1 Общая теоретическая часть

1.1 Постановка задачи

Задача сформулирована в такой постановке, когда при известном назначении двигателя, при данных выходных показателях (мощности, частоте вращения вала), а также заданном виде топлива и числе цилиндров определяют размеры цилиндра (диаметр цилиндра D, ход поршня S). На основе разработанной физико-математической модели (ФММ) с помощью персонального компьютера получают:

 расчетную индикаторную диаграмму двигателя, для этого рассчитывают функции V(), m(), T(), p(), то есть зависимости объема, массы, температуры и давления в рабочей полости от угла поворота кривошипа;

 цикловые показатели (индикаторную работу L_і; индикаторную мощность N_i)

 удельные цикловые энергетические и экономические показатели (среднее индикаторное давление р_і; индикаторный КПД _і; удельный индикаторный расход топлива g_i);

 данные о характере и степени влияния определенного выбранного фактора Z (конструктивного, режимного, регулировочного, эксплуатационного) на показатели двигателя;

 силы, действующие на основные детали кривошипно-шатунного механизма;

 крутящие моменты, действующие на каждую коренную шейку вала и на выходном валу двигателя.

Решение поставленных вопросов позволяет:

 дать оценку технического качества двигателя в отношении эффективности и экономичности;

 сформулировать рекомендации о величине или оптимизации одного из факторов Z, выбранного для исследования; если конкретные рекомендации дать невозможно, то ограничиваются констатацией выявленного влияния фактора Z на показатели двигателя и объяснением физических причин этого влияния;

 оценить действующие силы и моменты, что необходимо для прочностных расчетов деталей кривошипно-шатунного механизма (поршня, поршневого пальца, шатуна, кривошипа, коленчатого вала, подшипников);

 проверить соответствие полученных расчетных данных, реальных функций М() в течение цикла средним значениям М_ср на выходном валу двигателя.

1.2 Методы решения задачи

Основную трудность представляет тепловой расчет двигателя в связи с тем, что на процесс преобразования теплоты в механическую работу оказывает влияние большое число факторов.

При выборе метода решения задачи исходят из условий обеспечения двух основных требований: точности решения и сложности. Эти требования противоречивы, так как стремление повысить точность расчетов приводит к увеличению числа учитываемых факторов или явлений, что неизбежно увеличивает сложность решения. На практике метод решения задачи выбирают, учитывая конкретно поставленную цель, потому что расчеты бывают оценочные, поверочные, исследовательские, учебные и т.п.

Все существующие модели теплового расчета условно подразделены на уровни.

При термодинамическом исследовании применена модель нулевого уровня. Она является самой приближенной, так как не учитывает такие важные процессы, как массообмен и теплообмен и многие другие, но позволяет четко установить роль важных геометрических и термодинамических показателей (степени сжатия, степени повышения давления, степени предварительного расширения) при оценке энергетической эффективности и экономичности циклов ДВС.

Моделью первого уровня назван метод Гриневецкого-Мазинга. Его основу по-прежнему составляет термодинамика, но расчет многих процессов выполняется уточненно с учетом статистических экспериментальных данных, полученных на двигателях различных типов.

Модель теплового расчета второго уровня разработана на основе дифференциальных балансовых уравнений (рассматривается баланс массы и баланс энергии), к которым добавлены кинематические уравнения, а также уравнения состояния рабочего тела и его состава.

Модели третьего и последующего уровней являются теоретической базой для научных исследований с учетом многих специфических условий и явлений, имеющих место в рабочей полости ДВС (например, неоднородности рабочего тела в камере, нестационарного характера течения газа через органы газораспределения или элементы проточной части турбины в КДВС, локального и нестационарного характера теплообмена, диссоциации продуктов сгорания при высоких температурах и т.д.).

В настоящем курсовом проекте использована физико-математическая модель второго уровня, подробное изложение которой дано ниже.