Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1261 вуз, 4614 предмет.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Кузбасский государственный технический университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

Транспортная энергетика

.pdf
Скачиваний:
24
Добавлен:
10.05.2015
Размер:
9.79 Mб
Скачать
☆

mc

''

tc CO 20,597 2,67 10 3

t

c

, кДж/(кмольºград);

(1.27)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

''

tc

 

 

 

 

27,941 19 10

3

t

 

 

54,87 10

7

t

2

, кДж/(кмольºград);

mc

 

 

CO

2

 

c

 

 

c

 

 

V to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.28)

mc

 

 

tc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

''

H

2

20,684 0,206 10 3 t

c

 

5,88 10 7

t

 

2

, кДж/(кмольºград);

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

(1.29)

mc

 

 

tc H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

''

2

O 24,953 5,359 10

3 t

c

, кДж/(кмольºград);

(1.30)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

tc O

2

20,93 4,641 10 3 t

c

8,4 10 7 t

c

2 , кДж/(кмольºград);

(1.31)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

tc

N

2

20,398 2,5 10 3 t

c

, кДж/(кмольºград).

(1.32)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.5. Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси

 

 

 

 

 

mc'

 

tc

1

mc

tc

 

r

mc''

tc , кДж/(кмольºград).

(1.33)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

to

 

 

V

to

 

 

 

 

 

 

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Расчет процесса сгорания 1.4.1. Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

0

M 2

.

(1.34)

M1

 

 

 

1.4.2. Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

 

0 r

.

(1.35)

 

 

1 r

 

1.4.3. Количество тепла Hu , потерянного вследствие неполноты

сгорания топлива

При 1

Hu = 0.

 

 

 

 

При <1 Hu = 120 1 L0 , МДж/кг.

(1.36)

1.4.4. Теплота сгорания рабочей смеси

 

 

 

H P.C.

Hu Hu

 

10

3

, кДж/кмоль.

(1.37)

 

M1 1 r

 

 

 

 

 

 

 

10

1.4.5. Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

mc''

tz

 

1

i n

 

mc''

tz i

 

 

 

M

i

, кДж/(кмольºград)

(1.38)

 

V

to

 

M 2

 

V

to

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

где Mi – количество i-го компонента продуктов сгорания (см. п. 1.1.6);

mcV'' tz i – средняя мольная теплоемкость i-го компонента продуктов сго-

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рания.

 

tz CO 22,49 1,43 10 3 t

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

z

, кДж/(кмольºград);

(1.39)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

tz CO

2

39,123 3,349 10 3

t

z

, кДж/(кмольºград);

(1.40)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

tz

H

2

19,768 1,758 10 3 t

z

 

, кДж/(кмольºград);

(1.41)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

tz

H

2

O 26,67 4,438 10 3 t

z

, кДж/(кмольºград);

(1.42)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

tz

O

2

23,723 1,55 10 3 t

z

, кДж/(кмольºград);

(1.43)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mc

''

tz

N

2

21,951 1,457 10 3 t

z

 

, кДж/(кмольºград).

(1.44)

V

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания, рассчитанная по формуле (1.37), должна быть определена в виде

mc''

tz

X Y t

z

.

(1.45)

V

to

 

 

 

1.4.6. Коэффициент использования тепла

Коэффициент использования тепла z выражает долю Hu , использованную на повышение внутренней энергии рабочего тела, и принимается:

для бензиновых двигателей z 0,75…0,85; для дизелей z 0,70…0,80.

Большие значения относятся к двигателям с совершенным смесеобразованием и минимальными потерями тепла рабочего тела из-за передачи его к стенкам цилиндра.

1.4.7. Уравнение сгорания

Для бензиновых двигателей уравнение сгорания имеет вид

z H P.C mcV'

tc

tc mcV''

tz

tz ,

(1.46)

 

to

 

to

 

 

где – коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

11

Для дизельных двигателей уравнение сгорания имеет вид

 

z

H

P.C

 

mc'

tc

8,315

 

t

c

2270 mc

''

tz

t

z

, (1.47)

 

 

 

 

V

to

 

 

 

 

p

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где mc'p' tzto mcV'' tzto 8,315 , кДж/(кмольºград) – средняя мольная тепло-

емкость продуктов сгорания при постоянном давлении; – степень повышения давления;

для дизелей с неразделенными камерами сгорания 1,6…2,5; для дизелей с разделенными камерами сгорания 1,2…1,8.

Для решения уравнения необходимо в нем величину mcV'' tzto или

mc'p' tzto (в зависимости от типа двигателя) заменить выражением (1.45). Затем уравнение упростить и привести к виду

2

b t z c 0 ,

(1.48)

a t z

где tz – температура конца сгорания, С; a, b, c – константы. Решение уравнения (1.48) имеет вид:

 

b

b2 4ac

 

t z

 

 

, С.

