Затем определяется степень повышения давления

Давление в конце сгорания

P_z = P_c.

Действительное максимальное давление цикла Р_z

.

В динамическом и прочностных расчетах используется давление .

РАСШИРЕНИЕ

Давление (МПа) и температура (К) газов в конце такта расширения

где n₂ – показатель политропы расширения, который для газовых двигателей равен n₂ = 1,25…1,30.

2.4.3 Определение индикаторных и эффективных показателей

Теоретическое среднее индикаторное давление

Действительное среднее индикаторное давление

,

где – коэффициент скругления индикаторной диаграммы или коэффициент полноты диаграммы (для газовых двигателей =0,94…0,96).

Индикаторный КПД

Удельный расход газообразного топлива v_i (м³/кВтч), отнесенный к нормальным физическим условиям, равен

Эффективные показатели газового двигателя рассчитываются по тем же формулам, что и для карбюраторного двигателя или по нижеприведенным формулам.

Среднее эффективное давление

P_e = P_i – P_м,

где P_м – среднее давление механических потерь (МПа), учитывающее и насосные потери, которое можно определить по эмпирической формуле

P_м = А + В ,

где – средняя скорость поршня (м/с), которую вычисляют по формуле

,

при А = 0,049, В =0,0152, а при А = 0,039, В = 0,0132.

Механический кпд

.

Эффективный КПД

.

Эффективный удельный расход газового топлива, отнесенный к нормальным физическим условиям (м³/кВтч),

.

2.5 Тепловой расчет газодизельного двигателя

2.5.1 Выбор и обоснование исходных данных

Газодизельный цикл предусматривает участие в его осуществлении двух топлив, включающих запальную дозу дизельного топлива и сжатый (или сжиженный) газ. Выбираются марки дизельного и газового топлив, их состав и теплотворная способность.

Например, выбираем сжатый природный газ марки «Б» следующего состава: СН₄ – 92% = 0,92; N₂ – 4% = 0,04; С₂Н₆ – 2% = 0,02; С₃Н₈ – 1% = 0,01; С₄Н₁₀ – 1% = 0,01; h _v = 33657 кДж/м³.

Дизельное топливо: С = 0,86, Н = 0,13, О = 0,01;

Н_u = 42486 кДж/кг.

По заданному прототипу дизеля определяется часовой расход дизельного топлива

, кг/ч,

где g_е и N_е – удельный эффективный расход топлива ( ) и эффективная мощность (кВт) дизеля-прототипа.

Часовой расход газа при работе на номинальном режиме

V_г = 1,2  G_т , м³/ч.

Запальная доза дизельного топлива, которая, согласно опытным данным, составляет (15…20)% от номинального часового расхода дизельного топлива

, кг/ч.

При этом масса (g) запального жидкого топлива в кг на один моль сжигаемого в двигателе газа составит:

, кг/кМоль газа,

где 22,4 м³ – объем газа при нормальных физических условиях.

2.5.2 Расчет параметров рабочего цикла

Определение параметров в процессах впуска и сжатия производится точно так же, как и для газового двигателя:

; ; ;

; ;

; .

Сгорание

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания газа

, ,

где n – число атомов углерода; m – число атомов водорода каждого углеводородного компонента; С_nH_m – объемная доля углеводородного компонента; 0,208 – объемное содержание кислорода в 1 кМоль воздуха.

Так, для выбранного состава газового топлива (состоящего из СН₄, С₂Н₆ и т. д.) С₂Н₆: n = 2; m = 6; C_nH_m = 0,02.

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг жидкого дизельного топлива:

, ,

где С, Н и О – соответственно объемные доли углерода, водорода и кислорода в составе дизельного топлива.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания газа с добавкой жидкого топлива

.

Количество свежего заряда или горючей смеси

, кМоль.

Значение «» выбирается как для газового двигателя, т. е. 1,0…1,05

Общее количество продуктов полного сгорания 1 Моля газа с присадкой g (кг) жидкого топлива:

• ;

• ;

• .

