Семестровая работа №1 топливо, газовые смеси и теплоемкость

В двигателе внутреннего сгорания при условии А сжигается топливо В. В качестве окислителя используется воздух с температурой Т₁. Заданы также коэффициенты избытка воздуха и коэффициент полноты сгорания . Определить теоретическое значение максимальной температуры горения Т_z. Теплотой, вносимой топливом, пренебречь.

Указания к выполнению семестровой работы

1. Условие А, вид топлива В, Т₁, и берутся из таблицы 1.1 в соответствии с вариантом работы.

2. Характеристики топлива берутся из приложения (табл. П.1.1).

3. Формулы средних изохорных массовых теплоемкостей приведены в приложении (табл. П.1.2).

4. Результаты расчета сводятся в таблицу 1.2.

Методика расчета семестровой работы

В цилиндре двигателя внутреннего сгорания при условии р = const сжигается мазут. В качестве окислителя используется воздух с температурой Т₁, К. Коэффициент избытка воздуха Коэффициент полноты сгорания топлива .

1. Максимальная теоретическая температура сгорания находится с помощью уравнения теплового баланса

,

где – коэффициент полноты тепловыделения;

– низшая теплота сгорания топлива;

Q₀ – теплота, вносимая окислителем;

Q_п.сг – теплота, полученная продуктами сгорания.

2. Находим теплоту, выделяющуюся при сжигании топлива

,

где значение берется из таблицы П.1.1, а значение  берется из таблицы 1.1.

3. Находим теплоту, вносимую окислителем (в нашем примере при р = const)

;

Таблица 1.1

Исходные данные

№ вар.	Условие А	Вид топлива В	Т1, К
1	v = const	бензин	630	1,00	0,95
2	v = const	бензин	635	1,05	0,96
3	v = const	бензин	640	1,10	0,97
4	v = const	пропан	680	1,15	0,96
5	v = const	пропан	690	1,20	0,98
6	v = const	керосин	520	1,00	0,85
7	v = const	керосин	530	1,05	0,86
8	v = const	керосин	540	1,10	0,90
9	v = const	бутан	700	1,15	0,97
10	v = const	бутан	710	1,20	0,98
11	v = const	этанол	660	1,00	0,90
12	v = const	этанол	665	1,05	0,91
13	v = const	этанол	670	1,10	0,92
14	v = const	этанол	675	1,15	0,93
15	v = const	этанол	680	1,20	0,94
16	v = const	метанол	660	1,00	0,91
17	v = const	метанол	665	1,05	0,92
18	v = const	метанол	670	1,10	0,93
19	v = const	метанол	675	1,15	0,94
20	v = const	метанол	680	1,20	0,95
21	p = const	соляровое масло	1000	1,20	0,95
22	p = const	соляровое масло	1010	1,25	0,96
23	p = const	соляровое масло	1020	1,30	0,97
24	p = const	соляровое масло	1030	1,35	0,98
25	p = const	соляровое масло	1040	1,40	0,91
26	p = const	соляровое масло	1050	1,45	0,92
27	p = const	соляровое масло	1060	1,50	0,93
28	p = const	соляровое масло	1070	1,55	0,94
29	p = const	соляровое масло	1100	1,60	0,96
30	p = const	мазут	1000	1,50	0,93
31	p = const	мазут	1010	1,55	0,94
32	p = const	мазут	1020	1,60	0,945
33	p = const	мазут	1040	1,65	0,950
34	p = const	мазут	1050	1,70	0,955

Таблица 1.2

Таблица результатов расчета

ср возд,	moвозд,	,	mвозд,	mп.сг,	ср п.сг,	Тz, K

3.1. Определяем среднюю изохорную массовую теплоемкость воздуха c_{v возд} в интервале (0… Т₁) К по формуле, приведенной в таблице П.1.2, где Т₁ берется из таблицы 1.1.

Вычисление средней изобарной массовой теплоемкости в том же интервале температур осуществляется по формуле Майера

,

где R – характеристическая газовая постоянная (см. таблицу П.1.2).

3.2. Масса воздуха находится из уравнения

,

где берется из табл. 1.1;

m⁰_возд – теоретически необходимое количество воздуха, определяется по формуле

,

(состав топлива приведен в таблице П.1.1).

4. Вычисляем теплоту, внесенную в цилиндр двигателя окислителем и сгоревшим топливом

.

5. Определение теплоты продуктов сгорания осуществляется по формуле

,

где Т_z – искомое теоретическое значение максимальной температуры горения.

Находим массу продуктов сгорания

.

1. Вычисляем массовые доли компонентов в продуктах сгорания

;

;

;

.

2. Находим формулу средней изобарной массовой теплоемкости продуктов сгорания в интервале температур (0…Т_z) К:

Теплоемкости с_р находятся на основе таблицы П.1.2 с использованием формулы Майера.

Например, при Т = Т_z из таблицы П.1.2 имеем

; R = 0,189 .

В соответствии с формулой Майера

.

3. Находим формулу теплоты продуктов сгорания подставив найденные значения в формулу в п.5.

6. Для определения максимальной теоретической температуры горения используем уравнение теплового баланса (см. п.1), из которого находим Т_z.

Примечание. При решении уравнения в пункте 6 относительно Т_z, получается два решения. В соответствии с физическим смыслом абсолютной температуры принимаем Т_z > 0.