Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусский национальный технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.11.2025

Размер:

811.24 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 62 3 4 5 6 > Следующая >>>

1.3. Процесс сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха (кмоль) для сгорания 1 кг жидкого топлива

L	1	gC	gH	gO	,

0	0,21	12 4 32

где 0,21 – объемная доля кислорода в воздухе.

Теоретически необходимое количество воздуха (кмоль) для сгорания 1 кмоль газообразного топлива

0,21i

r i

Элементарный состав топлива принимают:

–для бензина gC = 0,855, gН = 0,145, gO = 0;

–дизельного топлива gC = 0,86, gН = 0,136, gO = 0,004;

–метанола gC = 0,375, gН = 0,125, gO = 0,500;

–этанола gC = 0,522, gН = 0,130, gO = 0,348;

–бутанола gC = 0,649, gН = 0,135, gO = 0,216;

–рапсового масла gC = 0,776, gН = 0,115, gO = 0,109;

–метилового эфира рапсового масла gC = 0,770, gН = 0,121,

gO = 0,109;

–природного газа H2 = 0,00–0,30, CH4 = 82,27–98,27, C2H6 =

=0,17–5,80, C3H8 = 0,00–2,10, C4H10 = 0,00–1,00, N2 = 1,0–9,3, CO2 =

=0,00–0,89 (в % по объему);

–сжиженного газа пропан-бутан C3H8 = 40–60, C4H10 = 40–60 (в % по массе).

Современные бензины и дизельные топлива могут содержать некоторое количество кислородсодержащих соединений (оксигена-

тов), что приводит к появлению кислорода (gО) в топливе и некоторому изменению долей углерода (gС) и водорода (gН).

Для смеси жидких топлив элементарный состав определяют следующим образом:

h	gC	gC								;
gC	gC	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gH	gC								;
gH	gH	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gO	gC								.
gO	gO	gC		H	m		O		r	.
i 1	i	n			m				r	i
i 1

Количество свежего заряда (кмоль) для бензиновых двигателей

M1 αL0 1 , mт

где mт = 110–120 кг/кмоль. Количество свежего заряда (кмоль):

– для газовых двигателей

M1 1 αL0 ;

– дизелей

M1 αL0 .

Количество продуктов сгорания (кмоль) при сгорании 1 кг жидкого топлива:

при 1

M2 12gC g2H α 0,21 L0;

при α < 1

M2 12gC g2H 0,79αL0.

Количество продуктов сгорания (кмоль) при сгорании 1 кмоль газообразного топлива:

при α = 1

i 1

при α > 1

i 1

0,79L0 N2 ;

1 L0.i

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

μ0 M2 .

Действительный коэффициент молекулярного изменения

μ 1 μ0 1. 1 γr

Величина изменяется:

–для бензиновых двигателей = 1,02–1,12;

–дизелей = 1,01–1,06.

Для газовых двигателей количество продуктов сгорания может быть меньше количества свежего заряда. Тогда теоретический коэффициент молекулярного изменения μ0 будет меньше 1.

Низшую теплоту сгорания топлива принимают:

–для бензина Hu = 43 500–44 000 кДж/кг;

–дизельного топлива Нu = 42 500–43 000 кДж/кг;

–метанола Hu = 19 700 кДж/кг;

–этанола Hu = 26 800 кДж/кг;

–бутанола Hu = 33 100 кДж/кг;

–рапсового масла Hu = 37 100 кДж/кг;

–метилового эфира рапсового масла Hu = 37 300 кДж/кг;

–природного газа Hu = 32 000–36 000 кДж/м3;

–метана Hu = 35 880 кДж/м3;

–этана Hu = 64 360 кДж/м3;

–пропана Hu = 93 180 кДж/м3;

–бутана Hu = 123 570 кДж/м3;

–водорода Hu = 10 790 кДж/м3.

Значения Hu для газов установлены при температуре 0 °С и давлении 101,325 кПа.

Для современных бензинов и дизельных топлив, в состав которых входят кислородсодержащие соединения, значения Hu снижаются.

Низшая теплота сгорания смеси топлив рассчитывается следующим образом:

	1	h		gС					Hu .
Hu					H	O

	0,21i		1	n	m		r	i	i

Для газового топлива в формулу (1) вместо gСnHmOr ем vСnHmOr , а Hu – в кДж/м3.

(1)

подставля-

Если известен элементарный состав жидкого топлива, то низшая теплота сгорания (в кДж/кг) приближенно может быть найдена по эмпирической формуле Д. И. Менделеева:

Hu 33,91gC 125,6gH 10,89 gO g S 2,51 9gH gH2O 103.

Для двигателей, работающих с < 1, подсчитывается потеря теплоты вследствие неполноты сгорания

Hu 119 600 1 α L0.