За счет второго числа в квадратных скобках значение может иметь знак минус, который необходимо учитывать при сложении всех компонентов продуктов сгорания

,

где N₂ – объемная доля азота, входящего в состав газового топлива (в выбранном топливе N₂ = 0,04).

Общее количество продуктов сгорания

_, кМоль/кМоль топлива.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

_о = М₂/М₁ .

Действительный коэффициент молекулярного изменения

.

Внутренняя энергия свежего заряда

, кДж/кМоль ,

где t_C = (Т_С – 273)С; – средняя мольная теплоемкость горючей смеси.

Для смеси газов

,

где r_i и ( С_Vi) – соответственно объемная доля и средняя мольная теплоемкость i-го компонента смеси.

В горючей смеси на 1 кМоль топлива приходится Н₂ кМоль водорода (в составе современного газового топлива его может и не быть) , C_nH_m кМоль каждого углеводородного компонента, кМоль воздуха и М₁ кМоль горючей смеси, поэтому для нее

; r_nH_m = C_nH_m/ М₁; .

Средние мольные теплоемкости компонентов смеси для температур от 0 до 1500 С подсчитывается по следующим формулам:

• , кДж/кМольград;

• ,кДж/кМольград;

• , кДж/кМольград.

Теплоемкость углеводородов более тяжелых, чем метан, допускается принимать равной теплоемкости углекислого газа – СО₂, т. е.

,

где .

Внутренняя энергия 1 кМоль остаточных газов в конце сжатия

, кДж/кМоль,

где ( ) – средняя мольная теплоемкость остаточных газов (продуктов сгорания) при постоянном объеме и температуре t_C , как и для свежего заряда, равна

; ; ; ,

где , , , – определяются по вышеуказанным формулам.

Средние мольные теплоемкости отдельных i-х компонентов продуктов сгорания для температур от 0 до 1500 С вычисляются по следующим формулам:

• , кДж/кМольград;

• , кДж/кМольград;

• , кДж/кМольград;

• , кДж/кМольград.

Внутренняя энергия рабочей смеси складывается из внутренних энергий горючей смеси ( ) и остаточных газов ( )

, кДж/кМоль.

Внутренняя энергия продуктов сгорания

, кДж/кМоль,

где t_z – неизвестная температура в конце сгорания (ее находят путем решения нижеприведенного квадратного уравнения),  С.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме

, кДж/кМоль град.

Объемные доли « r _i » отдельных компонентов для продуктов сгорания те же, что и для остаточных газов.

Средние мольные теплоемкости (кДж/кМоль град) i-х компонентов продуктов сгорания для температур от 1500 до 2800 С вычисляются по следующим формулам:

• , кДж/кМоль град;

• , кДж/кМоль град;

• , кДж/кМоль град;

• , кДж/кМоль град.

Умножая мольные теплоемкости на объемную долю каждого компонента и складывая их, в общем виде получают формулу

,

где А – сумма слагаемых левой части, а – правой части, тогда

.

Температуру сгорания (T_z = 273 + t_z) газодизельного двигателя (по смешанному циклу) получим из решения уравнения сгорания

где К = С_р/С_v, для многоатомных газов К = 1,29. Так как процесс сгорания происходит по смешанному циклу, т.е. как при V = const так и при P = const, то ; – коэффициент использования теплоты (для двигателей со свободным впуском 0,82; с наддувом 0,86); – степень повышения давления (для двигателей со свободным впуском 2,0; с наддувом – 1,5).

Температура T_z для газодизельных двигателей находится в пределах 1800…2000 К.

Давление сгорания

, МПа,

где – степень повышения давления (выбирается из таблицы 2.1 в пределах изменения для дизельных двигателей).

Степень предварительного расширения

.

Изменения « » находятся в незначительных пределах по причине меньших значений .

РАСШИРЕНИЕ

Степень последующего расширения для смешанного цикла сгорания .

Температура и давление конца расширения

, К, , МПа.

Проверка правильности выбора температуры остаточных газов

, К.

В случае расхождения полученной температуры с принятой 47анее величиной T_r более чем на 10…15% следует задаться вновь исходными данными и повторить расчет.