X. Пример теплового расчета

10.1. По заданному литражу выбираем прототип:

ГАЗ – 3111-113;

10.2. Размеры цилиндров и скорость поршня.

Ход поршня рассчитываем исходя из заданного литража (2,52 л) и отношения S/D. Принимаю S/D = 1, т.е. короткоходный двигатель.

D =100· = 92,91 мм;

Принимаем: S = 93 мм — ход поршня;

D = 93 мм — диаметр поршня.

Степень сжатие задана ε = 10,1.

V_ср = S ∙ n_N / 3·104 = 93·4500/ 3·104 = 13,95 м/с.

10.3. Расчётные режимы по частоте (заданы).

n_min = 875 min ^– ¹ – минимальная частота;

n_М = 2250 min ^– ¹ – частота при максимальном моменте;

n_N = 4500 min ^– ¹ – частота при максимальной мощности;

n_max = 4950 min ^– ¹ – максимальная частота.

10.4. Марка топлива.

АИ – 92, где 92 – октановое число установленное по исследовательскому методу.

10.5. Определяем низшую теплоту сгорания топлива, параметры рабочего тела

при заданном ε = 10,1 и бензине АИ – 92 средний элемент, состав и молекулярная масса бензина по формуле:

C = 0,855; H = 0,145; m_т = 115 кг/кмоль.

Н_u = 33,91C +125H – 10,89(O – S) – 2,51(9H + W),

где W = 0; O = 0; S = 0.

Отсутствует влага и сера.

Подставим:

Н_u = 33,91· 0,855 + 125,6· 0,145 – 2,51·(9· 0,145 + 0) = 43,93 кДж/кг·топлива

Параметры рабочего тела.

а) Определяем количество воздуха для полного сгорания топлива.

L_o = (1/0,208)(C/12+H/4 – O/32),

L_o = (1/0,208)·(0,85/12 + 0,145/4) = 0,517 кмоль воздуха/кг топлива.

б)

l_o = (1/0,23)·(8/3·C + 8·H – 0),

l_o = (1/0,23)·(8/3·0,855+8·0,145) = 14,957 кг воздуха/кг топлива.

10.6. Коэффициент избытка воздуха.

α = L_g/L_o = l_g / l_o,

где L_g, l_g — соответственно количество кмолей и количество кг воздуха содержащегося в составе свежей смеси; L_o, l_o — соответственно количество кмолей и количество кг воздуха теоретически необходимого (стехиометрическое) для полного сгорания одного кг топлива.

Значение величин α задано в задании при соответствующих частотах

n_min = α = 0,96; n_М = α = 1; n_N = α =1; n_max = α = 0,98.

10.7. Количество свежей смеси.

M₁ = α·L_o + 1/m_т ,

где α – коэффициент избытка воздуха, m_т = 115 кг/кмоль – молекулярная масса топлива.

M₁ (n_min) = 0,96·0,517+1/115 = 0,5049 кмоль свежей смеси/кг топлива;

M₁(n_М ) = 1·0,517 +1/115 = 0,52552 кмоль свежей смеси/кг топлива;

М₁(n_N ) = 1·0,517+1/115 = 0,52552 кмоль свежей смеси/кг топлива;

M₁(n_max) = 0,84·0,517+1/115 = 0,51519 кмоль свежей смеси/кг топлива.

10.8. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания.

Принимаем K = 0,47 (для бензина K = 0,45 … 0,5),

где K — коэффициент, определяющий отношение количество водорода (H₂) к количеству окиси углерода (CO) содержащегося в продуктах сгорания.

M_СО2 = (C/12) – 2·((1– α)/(1 + K))·0,208·L_о; M_СО = 2·1– α/1 + K·0,208·L_o;

M_H2O = (H/2) – 2K ·((1– α)/(1+ K))·0,208·L_o; M_H2 = 2K·1– α/1 + K·0,208·L_o;

M_N2 = 0,792·α·L_o;

M_СО2 (n_min) = (0,855/12) – 2·[(1– 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0654 кмоль CO₂ /кг топлива;

M_СО (n_min) = 2· [(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00585 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_min) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07 кмоль

H₂O /кг топлива;

M_H2 (n_min) = 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00275 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2 (n_min) = 0,792·0,96·0,517 = 0,39295 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО2 (n_М ) = (0,855/12) – 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO₂ /кг топлива;

M_СО (n_М ) = 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_М ) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H₂O /кг топлива;

M_H2 (n_М ) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2 (n_М ) = 0,792·1·0,517 = 0,40933 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО2 (n_N ) = (0,855/12) – 2·[(1 – 1)/(1 + 0,5)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO₂ /кг топлива;

M_СО (n_N ) = 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_N ) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H₂O /кг топлива;

M_H2 (n_N ) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2 (n_N ) = 0,792·1·0,517 = 0,40114 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО2 (n_max) = (0,855/12) – 2·[(1 – 0,98)/(1 + 0,5)]·0,208·0,517 = 0,06832 кмоль

CO₂ /кг топлива;

M_СО (n_max) = 2·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00293 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_max) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,071 кмоль

H₂O /кг топлива;

M_H2 (n_max) = 2·0,47·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,001375 кмоль H₂ /кг

топлива;

M_N2 (n_max) = 0,792·0,98·0,517 = 0,40114 кмоль N₂ /кг топлива.