Тепловой расчет дизеля без наддува

1. По формулам (15), кмоль, и (16), кг, рассчитываем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

 кмоль;

 кг.

Проверка по (17):

m₀= μ_ВМ₀ = 29М₀ = 29×0,499 = 14,45 кг.               

2. Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании 1 кг топлива, с учетом коэффициента избытка воздуха a согласно (18):

α М₀ =1,4×0,499 = 0,699 кмоль;

α т₀ = 1,4×14,45 = 20,32 кг.

3. Определим по (25) количество, кмоль, продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг топлива:

Теоретический коэффициент молекулярного изменения по (37)

4. Рассчитаем параметры процесса впуска. Поскольку двигатель безнаддувный воздух забирается из атмосферы: р_к = р₀= 0,10 МПа; Т_к = Т₀ = 288 К. Температура подогрева воздуха при впуске DТ = 30°С (задаемся). Плотность заряда (воздуха) перед впуском r₀ = (р₀m)/(R×T₀) = (0,1×10⁶×29) /(8314 ×288) = 1,209 кг/м³. Давление в конце впуска по (2) при давлении и плотности перед впуском р_к = р₀ и r_к = r₀.

Задаемся коэффициентами (b² + x) = 2,8; скоростью в узком сечении клапана w_вп = 80 м/с, тогда

Задаемся параметрами остаточных газов, р₆ = 1,2 р₀ = 1,2×0,1 = 0,12 Па; Т₆ =850 К. Тогда коэффициент остаточных газов по (6)

Температура в конце впуска по (5) при Т_к = Т₀

Величина коэффициента наполнения по (7):

5. Рассчитаем параметры процесса сжатия. Найдем величину показателя политропы сжатия (8)

Давление в конце процесса сжатия согласно (9)

р₂ = р₁×eⁿ¹ = 0,089×16,5^1,38 = 4,26 МПа.

Температура в конце процесса сжатия определяется по формуле (10)

T₂  =  T₁·ε^n1-1 = 335×16,5^1,38-1 = 972 К.

6. Рассчитаем параметры процесса сгорания. Воспользуемся уравнением (47) процесса сгорания в дизельном двигателе

Примем величину коэффициента теплоиспользования x(V) = 0,82.
Согласно формуле (20) М_т = aM₀ .

Действительный коэффициент молекулярного изменения m_q определится из выражения (46):

Тогда первый член уравнения процесса сгорания будет равен

Внутренняя энергия 1 кмоля заряда без учета остаточных газов в конце процесса сжатия U₂ = mс_vmt₂, где mс_vm - средняя мольная теплоемкость воздуха (кДж/кмоль×град) при постоянном объеме в интервале температур от 0 до температуры t₂ = 699 °С (972К) находится по таблице П2 приложения.

Для t₂ = 699 °С mC_vm =  22,408 кДж/(кмоль×град). Тогда

Внутренняя энергия U”₂ продуктов сгорания при температуре t₂ , кДж/кмоль.

Мольная теплоемкость продуктов сгорания (mC_vm )_пс при a =1,4 согласно табл.3 прил. при t₂ = 699 °С равна 24,342 кДж/(кмоль×К). Тогда

кДж/кмоль.

Второе слагаемое уравнения процесса сгорания

кДж/кмоль.

Зададимся степенью повышения давления l = 1,8, тогда третье слагаемое уравнения процесса сгорания

Сумма всех трех слагаемых левой части уравнения сгорания

= 48194 + 15706 + 14546 = 78446 кДж/кмоль.

Следовательно,

Или, учитывая, что m_q = 1,04,

Величина U”₄ зависит от температуры сгорания, поэтому последнее уравнение решаем методом подбора, пользуясь табл. 3 приложения.

