4.4 Процесс расширения

В процессе расширения газы давят на поршень до достижения им нижней мертвой точки. Давление и температура газов при этом уменьшаются. Когда поршень достиг нижней мертвой точки начинается процесс выхлопа газов из цилиндра.

Степень предварительного расширения найдем по следующей формуле:

; (18)

.

Степень последующего расширения:

; (19)

.

Показатель политропы расширения найдем по формуле:

рад/с; (20)

где n₂ – частота вращения, в рад/с;

рад/с.

Температура газов в конце расширения находится по следующей формуле:

K; (21)

.

Давление газов в конце процесса расширения:

Pa; (22)

Pa.

4.5 Тепловой баланс двигателя

Известно, что из всей энергии, выделившейся в процессе сгорания топлива, только часть преобразуется в полезную механическую работу, остальная энергия тратится на покрытие различных потерь. Распределения энергий, переданных мотором в окружающую среду, выражается через тепловой баланс.

В самом простом случае тепловой баланс может быть представлен с помощью уравнения, в котором представлены только значения энергий, подведенных к мотору и переданных мотором окружающей среде:

кВт, (23)

где: - тепловой поток, подведенный с топливом, в кВт;

- тепловой поток, преобразованный в полезную механическую энергию, соответствующая мощности двигателя, в кВт;

- потери тепла с уходящими газами, в кВт;

- потери тепла с охлаждающей водой, в кВт;

- остальные потери (потери излучением с поверхности двигателя и т.д.),

в кВт

Тепловой поток, выделившаяся при сжигании топлива находится по следующей формуле:

кВт; (24)

где: - расход топлива, м³/s;

- низшая теплота сгорания топлива, kJ/м³.

кВт.

Поток тепла, который произвел полезную механическую работу:

кВт. (25)

где: - КПД генератора;

- мощность на клеммах генератора.

Потери тепла с уходящими газами:

кДж/м³; (26)

где: - энтальпия уходящих газов, в кДж/м³;

- энтальпия воздуха, в кДж/м³.

Температура уходящих газов дана в характеристике двигателя и равна °С. Имея температуру газов, можно определить энтальпию уходящих газов по формуле (1.9):

кДж/м³.

Энтальпия воздуха рассчитывается по формуле (1.11):

кДж/м³.

Подставляя полученные данные в формулу (3.23), получим:

кВт.

Потери тепла с охлаждающей водой расчитывается по формуле:

кВт; (27)

где: - расход охлаждающей воды, в кг/с;

- удельная теплоемкость охлаждающей воды, в кДж/(кг·K);

, - температура воды на входе и на выходе теплообменника соответственно, в ;

кВт.

Неучтенные потери найдем по следующей формуле:

кВт; (28)

где: -поток тепла, который произвел полезную механическую работу, в кВт;

кВт.

Коэффициенты полезного действия находятся по формулам:

эффективный КПД:

; (29)

где: - поток тепла, который произвел полезную механическую работу, в кВт;

- поток тепла, подведенный с топливом;

.

термический КПД:

; (30)

где k – показатель адиабаты;

.

относительный внутренний КПД:

; (31)

где - механический КПД двигателя:

.

индикаторный КПД:

; (32)

.

электрический КПД:

; (33)

где: - КПД генератора;

.

коэффициент использования тепла топлива:

; (34)

.