4 Тепловой расчет двс

Целью теплового расчета ДВС является определение величин, необходимых для построения индикаторной диаграммы термодинамического цикла и уточнение основных характеристик двигателя.

Индикаторной диаграммой называется график изменения давления в цилиндре дизеля в зависимости от положения поршня. Диаграмма строится в координатах P-V (давление-объем) и представляет собой замкнутую кривую. Этот график получают во время работы дизеля при помощи специального прибора – индикатора. На индикаторной диаграмме каждая линия относится к определенному процессу цикла.

4.1 Теплота сгорания топлива

Важнейшей характеристикой топлива служит его теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. Она зависит от элементарного состава топлива.

Выберем следующий элементарный состав жидкого топлива, применяемого для ДВС:

Таблица 3

	Углерод	Водород	Кислород
Массовая доля, %	87	12,6	0,4

Низшую теплоту сгорания жидкого топлива определим по следующей формуле:

(2)

где Q_Н – низшая теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг;

C, H, O, – массовые доли углерода, водорода и кислорода в топливе.

МДж/кг

4.2 Процесс наполнения

Основными параметрами, характеризующими процесс наполнения, являются:

η_н – коэффициент наполнения;

γ_г – коэффициент остаточных газов;

Р_а – давление в конце наполнения;

Т_а – температура рабочей смеси;

Р_г – давление остаточных газов;

Т_г – температура остаточных газов.

Расчет процесса наполнения заключается в определении значений этих параметров.

Давление в конце наполнения:

(3)

где С₂ – наибольшая скорость протекания свежего заряда при открытии выпускных клапанов;

φ – коэффициент скорости истечения, учитывающий вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны (для дизеля с наддувом φ = 0,7..0,85), примем φ = 0,8;

Т₀ – температура окружающей среды, К, примем Т₀ = 293 К;

P_s – давление воздуха перед входом в цилиндр.

Для определения С₂ необходимо знать среднюю скорость поршня С_m и скорость поступающего заряда С₁ через живые сечения клапана.

Определим среднюю скорость поршня С_m по следующей формуле:

(4)

где S – ход поршня, м;

n – частота вращения дизеля, об/мин.

м/с

Посчитаем скорость поступающего заряда С₁ по следующей формуле:

(5)

где F – площадь поршня, м²;

f – площадь сечения полностью открытых впускных клапанов, м².

Величина К = F/f для быстроходных двигателей лежит в пределах 4,5..6. Примем К = 6.

м/с

Наибольшая скорость протекания свежего заряда через выпускной клапан:

(6)

м/с

(7)

где – падение давления в охладителе, примем Па

– давление воздуха после компрессора.

(8)

где – степень сжатия в компрессоре, примем .

Па

Па

Па

Коэффициент остаточных газов для четырехтактного двигателя с наддувом определяется по следующей формуле:

(9)

где ε – степень сжатия; для быстроходного двигателя с наддувом ε = 15..18; принимаем ε = 13.

Повышение температуры воздуха Δt в следствие нагрева его в системе двигателя составляет по опытным данным для четырехтактных дизелей с наддувом 5..10º. Давление остаточных газов P_г для быстроходных дизелей изменяется в пределах 1,05..1,15 кг/см². Температура остаточных газов Т_г для четырехтактного быстроходного дизеля составляет 770..850 К.

Исходя из этого, принимаем: Δt = 7º

P_г = 3,1·10⁵ Па

Т_г = 800 К

При расчете четырехтактного двигателя с наддувом должно быть учтено повышение температуры заряда Δt₁ в следствие сжатия в нагнетательном или продувочном насосе:

(10)

где n – показатель политропы сжатия в нагнетателе или насосе, n = 1,6.

К

Температура смеси перед входом в цилиндр:

(11)

где – падение температуры в охладителе, º.

К

Температура смеси в конце наполнения определяется по уравнению:

(12)

К

Коэффициент наполнения через коэффициент остаточных газов определяется следующим образом:

(13)