Примем температуру в конце процесса сгорания t₄= 2000 °С (2273 К), тогда a = 1,4 мольная теплоемкость продуктов сгорания mС_vm =
= 28,073 кДж/кмоль, тогда

Следовательно,

U”₄ + 8,314Т₄ = 56146 + 8,314×2273 = 75044 кДж/кмоль,

что несколько меньше, чем 75429 кДж/кмоль. Поэтому принимаем температуру в конце процесса сгорания Т₄ = 2373К (t₄ = 2100 ^оС) и снова повторяем расчет:

U”₄ + 8,314Т₄ = 59350 + 8,314×2373 = 79079 кДж/кмоль,

Теперь полученная величина несколько больше, чем 75429. Значит, искомая температура меньше. Задаемся значением температуры Т₄ и т.д. Получаем, что t₄ = 2010 °С (2283 К) (приняв линейную зависимость U" = f(T) в пределах изменения t от 2000 до 2100 °С).

По формуле (52) рассчитаем максимальное давление в процессе сгорания

 МПа.

7. Определим параметры процесса расширения. Примем показатель политропы процесса расширения n₂ = 1,23 (см. табл. 5, стр.33).

Температура в конце процесса расширения согласно (55) равна

Степень предварительного расширения

Тогда

Давление в конце процесса расширения согласно (54) равно

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 10% для всех скоростных режимов работы двигателя).

8. Определяем среднее индикаторное давление цикла по (64):

Среднее индикаторное давление действительного цикла с учетом скругления диаграммы (принимаем коэффициент скругления  j _i= 0,95)

Р _i =Р_ipj _i = 1,31×0,95 = 0,911 МПа.

9. Рассчитаем показатели экономичности цикла. Оценим долю индикаторного давления, затраченного на трение и привод вспомогательных механизмов(73), полагая камеру сгорания неразделенной,  А = 0,089, В = 0,0118.

Р_м = 0,089 + 0,0118С_m.

Средняя скорость поршня (74)

С_m = S×n/30 = 0,12×2400/30 = 9,6 м/с,                                               

где S = 0,12 м – ход поршня, м; ориентировочно принимается по данным прототипа. Поскольку прототип в примере не задан, примем ход поршня
ориентировочно.

Р_м = 0,089 + 0,0118×9,6 = 0,202 МПа.

Среднее эффективное давление цикла по (72)

P_e=P_i – P_м = 0,911 – 0,202 = 0,709 МПа.

Механический КПД по (71)

Удельный индикаторный расход топлива, выраженный через основные параметры, согласно формулы (69), равняется

или

Удельный эффективный расход топлива, приходящийся на единицу эффективной работы, найденный по (77), равен

Определим величину индикаторного КПД, используя удельный индикаторный расход топлива, выраженный в кг/МДж, по (68):

Величина эффективного КПД цикла, выраженного через найденные значения индикаторного и механического КПД , согласно формулы (76) равна

Секундный расход топлива для двигателя мощностью 160 кВт составляет

10. Определение основных параметров цилиндра и удельных параметров двигателя

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем литраж двигателя, (78):

V_л = 30∙t∙N_e / (p_e ∙n) =30×4×160×10³/(0,709×10⁶× 2400) = 0,01128 м³ = 11,28 л,

где t = 4  - тактность двигателя;

 n = 2400 1/мин – частота вращения;

 N_е= 160 кВт – заданная эффективная мощность двигателя.

Определяем рабочий объем одного цилиндра (79):

V_h = V_л / i = 0,011,28 /8 = 0,00141 м³ = 1,41 л.                                                        

Определяем диаметр цилиндра, (80):

.                                                                                            

Ход поршня S  предварительно принят 0,12 м.  Окончательно принимаем  D = 0,12 м, округляя.

Основные параметры и показатели двигателя (81)определяем по окончательно принятым значениям  D=  0,12 м и S = 0,12 м:

V_л =                                                                                      

Определяем площадь поршня:

м².                                                        

Определяем эффективную мощность(83):

N_е = р_е×V_л ×n / (30×t) = 0,709×10⁶×0,01085×2400 / (30×4) =153800 Вт = 153,8 кВт.             

Определяем эффективный крутящий момент (84):

М_е = 30 × N_е / (p× n) = 30×153800/(3,14×2400) = 612 Н×м .

Определяем литровую мощность двигателя (85):

N_л = N_е / V_л = 153,8/10,85 = 14,2 кВт/ л.

11. Сравниваем полученное значение мощности с заданным значением (86),  делаем выводы о правильности проведенного теплового расчета. Расхождение в значении мощности не должно превышать 10%.        

Мы поможем в написании ваших работ!