- •X. Пример теплового расчета
- •10.6. Коэффициент избытка воздуха.
- •10.7. Количество свежей смеси.
- •10.8. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания.
- •10.9. Общее количество продуктов сгорания.
- •Процесс впуска.
- •10.10. Параметры окружающей среды.
- •10.11. Температура остаточных газов.
- •10.12. Давление остаточных газов.
- •10.13. Температура подогрева свежего заряда.
- •10.14. Плотность свежего заряда.
- •10.15. Потеря давления на впуске.
- •10.16. Давление в конце впуска.
- •10.17. Коэффициент остаточных газов в случае без наддува.
- •10.18. Температура в конце впуска.
- •10.19. Коэффициент наполнения.
- •Процесс сжатия.
- •10.25. Определение теплоёмкости остаточных газов.
- •10.26. Теплоёмкость рабочей смеси.
- •Процесс сгорания.
- •10.27. Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси.
- •10.28. Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.
- •10.30. Теплота сгорания рабочей смеси.
- •10.31. Определение средней мольной теплоты продуктов сгорания.
- •10.32. Определение температуры в конце видимого сгорания.
- •10.33. Определение максимального теоретического значения давления в конце сгорания.
- •10.34. Действительное максимальное давление в конце сгорания.
- •10.35. Определение степени повышения давления.
- •Процесс расширения и впуска.
- •Индикаторные параметры рабочего тела.
- •10.42. Теоретическое среднее индикаторное давление.
- •Эффективные показатели двигателя.
- •Мощностные, форсажные, массогабаритные показатели и параметры тепловой, механической и динамической напряжённости двс.
- •Тепловой баланс проектируемого двс.
- •10.56. Определение теплоты эквивалентной эффективной мощности.
- •10.57. Определение теплоты отведенной в охлаждающую среду.
- •10.58. Теплота, потерянная с уходящими газами.
- •10.59. Теплота потерянная от химической неполноты сгорания.
- •10.60. Теплота, введённая в двс.
- •10.61. Неучтённые потери теплоты.
- •10.62. Проверка расчётов.
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.
Vср = S ∙ nN / 3·104 = 93·4500/ 3·104 = 13,95 м/с.
10.3. Расчётные режимы по частоте (заданы).
nmin = 875 min – ¹ – минимальная частота;
nМ = 2250 min – ¹ – частота при максимальном моменте;
nN = 4500 min – ¹ – частота при максимальной мощности;
nmax = 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; mт = 115 кг/кмоль.
Нu = 33,91C +125H – 10,89(O – S) – 2,51(9H + W),
где W = 0; O = 0; S = 0.
Отсутствует влага и сера.
Подставим:
Нu = 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.
Lo = (1/0,208)(C/12+H/4 – O/32),
Lo = (1/0,208)·(0,85/12 + 0,145/4) = 0,517 кмоль воздуха/кг топлива.
б)
lo = (1/0,23)·(8/3·C + 8·H – 0),
lo = (1/0,23)·(8/3·0,855+8·0,145) = 14,957 кг воздуха/кг топлива.
10.6. Коэффициент избытка воздуха.
α = Lg/Lo = lg / lo,
где Lg, lg — соответственно количество кмолей и количество кг воздуха содержащегося в составе свежей смеси; Lo, lo — 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
nmin = α = 0,96; nМ = α = 1; nN = α =1; nmax = α = 0,98.
10.7. Количество свежей смеси.
M1 = α·Lo + 1/mт ,
где α – коэффициент избытка воздуха, mт = 115 кг/кмоль – молекулярная масса топлива.
M1 (nmin) = 0,96·0,517+1/115 = 0,5049 кмоль свежей смеси/кг топлива;
M1(nМ ) = 1·0,517 +1/115 = 0,52552 кмоль свежей смеси/кг топлива;
М1(nN ) = 1·0,517+1/115 = 0,52552 кмоль свежей смеси/кг топлива;
M1(nmax) = 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.
MСО2 = (C/12) – 2·((1– α)/(1 + K))·0,208·Lо; MСО = 2·1– α/1 + K·0,208·Lo;
MH2O = (H/2) – 2K ·((1– α)/(1+ K))·0,208·Lo; MH2 = 2K·1– α/1 + K·0,208·Lo;
MN2 = 0,792·α·Lo;
MСО2 (nmin) = (0,855/12) – 2·[(1– 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0654 кмоль CO2 /кг топлива;
MСО (nmin) = 2· [(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00585 кмоль CO /кг топлива;
MH2O (nmin) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07 кмоль
H2O /кг топлива;
MH2 (nmin) = 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00275 кмоль H2 /кг топлива;
MN2 (nmin) = 0,792·0,96·0,517 = 0,39295 кмоль N2 /кг топлива.
MСО2 (nМ ) = (0,855/12) – 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO2 /кг топлива;
MСО (nМ ) = 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;
MH2O (nМ ) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H2O /кг топлива;
MH2 (nМ ) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H2 /кг топлива;
MN2 (nМ ) = 0,792·1·0,517 = 0,40933 кмоль N2 /кг топлива.
MСО2 (nN ) = (0,855/12) – 2·[(1 – 1)/(1 + 0,5)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO2 /кг топлива;
MСО (nN ) = 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;
MH2O (nN ) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H2O /кг топлива;
MH2 (nN ) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H2 /кг топлива;
MN2 (nN ) = 0,792·1·0,517 = 0,40114 кмоль N2 /кг топлива.
MСО2 (nmax) = (0,855/12) – 2·[(1 – 0,98)/(1 + 0,5)]·0,208·0,517 = 0,06832 кмоль
CO2 /кг топлива;
MСО (nmax) = 2·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00293 кмоль CO /кг топлива;
MH2O (nmax) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,071 кмоль
H2O /кг топлива;
MH2 (nmax) = 2·0,47·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,001375 кмоль H2 /кг
топлива;
MN2 (nmax) = 0,792·0,98·0,517 = 0,40114 кмоль N2 /кг топлива.