(1.49)

 

 

 

 

2a

 

 

Tz t z 273 , К.

(1.50)

Температура конца сгорания изменяется в пределах: для бензиновых двигателей Tz = 2400…2900 К;

для дизелей Tz = 1800…2300 К.

1.4.8. Максимальное давление сгорания

Для бензиновых двигателей

Tz

 

 

P P

, МПа.

(1.51)

 

z c

Tc

 

 

Для дизелей

 

 

 

 

 

Pz Pc , МПа.

(1.52)

1.4.9. Степень повышения давления (для бензиновых двигате-

лей)

 

Pz

.

(1.53)

 

 

Pc

 

12

1.5. Расчет процесса расширения 1.5.1. Степень предварительного расширения (для дизелей)

 

 

 

Tz

.

(1.54)

 

 

 

 

 

Tc

 

1.5.2. Степень последующего расширения (для дизелей)

 

 

.

(1.55)

 

 

 

 

1.5.3. Давление в конце расширения

Для бензиновых двигателей:

 

 

P

Pz

, МПа.

(1.56)

 

B

 

 

 

 

n2

 

 

Для дизелей:

 

 

P

Pz

, МПа,

(1.57)

 

B

 

 

 

 

n2

 

 

где n2 – средний показатель политропы расширения.

Величина n2 зависит от интенсивности теплообменом между рабочим телом и стенками цилиндра, камеры сгорания и днища поршня. Подвод тепла к рабочему телу или сокращение отвода тепла на линии расширения приводит к уменьшению среднего показателя политропы расширения. Величину n2 можно оценить по величине адиабаты расширения k2 для соответствующих значений , и Tz по номограммам (прил. 1 рис. 2, 3). По опытным данным показатель n2 незначительно отличается от показателя k2 и, как правило, в меньшую сторону.

1.5.4. Температура в конце расширения

Для бензиновых двигателей

 

 

 

 

T

Tz

 

.

(1.58)

B

n2

1

 

 

Для дизелей

 

 

 

 

 

 

T

Tz

 

.

(1.59)

B

n2

1

 

 

 

 

 

13

1.5.5. Проверка корректности принятых величин

В начале расчета процесса впуска (п. 1.2.5) априорно было принята величина Tr . Точность выбора этой величины проверяется по формуле

Tr

 

TB

 

 

.

(1.60)

 

 

 

 

3 P

 

 

P

 

 

 

B

r

 

При расхождении между принятой в п. 1.2.5 температурой остаточных газов и расчетной величиной более 5 % величины Tr и Pr необходимо изменить принятые величины и повторить тепловой расчет.

1.6. Индикаторные показатели рабочего цикла 1.6.1. Теоретическое среднее индикаторное давление

Для бензиновых двигателей

 

 

P'

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

, МПа.

(1.61)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

1 n

2

1

 

 

n2

1

 

 

n 1

 

 

 

n1 1

 

 

Для дизелей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P'

 

P

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1 , МПа.

(1.62)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

1 n

2

1

 

 

n2 1

 

 

n 1

 

 

n1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6.2. Среднее индикаторное давление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

n

P'

, МПа,

 

(1.63)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

где n – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Коэффициент n учитывает уменьшение площади индикаторной диаграммы, связанное с опережением открытия и запаздыванием закры-

тия клапанов:

 

 

 

для бензиновых двигателей

n = 0,94…0,97;

 

для дизелей n = 0,92…0,95.

 

1.6.3. Индикаторный КПД

Pi l0

 

 

 

 

i

 

 

,

(1.64)

 

 

 

Hu возд V

 

где Pi – среднее индикаторное давление, МПа; l0

– теоретически необ-

ходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива; Hu – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; возд – плотность заряда, кг/м3; V – коэффициент наполнения.

14

1.6.4. Индикаторный удельный

расход топлива

 

gi

3600

, г/(кВт∙ч).

(1.65)

 

 

Hu i

 

1.7. Эффективные показатели рабочего цикла 1.7.1. Среднее давление механических потерь

Для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D > 1:

PM 0,049 0,0152 Vп.ср , МПа.

(1.66)

Для бензиновых восьмицилиндровых двигателей:

 

PM 0,039 0,0132 Vп.ср , МПа.

(1.67)

Для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S / D 1 :

PM 0,034 0,0113 Vп.ср , МПа.

(1.68)

Для дизелей с неразделенными камерами:

 

PM 0,089 0,0118 Vп.ср , МПа.

(1.69)

Для предкамерных дизелей:

 

PM 0,103 0,0153 Vп.ср , МПа.

(1.70)

Для вихрекамерных дизелей:

PM 0,089 0,0135 Vп.ср , МПа, (1.71) где Vп.ср – средняя скорость поршня, м/с.

