r =oCL0(l + fr)

,

тс; + 1

= ш:*

/ / =

получаем

окончательно

^/ ц т с ; Т 2

1+j-r ). - Т с (тс1 + 1,9&51) = 0 .

(46)

Для

определения Tz по уравнению

(46)

необходимо знать

теплоемкости

рабочего тела в

точках

с и г .

Теплоемкость, как известно, является функцией химиче­

ского

состава

и

температуры

газа

m cv = а

+ в Г ,

m ip

- а + вТ + 1,935.

ского

состава

газа:

-

для воздуха а *4,6, в *0,0006;

- для чистых продуктов сгорания без примеси избыточ­

ного

воздуха (т .е . при

<*=1)

а =4,89,

в =0,00086.

Изохорная теплоемкость

воздуха в точке с

mc'v*4,6 ♦ 0,0006 ккал/моль • °К .

(47)

В

точке z

даже при допущении полного завершения

про­

ка воздуха находится смесь чистых продуктов сгорания

с

воздухом,

соотношение между которыми

определяется

величи­

ной

оС .

Изобарную теплоемкость газовоздушной смеси можно

было бы определить из уравнения

0,00086+fr-i)0,0006n

тСр

‘■тс" + 1 ,92>5=i,9&5 +

M9+(c<-i)4,6

V_________

оС

ОС

~sr

—Y”-

(48)

а1

Однако к моменту расчета параметров

цикла

в точке

z

ве­

личина

Tz еще

не

известна, так как

сама

является

искомой.

Поэтому

выражение

гпЬр = a ' + e 'T z ,

где

а /

и в '

- численные

коэффициенты,

подставляется в уравнение (46) в неразрешенном виде,

в ре­

зультате

чего

получаем

Tz pL ( o '* *'ТЛ -

+

Тс (mci + 1,915A)j = 0 .

После

подстановки всех численных значений последнее урав­

нение

приводится к квадратному

A T f + B T z - c = 0

(49)

т ворная способность

т о п л и в а ;

тс*' =19,3 +0,002РТС кдж /км оль-град

(47)*

-

т еплоемкост ь воздуха в т очке с

ц и к л а ;

m c V - t,W .

оС

. (<в)*

р

оС

тСу и тСр величина

не включалась. Это допущение тем

более правомерно, что мы

весьма приближенно учитываем дру­

гие

величины, входящие

в уравнение (46):

i z ч

JH

и

т.

д.

Температура цикла в точке

z

зависит от многих факто­

ров,

в первую очередь

от

Гс ,<*,

4* , и Для полно! мощности

обычно находится в пределах

pz » 600*1500 я 1см2 .

Величина степени

повыиения давления

Л - 1 ,2*2,0.

Целесообразно показать связь между Л , р

и другими

параметрами.

с я г цик­

На основании уравнения состояния для точек

ла

pz V2 =RyU(M + M;)T2 ,

Ре Ус = Rju. (1

+ МгП с -

Разделив первое уравнение на второе, получаем

рг

v*

_ м + м ;

т 2

. Рс

Vc

L + MJ.

т с

или

•

<»>

А С

ное

значение

р

, если ju.

,TZ, Тс известны, а Л.

задано.

Это

равенство

говорит о взаимосвязи, существующей между

Л

и р ,

и недопустимости произвольного назначения

обоих

параметров

одновременно.

Величины

Tz

, pz , А.

не остаются неизменными и в за­

§ 12. Коэффициент использования теплоты

При выводе формулы для расчета

Tz

отмечалась, что

только часть низшей расчетном теплотворно! способности

топлива

? z Ни идет

на повнменне внутренней энергии и на^

совериение

внешне!

работы до точки

z

.

Другую часть

H u ( l ~ £ z )

составляют тепловые потерн:

-

на

неполноту сгорания к точке

z

;

-

на

теплоотвод во внешнюю среду

на участке суд;

- на диссоциацию при температурах больших, чем

2000°К.

Последняя составляющая невелика н может не учитывать­

ся.

На величину

влияют:

при

окислении

углерода,

водорода и серы.

Стр. 63 .

3. Назовите цифры количества воздуха,

теоретически

необходимого для сгорания I кг топлива в мольных и весо­

вых

единицах.

Стр. 64,

формулы (37) и (38) .

4. Дайте

определение

коэффициенту избытка воздуха и

формулы (41), (42) .

8. Дайте

определения и напишите

соотношения для теоре­

тического и действительного коэффициентов молекулярного

изменения.

Стр. 68, формулы (43)

и (44) .

нения

для

расчета

Т2 .

Стр.

70,

71, формулы^ (45) и (46) .

12.

Что

необходимо знать

для

определения тс„' и тСр ?

Стр.

72,

формулы

(47)

и (48) .

Г л а в а

У

рабочему

телу.

Политропный процесс расширения может быть выражен

уравнениями

и

р V*2 = co n st

Т Vw rl= c o n s t ,

(51)

где n z

- показатель политропы расвирения,

который на

^ Ч е -С^Ядог ' ^ Ч охл 1

(ко)

где

с Ц дог-

теплота, подведенная к рабочему телу

в процес­

се

догорания

топлива;

теплота, отведенная от рабочего тела

в охлаж­

даемые

стенки цилиндра

за элементарный промежуток

времени

d Т

•

В зависимости от величины составляющих на каждом эле­

ментарном участке cLq,s

может

иметь положительное

или от­

рицательное

значение.

Теплоемкость рабочего тела в процессе расширения изме­

няется не только по величине,

но и по знаку. Отрицатель­

ная

теплоемкость означает, что

в уравнении

с = с Ц Е : с 1Т

( 53)

d q E

и d T

имеют различные знаки.

Область отрицательных теплоемкостей на рис. 19 заштри­

хована

(более подробно см. § б).

Рассмотрим изменение характера теплообмена по мере

движения поршня от верхней к нижней мертвой точке.

На рис.

20 пунктиром показан участок изобарного подво­