7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха

В предыдущих разделах проекта рассчитано количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу – Qподв. Это тепло образуется в результате сгорания топлива. Низшая теплотворная способность дизельного топлива может быть принята равной 10400 ккал/кг. Учитывая, что

1ккал =427кгм = 4187Дж,

получим цикловый расход топлива (количество сгоревшего топлива в одном цилиндре за один цикл)

Gтц = Qподв/10400/4187 = 2461/10400/4187 =0.0000565кг

Количество воздуха, наполняющего один цилиндр двигателя за один цикл, определится из простейшего соотношения

Gвц = µ*Nмол/1000 = 28.96*0.06441/1000 = 0.001865кг,

где µ = 28.96кг/кмоль – молекулярная масса воздуха.

Учитывая, что для полного сгорания 1 килограмма дизельного топлива необходимо 14.8 килограмма воздуха [2], рассчитаем коэффициента избытка воздуха

α= Gвц/Gтц/14.8 = 0.001865/0.0000565/14.8 = 2.23

При относительно невысоком значении степени сжатия полученное значение коэффициента избытка воздуха велико. В этом случае следует ожидать, что двигатель будет иметь большие габариты и вес, он будет иметь невысокую эффективность, но такой двигатель может иметь высокий ресурс и относительно хорошие экологические характеристики. Студенту предоставляется возможность самостоятельно обосновать приведенные прогнозы.

7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.

Из простейших рассуждений легко получить зависимость для определения расхода топлива двигателя

Gт = Gтц*i*N*60/2 = 0.0000565*4*2000*60/2 = 13.55 [кг/час]

где i*N*60/2 – количество циклов совершаемых воздухом во всех цилиндрах двигателя за 1 час.

Мощность двигателя определим с учётом его механического коэффициента полезного действия и полагая, что полнота наполнения цилиндров двигателя рабочим телом учтена значениями давления и температуры воздуха в начале процесса сжатия. Механический коэффициент полезного действия примем в соответствии с рекомендациями [2] равным η_м = 0.76.

Pe^max = Ni*η_м = 82.9*0.76 = 63 кВт

По определению удельный расход топлива двигателем равен

g_e = 1000*Gт/P_e^max = 1000*13.55/63 = 215 [г/кВт*час]

8. Изменение энтропии в термодинамических процессах цикла

Ранее уже было получено уравнение для расчёта энтропии в любом термодинамическом процессе цикла.

Уравнение для удельной энтропии имеет вид

∆s = MCxm*ln(T_k /T_s),

а для полной -

∆S = Nмол*MCxm*ln(T_k /T_s);

здесь

MCxm – средняя мольная теплоёмкость рабочего тела в каком-либо термодинамическом процессе;

T_s и T_k – начальная и конечная температуры рабочего тела в этом же процессе;

Nмол – количество молей рабочего тела в цикле.

Т.к. для всех термодинамических процессов цикла средняя мольная теплоёмкость и начальная и конечная температуры рабочего тела рассчитаны для всех термодинамических процессов, то можно выполнить расчёт изменения энтропии в этих процессах. Для удобства выполнения расчётов составим таблицу.

Итак:

в политропном сжатии a-c

∆Sa-c = 0.06441*1.048*ln(843/310) = 0.068 Дж/K;

в изохорном процессе подвода тепла c-y

∆Sc-y = 0.06441*24.302*ln(1264/843) = 0.635 Дж/K;

в изобарном процессе подвода тепла y-z

∆Sy-z = 0.06441*34.498*ln(1770/1264) = 0.748 Дж/K;

в политропном расширении z-b

∆Sz-b = -0.06441*15.65*ln(1134/1770) = 0.449 Дж/K;

в изохорном процессе отвода тепла c-y

∆Sb-a = 0.06441*22.955*ln(310/1134) = -1.917 Дж/K

Термоди-намический процесс	Политроп-ное сжатие	Подвод тепла в процессе V = const	Подвод тепла в процессе P = const	Политроп- ное расшире- ние	Отвод тепла при V = const
MCxm, Дж/(моль*К)	1.048	24.302	34.498	-15.65	22.955
Ts, K	310	843	1264	1770	1134
Tk, K	843	1264	1770	1134	310
ΔS, Дж/K	0.068	0.635	0.748	0.4498	-1.917

Суммарное изменение энтропии рабочего тела за весь цикл

Σ∆S = ∆Sa-c + ∆Sc-y + ∆Sy-z + ∆Sz-b + ∆Sb-a =

= 0.068 + 0.635 + 0.748 + 0.449 - 1.917 = -0.018 Дж./К

В круговом термодинамическом процессе (в цикле) суммарное изменение энтропии должно быть равно нулю. Как видно, погрешность расчёта энтропии рабочего тела невелика и составляет

∆ = 100* Σ∆S/ABS(∆Sb-a) = 1%