Энерго-эксергетический анализ действительного рабочего цикла дизеля 4ЧН 12/14, страница 4

Характеристика тепловыделения является зависимостью изме­нения доли тепла, выделившегося в цилиндре, от времени или от угла поворота коленчатого вала

,                                            (1.1)

где – количество теплоты, выделившегося при сгорании до рассматриваемого момента времени;

                 – низшая теплота сгорания топлива;

– цикловая подача топлива, г/цикл.

В практике научных исследований для изучения процесса сгорания в двигателях и построения для этого кривой динамики тепловыделения приходится решать обратную задачу – опреде­лять характеристики тепловыделения путем обработки индикаторной диаграммы развернутого типа.

Наиболее доступным методом исследования динамики тепловы­деления является метод обработки индикаторной диаграммы, пред­ложенный профессорами Н.В. Иноземцевым и В.К. Кошкиным.

Зависимость (1.1) определяют по индикаторной диаграмме на основании первого закона термодинамики

,                                      (1.2)

где  – изменение внутренней энергии газа;

       – теплота, эквивалентная механической работе расширения газа;

        – потеря теплоты вследствие теплопередачи в охлаждающую среду;

       – потеря теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания и от недогорания.

Интегрируя выражение (1.2) в пределах от  до  при показателе адиабаты const, получим

.                                (1.3)

В случае графического интегрирования уравнение (1.3) приводится к следующему виду

 ,                                (1.4)

где ,  и , – давление и объем в начале и в конце рассматриваемого шага по углу п.к.в.;

       – работа газов от начала сжатия до конца данного шага.

Количество теплоты, выделившейся за цикл при сгорании (выгорании) в относительных долях от всей располагаемой теплоты текущего цикла

,  (1.5)

или

,                                       (1.6)

где , , – соответственно доля теплоты, затраченная на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершение механической работы, т.е. теплота активно использованная, доля потерянной теплоты вследствие теплопередачи в охлаждающую среду, доля потерянной теплоты вследствие диссоциации и недогорания.

Активно выделившаяся теплота  определяется в результате обработки индикаторной диаграммы по формуле

.                         (1.7)

Определение потерь на теплопередачу  и на диссоциацию с недогоранием  представляет большие трудности. Но в качестве первого приближения можно воспользоваться формулой проф. Н.Р. Брилинга

,               (1.8)

где  , – давление и температура рабочего тала;

       – поверхность стенок, омываемая газами, м²;

       – средняя температура стенок камеры сгорания, К;

       – средняя скорость поршня, м/с;

        и – коэффициенты, зависящие от типа двигателя;

n– частота вращения коленчатого вала двигателя.

Величина потерь на диссоциацию может быть определена на основании закона действующих масс по формуле, рекомендуемой В.Н. Иноземцевым:

,                                    (1.9)

где   и  – число молей Н₂О и СО₂;

         и  – степень диссоциации Н₂О и СО₂.

Температура рабочего тела переменного количества определяется по формуле

,                                   (1.10)

где    и  – температура, давление и объем в начале сжатия;

                  – коэффициент молекулярного изменения.

Скорость потерь энергии от газов к стенкам определяют по формуле

,                        (1.11)

где  – коэффициент теплоотдачи;

                 F – текущее значение тепловоспринимающей поверхности между газом и стенками цилиндра.

Связь между параметрами характеристики тепловыделения и параметрами индикаторной диаграммы определяется на основании уравнения первого закона термодинамики в виде

.                                       (1.12)

В этом уравнении членом, содержащим , учитывается влияние переменного показателя адиабаты k.

Для описания характеристик тепловыделения Б.П. Пугачевым предложено аналитическое выражение в виде

,                        (1.13)

где  – текущий угол поворота коленчатого вала от момента начала сгорания;