Средняя мольная теплоемкость свежего заряда определяется по формуле

mcvc 20,16 1,74 10 3Tc .

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

– для двигателей с ИЗ

mc 18,42 2,60α			1,55 1,38α 10 3T ;					(2)
vz							z
– дизелей
mc	20,10	0,92		1,55	1,38	10 3T .		(3)
vz		α			α		z
		α			α

Значения коэффициента использования теплоты для различных типов двигателей при работе их на номинальном режиме:

–бензиновые двигатели ξ = 0,80–0,95;

–газовые двигатели ξ = 0,80–0,85;

–дизели ξ = 0,65–0,85.

Максимальная температура сгорания получена на основании первого закона термодинамики:

– для бензиновых двигателей

			ξ Hu Hu			mc T		μmc T ;			(4)
						mc T		μmc T ;			(4)
				M1 1	γr	vc	c	vz	z
				M1 1	γr
– дизелей
	ξHu			mc	8,314k T		μ mc		8,314	T .	(5)
				mc	8,314k T		μ mc		8,314	T .	(5)
	M1 1	γr		vc		c		vz		z
	M1 1	γr

При определении максимальной температуры для газовых двигателей в уравнении сгорания низшая теплотворная способность топлива должна быть отнесена не к 1кг жидкого топлива, а к 1 кмоль газообразного топлива. Поэтому в формулу (4) вводится объем кмоля,

равный Vm = 22,4 м3 при 0 оС и давлении 101,325 кПа, а Нu принимается в кДж/м3.

Уравнение сгорания будет иметь вид

ξVm Hu			mc T	μmc T .	(6)
			mc T	μmc T .	(6)
M	1 γ	r	vc c	vz z
1		r
					15

Величину степени повышения давления для дизелей выбирают

вследующих пределах:

–для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным или объемно-пленочным смесеобразованием k = 1,5–2,5;

–вихрекамерных и предкамерных дизелей, а также для дизелей с неразделенными камерами сгорания и пленочным смесеобразова-

нием k = 1,2–1,8.

В уравнениях сгорания (4), (5) и (6) после подстановки теплоем-

костей известны все члены, кроме Tz. Эту температуру можно определить методом последовательных приближений (подбором значе-

ний Tz), если для определения mcvz используются табличные значения. При использовании для определения mcvz формул (2) и (3) уравнения сгорания можно после преобразований представить в виде квадратного уравнения:

ATz2 BTz C 0,

откуда

T	B	B2 4AC	,
z		2A
		2A

где A, B, C – численные значения известных величин.

Величина теоретического максимального давления сгорания для двигателей с ИЗ определяется следующим образом:

pz μTz pc.

Степень повышения давления для двигателей с ИЗ

k pz . pc

Степень повышения давления для двигателей с ИЗ k = 2–4.

Действительное давление для двигателей с ИЗ

pzд p pz ,

где коэффициент уменьшения давления принимается р = 0,8–0,9; для дизелей

pzд pz kpc.

Значения температуры и давления изменяются в пределах, приведенных в табл. 2.

		Таблица 2
Показатели процесса сгорания

Тип двигателя	Tz, К	pzд, МПа
Двигатели с искровым
зажиганием:
бензиновые	2 300–2 800	3,0–10,0
газовые	2 200–2 500	3,0–8,5
Дизели:
без наддува	1 600–2 200	7,0–9,0
с наддувом	1 700–2 300	8,0–17,0 (и более)

1.4. Процесс расширения

Степень предварительного расширения:

– для дизелей

ρμ Tz ; k Tc

–бензиновых и газовых двигателей ρ = 1. Степень последующего расширения:

–для дизелей

δρε;

–бензиновых и газовых двигателей .

Температура в конце расширения

Tb δnT2z 1 .

Давление в конце расширения

pb δpnz2 .

Величину среднего показателя политропы расширения выбирают в следующих пределах:

–для двигателей с ИЗ n2 = 1,23–1,34;

–дизелей n2 = 1,18–1,28.

Примерные значения pb и Тb приведены в табл. 3.

		Таблица 3
Значения показателей процесса расширения

Тип двигателя	pb, МПа	Тb, К
Двигатели с ИЗ	0,35–0,65	1 200–1 700
Дизели	0,20–0,80	1 000–1 300

1.5. Процесс выпуска

Параметры процесса выпуска (pr и Тr) задаются в начале расчета процесса впуска (см. п. 1.1). Правильность предварительного выбора величин pr иТr проверяется по формулепрофессораЕ. К. Мазинга:

T		Tb		.	(7)

r			pb
	3
			p
			r

Расхождение между принятой величиной Тr и вычисленной по формуле (7) не должно превышать 10 %. В противном случае тепловой расчет необходимо уточнить.

1.6. Индикаторные показатели

Среднее индикаторное давление теоретического цикла для бензиновых и газовых двигателей подсчитывается по формуле

	'		pc		k					1						1							1
	pi					1												1							;	(8)
	pi	ε				1				n	1			n1		1		1				n		1	;	(8)
		ε		1 n2 1					ε 2					n1		1					ε 1
для дизельных двигателей
	p	k					1						1						1
pi'	c				1										1								k ρ 1 .			(9)
pi'	ε 1			1	1	n		1							1			n		1			k ρ 1 .			(9)
	ε 1	n2		1			2					n1 1					ε		1

Среднее индикаторное давление действительного цикла

pi п p'i .

Для двигателей с искровым зажиганием принимают п = 0,94–0,97,

для дизелей п = 0,92–0,95.

Величина pi для различных двигателей изменяется в следующих пределах:

–для четырехтактных двигателей с ИЗ: без наддува pi = 0,8–1,5 МПа;

снаддувом pi = 1,6–2,4 МПа;

–для четырехтактных дизелей:

без наддува pi = 0,75–1,25 МПа; с наддувом pi = 0,8–2,6 МПа.

Индикаторный КПД для бензинового и дизельного двигателей подсчитывается по формуле

η 8,314	M1 piT0	.	(10)

i	Huηv p0

Для газового двигателя индикаторный КПД при подстановке Нu в МДж/м3, М1 – в кмоль, pi и p0 – в МПа подсчитывается по формуле

8,314 M1 piT0 .
i	Vm Huηv p0

Удельный индикаторный расход жидкого топлива определяется по уравнению (Нu в кДж/кг)

gi 3 600 103 , г/(кВт·ч).

Hu ηi

Удельный индикаторный расход газового топлива (Нu в кДж/м3)

vi 3 600 , м3/(кВт·ч).

Hu i

Величина индикаторного КПД для автотракторных двигателей имеет следующие значения:

–для четырехтактных бензиновых двигателей i = 0,28–0,46;

–четырехтактных дизелей i = 0,40–0,53.

Удельный индикаторный расход топлива:

–длячетырехтактныхбензиновыхдвигателейgi = 295–180 г/(кВт·ч);

–четырехтактных дизелей gi = 212–158 г/(кВт·ч).

Для газовых двигателей определяют удельный индикаторный расход теплоты (Нu в кДж/м3):

qi vi Hu , кДж/(кВт·ч).

Величина удельного индикаторного расхода теплоты qi = 9 000– –13 000 кДж/(кВт·ч).

1.7. Эффективные показатели

Задаем величину механического КПД двигателя, исходя из следующих значений:

–для четырехтактных двигателей с ИЗ:

без наддува м = 0,70–0,85;

снаддувом м = 0,80–0,90;

–для четырехтактных дизелей:

без наддува м = 0,70–0,83;

снаддувом м = 0,80–0,92;

–для двухтактных дизелей м = 0,70–0,85.

<<< < Предыдущая 12 / 62 3 4 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
29.11.202516.91 Mб0Тепло- и массообмен. В 2 ч. Ч.2.pdf
#
29.11.20251.63 Mб0Тепловое излучение.pdf
#
29.11.20253.01 Mб0Тепловой и гидравлический расчет пластинчатых теплообменников на ЭВМ.pdf
#
29.11.20251.9 Mб0Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгорания.pdf
#
29.11.2025526.29 Кб1Тепловой расчет газодизельного двигателя внутреннего сгорания.pdf
#
29.11.2025811.24 Кб1Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания.pdf
#
29.11.202516.88 Mб0Тепловой расчет парогенераторов.pdf
#
29.11.20256.64 Mб2Тепловые сети.pdf
#
29.11.20255.81 Mб1Теплогенерирующие установки.pdf
#
29.11.20253.83 Mб1Теплоизоляционные, кровельные и отделочные работы.pdf
#
29.11.20251.57 Mб0Тепломассообмен. В 2 ч. Ч. 1. Теплопроводность.pdf

h	gC	gC								;
gC	gC	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gH	gC								;
gH	gH	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gO	gC								.
gO	gO	gC		H	m		O		r	.
i 1	i	n			m				r	i
i 1

h	gC	gC								;
gC	gC	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gH	gC								;
gH	gH	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gO	gC								.
gO	gO	gC		H	m		O		r	.
i 1	i	n			m				r	i
i 1

h	gC	gC								;
gC	gC	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gH	gC								;
gH	gH	gC	H		m	O		r		;
i 1	i	n			m			r		i
i 1
h	gO	gC								.
gO	gO	gC		H	m		O		r	.
i 1	i	n			m				r	i
i 1