1. Основные допущения
В контрольной работе необходимо выполнить термодинамический расчёт идеализированного цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания и проанализировать результаты расчёта.
В соответствии со вторым законом термодинамики рассматривается замкнутый цикл двигателя с неизменным рабочим телом во всех термодинамических процессах, составляющих цикл.
Рабочее тело – воздух, подчиняющийся уравнению состояния идеального газа.
Расчёт выполняется с использованием средних мольных теплоёмкостей рабочего тела (воздуха), которые зависят только от температуры.
Термодинамические процессы, составляющие цикл, равновесные и обратимые, процессы сжатия и расширения – политропные.
С целью расчёта параметров двигателя, в исходные данные дополнительно включены число цилиндров двигателя, частота вращения его коленчатого вала и тактность двигателя.
2. Содержание контрольной работы и пояснительной записки
Содержание пояснительной записки к проекту.
Описать цикл двигателя и выполнить его термодинамический расчёт. Описание цикла должно быть основано на подробных комментариях термодинамических процессов, из которых образован цикл двигателя. В описании привести различные формы уравнений связи между параметрами состояния рабочего тела в этих термодинамических процессах, а также показать, как можно рассчитать работу рабочего тела и подведенную (отведенную) теплоту. Выполнить контроль точности термодинамического расчёта цикла двигателя.
В расчётной части:
а) определить параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла;
б) определить параметры состояния рабочего тела в дополнительных точках для построения индикаторной диаграммы цикла;
в) рассчитать работу рабочего тела и подведенную (отведенную) к нему теплоту во всех термодинамических процессах, составляющих цикл;
г) рассчитать результирующую работу рабочего тела, суммарную подведенную и отведенную теплоту в цикле, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторную мощность двигателя;
д) рассчитать термический коэффициент полезного действия цикла и выполнить его сравнение с термическим коэффициентом полезного действия цикла Карно, реализованного в этом же диапазоне температур;
е) рассчитать цикловые расходы топлива и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха;
з) построить индикаторную диаграмму цикла;
и) рассчитать и построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, включая зависимость удельного расхода топлива от частоты вращения коленвала двигателя.
Изложение должно сопровождаться таблицами, в которые заносятся параметры, необходимые для построения индикаторной диаграммы цикла и внешней скоростной характеристики двигателя.
Вычисления выполнить с точностью:
температуры—до 1.0 К;
давления— до 0.1 кПа (100Па);
объема — до 0.001 л (0.001 дм3);
энергии, теплоты и работы —до 1 Дж;
мощности — до 1 кВт;
момента – до 1Нм;
мольной теплоемкости — до 0.01 Дж/(моль*К);
3. Математическое моделирование идеализированного цикла поршневого ДВС со смешанным процессом подвода тепловой энергии и с политропными процессами сжатия и расширения рабочего тела
Методика термодинамического расчета
3.1. Исходные данные
Рабочее тело — воздух, подчиняющийся законам идеального газа.
Давление рабочего тела в исходной точке “a” (начало процесса политропного сжатия) – Pа (рис. 1).
Температура рабочего тела в исходной точке - Tа.
Максимальный объем рабочего тела (полный объем цилиндра) - Vа.
Степень сжатия - ε — Vа/Vс (Vс –наименьший объём рабочего тела после политропного сжатия).
Степень повышения давления рабочего тела в изохорном процессе подвода тепловой энергии λ = Pу/Pс = Pz/Pc (Pс, Ру и Pz - давление рабочего тела в характерных точках цикла – см. рис.1).
Cтепень предварительного расширения рабочего тела в изобарном процессе подвода тепловой энергии к рабочему телу - ρ = Vz/Vс.
Показатель политропы сжатия рабочего тела (воздуха) –n1.
Показатель политропы расширения рабочего тела – n2.
Частота вращения коленчатого вала двигателя —N.
Число цилиндров в двигателе — i.
Тактность двигателя принята равной четырём.
.
Рис.1. Индикаторная
диаграмма термодинамического цикла с
изохорно – изобарным процессом подвода
энергии в тепловой форме