Расчет параметров рабочего тела на входе в цилиндры

Температура воздуха на выходе из компрессора:

 , К (14)

Если в выбранной схеме предусмотрен охладитель, то температура после охладителя на входе в дизель определяется соотношением:

 , К (15)

где h_х - коэффициент эффективности охладителя;

Т_W - температура теплоносителя, охлаждающего наддувочный воздух.

Для водовоздушных охладителей h_х находится в пределах 0,75 - 0,7, для воздуховоздушных охладителей величина может быть принята в пределах h_х = 0,35 - 0,5.

Температура воды, охлаждающей на тепловозе наддувочный воздух, может приниматься равной 330 К при нормальных наружных условиях (нормальные атмосферные условия: р₀=0,103 МПа, Т₀=293 К).

В случае применения воздуховоздушного охладителя температура Т_W принимается равной Т₀=293 К.

Потери давления воздуха по тракту и в воздухоохладителе оцениваются приближенно:

 , (16)

где x_S - коэффициент потерь; выбирается в пределах 0,92 - 0,95.

При проектировании двухтактного дизеля в зависимости от требуемой величины наддува применяют одно- или двухступенчатый наддув. При давлении Р_S  0,15 МПа применяют одноступенчатый наддув с механическим приводом компрессора. В качестве компрессора применяют объемный нагнетатель или центробежный компрессор. В этом случае охлаждение наддувочного воздуха не производят. Расчет мощности компрессора и температуры воздуха на входе в дизель производят по формулам (13, 14). Коэффициент полезного действия объемного нагнетателя принимают равным 0,65 - 0,7, а потребляемая мощность N_ПН18 кВт.

При давлении Р_S 0,15 МПа применяют двухступенчатый наддув с охлаждением наддувочного воздуха. Схема воздухоснабжения зависит от конкретных данных и выбирается студентом. Порядок расчета мощности, потребляемой компрессорами, и температуры на входе в дизель аналогичен описанному выше для четырехтактного дизеля. Следует учесть, что общая степень повышения давления в компрессорах:

 , (17)

Выбор степеней повышения давления воздуха в ступени сжатия зависит от схемы воздухоснабжения. Как правило, степень повышения давления воздуха в компрессоре, приводимого от вала дизеля, не превышает 1,25 - 1,35 и выбирается из условий обеспечения работы двигателя на холостом ходу при минимальной угловой скорости коленчатого вала.

При двухступенчатом сжатии температура воздуха на выходе из компрессора 1-й ступени сжатия определяется по формуле:

, К (18)

При промежуточном охлаждении наддувочного воздуха его температура на выходе из компрессора второй ступени составляет:

 , К (19)

где Т₁^I, Т₂^I - температура воздуха на входе (1) и выходе (2) из компрессора I-й ступени сжатия (для современных тепловозных дизелей t₂^I=100 - 140⁰С );

_К(I), _К(II) - степень повышения давления воздуха в I и II -й ступенях сжатия;

h_К(I), h_К(II) - КПД компрессора I и П ступеней сжатия.

Потери давления наддувочного воздуха оцениваются на основании соотношения (16).

 

Процессы наполнения и сжатия

 

Давление свежего заряда в конце наполнения определяется по формулам:

· для 4-х тактных двигателей без наддува:

Р_а = (0,85 - 0,90)^.Р₀ , (20)

· для 4-х тактных двигателей с наддувом:

Р_а = (0,90  0,96)^.Р_S , (21)

· для 2-х тактных двигателей о прямоточной продувкой:

Р_а = (0,85  0,90)^.Р_S , (22) .

Температура воздуха в конце наполнения:

 , К (23)

где Т_S - температура воздуха на входе в двигатель;

 DТ - приращение температуры воздуха в цилиндре;

 Т_r - температура остаточных газов в цилиндре двигателя;

 g_r - коэффициент остаточных газов.

Величина:

 , К (24)

где DТ_кин - повышение температуры свежего заряда за счет преобразования кинетической энергии в тепловую (DТ_кин = 5 - 7 К);

 DТ_m - повышение температуры воздушного заряда за счет подогрева от стенок цилиндра (DТ_m = 5 - 8 К).

Величины коэффициента остаточных газов и Т_r принимаются в пределах:

· 4-х тактные дизели без наддува g_r = 0,03 -,6, Т_r = 700 - 800 К;

· 4-х тактные дизели c наддувом g_r = 0,01 ,3, Т_r = 600  700 К;

· 2-х тактные дизели с клапанно-щелевой продувкой g_r = 0,06 ,8,

Т_r = 700  800 К;

· 2-х тактные дизели c прямоточно-щелевой продувкой g_r = 0,03 ,6,

Т_r = 600  700 К.

Коэффициент наполнения h_V определяется по формуле:

 , (25)

где e - степень сжатия;

 G_д1 – коэффициент, учитывающий дозарядку цилиндров двигателя G_д1=1,02  1,7.

Перед определением h_V необходимо выбрать величину степени сжатия e.

При выборе e учитывают максимально-допустимое давление сгорания в двигателе [Р_Z]_maх. Выбранная величина степени сжатия не должна превышать значения:

 , (26)

где  - степень повышения давления при сгорании;

 n₁ - среднее значение показателя политропы сжатия.

Допустимое давление сгорания [Р_Z]_maх в современных дизе­лях находится в пределах 12 - 14 МПа и зависит от выбранной конструкции двигателя.

Степень повышения давления  и степень сжатия e выбираются так, чтобы величина  находилась в пределах 1,3 - 1,8, а величина e в пределах, указанных на рис. 2.

Показатель политропы сжатия n₁ в современных двигате­лях зависит от конструкции системы охлаждения и потерь тепла в цилиндре при сжатии. Величина n₁ выбирается в пределах 1,34  1,36.

Определяем действительный рабочий объем цилиндра V_h^` в момент закрытия впускного органа газораспределения (фаза j_а):

 , м³

где R – радиус кривошипа равен значению S/2, м;

  - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна  принимается (0,2  0,25);

 j_а - фаза запаздывания закрытия впускного органа определяется исходя из типа рассчитываемого двигателя и может соответствовать фазе j_а уже существующих тепловозных двигателей (см. табл.2.).

Таблица 2.

 

Дизель	ПД1М	K6S310DR	У1Д6	1Д12-400	1Д12Н-500	М756	Д70	Д49
Фаза jа,0пкв	35	35	48	48	50	56	46	28

 

Определяем объем сжатия:

 , м³

Количество свежего заряда в цилиндре в конце наполнения:

 , кг (27)

где Р_S^` - давление наддувочного воздуха в МПа.

Масса рабочего тела в цилиндре в конце наполнения:

 , кг

Давление воздуха в конце сжатия:

 , МПа (28)

Температура воздуха в конце сжатия:

 , К (29)

По условию возможности надежного самовоспламенения топ­лива значение температуры Т_С должно быть не менее 750 К.

Процесс сгорания

 

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры Т_Z и давления Р_Z рабочего тела в точке расчетной индикаторной диаграммы и степени предварительного расширения .

При расчетах рабочего цикла весовой состав дизельного топлива по химическим элементам принимается:

углерода С = 0,86, водорода Н = 0,13 и кислорода О = 0,1.

Коэффициент избытка воздуха  оказывает непосредственное влияние на качество процесса сгорания топлива, а, следовательно, и на величину индикаторного КПД двигателя. Для дизелей с наддувом при определенных значениях коэффициента избытка воздуха удельный расход топлива достигает минимального значения.

Ориентировочно можно принимать, что расчетная величина коэффициента избытка воздуха находится в пределах для комбинированных двигателей  = 1,8  2,2, для двигателей без наддува -  = 1,7 - 2,0.

Определяем цикловую подачу топлива:

 , кг/цикл (30)

Цикловая подача современных тепловозных двигателей находится в пределах 0,305 - 1,46 г/цикл. Для определения температуры газов в конце "видимого" сгорания топлива точка “z” расчетной индикаторной диаграммы используют уравнение сгорания:

 , (31)

где x_Z - коэффициент использования теплоты в точке “z”;

mC_V^’ - средняя молярная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, кДж/моль^.К;

mC_Р^’ - средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении в точке “z”, кДж/моль^.К;

_Z - расчетный коэффициент молекулярного изменения в точке “z”;

Т_Z - температура рабочего тела в точке “z”, К;

L₀ - количество киломолей воздуха, необходимое для сгорания I кг топлива при к = 1 (L₀ = 0,486).

Так как величины теплоемкостей приближенно являются ли­нейными функциями температуры, то уравнение (31) является квадратным относительно Т_Z.

Рекомендуется следующий порядок определения величин, входящих в уравнение (31).

 

2.3.1. Определяют коэффициент молекулярного изменения при полном сгорании:

 , (32)

 

2.3.2. Выбирают значение коэффициента использования теп­лоты в пределах:

· для дизелей средней быстроходности x = 0,75 - 0,85;

· для быстроходных дизелей x = 0,8  ,9.

 

2.3.3. Выбирают коэффициент выделения теплоты Х _Z в конце "видимого" сгорания

Для двигателей средней быстроходности можно принять Х_Z = 0,65 - 0,9; для быстроходных дизелей Х_Z = 0,75 - 0,85.

 

2.3.4. Подсчитывают коэффициент использования теплоты в точке Z :

 , (33)

2.3.5. Коэффициент молекулярного изменения в точке Z :

 , (34)

 

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 292; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!