Величина Vп.ср зависит от размеров деталей кривошипно-шатунного

механизма и скорости вращения коленвала:

для бензиновых двигателей легковых автомобилей Vп.ср 12...15 м/с;

для бензиновых двигателей грузовых автомобилей Vп.ср 9...12 м/с;

для дизельных двигателей

Vп.ср 6,5...12 м/с.

1.7.2. Среднее эффективное давление

Pe Pi PM , МПа.

(1.72)

15

1.7.3. Механический КПД

M Pe .

Pi

1.7.4. Эффективный КПД

e i M .

1.7.5 Эффективный удельный расход топлива

ge 3600 , г/(кВт∙ч).

Hu e

1.7.6. Часовой расход топлива

GT ge Ne 10 3 , кг/ч.

1.8. Основные параметры цилиндра и двигателя 1.8.1. Рабочий объем двигателя

VЛ 30 Ne , л.

Pe n

1.8.2. Рабочий объем цилиндра

Vh VЛ , л. i

(1.73)

(1.74)

(1.75)

(1.76)

(1.77)

(1.78)

1.8.3. Диаметр поршня

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D 1003

4Vh

 

 

, мм.

(1.79)

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8.4. Ход поршня

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

S D S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, мм.

(1.80)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

Полученную величину диаметра поршня D следует округлить до

четных чисел.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8.5. Действительные параметры двигателя

 

Vл

D2

S i

, л.

 

 

 

(1.81)

 

 

4 106

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ne

 

Pe Vл n

, кВт.

 

 

 

(1.82)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M e

 

3 10

4

 

Ne

, Н∙м.

(1.83)

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

G

g

e

N

e

10 3 , кг/ч.

(1.84)

T

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

S n

, м/с.

(1.85)

 

 

 

 

 

п.ср

 

 

3 104

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученное расчетное значение эффективной мощности необходимо сравнить с ее заданной величиной. Разница между ними должна быть не более 5 %. В противном случае тепловой расчет необходимо повторить, введя необходимые изменения значений Pe , D.

Аналогично полученное значение средней скорости поршня может отличиться от принятого не более чем на 5 %. В противном случае величину Vп.ср нужно изменить и повторить расчет от п. 1.7.

1.9. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится на миллиметровой бумаге форматом 210 297 мм и помещается в пояснительной записке. Масштаб давления и объема выбирается с таким расчетом, чтобы высота индикаторной диаграммы была больше ширины в 1,2…1,7 раз.

Индикаторные диаграммы карбюраторного двигателя и дизеля имеют известные различия, поэтому их построение рассматривается раздельно.

1.9.1. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя

На оси абсцисс индикаторной диаграммы (рис. 1) от ее начала откладывается отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания:

ОА

АВ

, мм

(1.86)

 

 

1

 

где АВ – отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра в выбранном масштабе, мм.

От точки А откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра.

17

Рис. 1. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя

По данным теплого расчета на диаграмму наносят характерные точки r, a, c, z, b. Построение политроп сжатия и расширения осуществляют следующим образом. На отрезке АВ намечают несколько равномерно распределенных точек (не менее 6). Давления для этих точек определяется из уравнений:

для политропы сжатия:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

P

 

OB n1

 

 

x

 

 

a

 

 

 

, мм;

(1.87)

 

M p

M p

 

 

 

 

 

OX

 

 

для политропы расширения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

P

 

OB n2

 

 

X

 

 

 

B

 

 

 

 

 

, мм,

(1.88)

 

M p

 

 

M p

 

 

 

 

 

 

OX

 

 

где PX и VX – давление и объем в точке Х;

M p – масштаб давления,

МПа/мм.

Данные для построения политроп сжатия и расширения целесообразно свести в таблицу 1.3.

18

Таблица 1.3

№

ОХ, ОВ/ОХ

OB OX n1 Рх/Мр,

Рх,

OB OX n2 Рх/Мр,

Рх,

точки

мм

мм

МПа

мм

МПа

1

2

.

.

.

Вычисленные значения PX и VX наносят в масштабе на диаграмму. Полученные точки соединяют тонкой линией.

По индикаторной диаграмме определяют теоретическое среднее индикаторное давление:

 

P'

F

M

p

, МПа,

(1.89)

 

 

 

1

AB

 

 

где F – площадь индикаторной диаграммы, мм2; M p

– масштаб давле-

ния, МПа/мм.

 

 

 

 

 

 

Значение P'

, найденное от площади индикаторной диаграммы, не

1

 

 

 

 

 

 

должно отличаться от расчетного значения более чем на 5 %.

1.9.2. Индикаторная диаграмма дизеля

Индикаторная диаграмма дизеля (рис. 2) строится аналогично индикаторной диаграмме карбюраторного двигателя, за исключением того,

что политропу расширения необходимо строить не от точки Z ' , а от точ-

ки Z. Отрезок Z ' Z определяющий положение точки Z, находится из равенства:

Z 'Z OA 1 , мм,

(1.90)

где – степень предварительного расширения.

19

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности