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

СОДЕРЖАНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛНДОВАНИЯ

1.1 Описание процесса сгорания в дизеле

1.1.1 Процессы воспламенения и сгорания

1.1.2 Фазы сгорания в дизеле

1.2 Теоретические основы расчета характеристики

тепловыделения по индикаторной диаграмме

1.3 Теоретические основы энерго–эксергетического метода

1.4 Оценка термодинамических процессов в ДВС на основе

энерго-эксергетического метода

1.5 Цель и задачи исследования

2 ПОДГОТОВКА И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ

2.1 Экспериментальные исследования

2.1.1 Описание стенда

2.1.2 Полученные результаты

2.2 Корректировка положения нулевой линии давления

2.3 Сглаживание индикаторной диаграммы

3 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ

3.1 Методика расчета характеристик тепловыделения по

экспериментальным индикаторным диаграммам

3.2 Анализ результатов расчета характеристик тепловыделения

3.3 Вывод

4 ЭНЕРГО−ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

4.1 Основы энерго-эксергетического метода анализа

4.2 Методика расчета энерго-эксергетического анализа

действительного рабочего цикла дизеля

4.3 Исследование эффективности тепловыделения при

сгорании топлива в цилиндре дизеля

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Описание процесса сгорания в дизеле

1.1.1 Процессы воспламенения и сгорания

Сгорание неоднородной смеси существенно отличается от сго­рания смесей однородного состава – гомогенных. Процесс обра­зования смеси и подготовка ее к воспламенению в дизелях начи­нается с момента подачи топлива в камеру сгорания, т.е. за 10–40 град до в.м.т. Отрезок времени на все стадии подготовки смеси к воспламенению в поршневых двигателях и в особенности в дизе­лях очень мал и составляет около 0,04–0,001 с, где большие зна­чения относятся к тихоходным, а меньшие – к быстроходным двигателям. Тогда как время, отводимое для образования и подготовки смеси в двигателях с внешним смесеобразованием (кар­бюраторные), во много раз больше. Эти двигатели при четырех­тактном цикле для смесеобразования располагают ходами впуска и сжатия смеси, т.е. имеют минимум 360º  п.к.в. на все подготовительные процессы.

Отдельные процессы образования и подготовки смеси к воспла­менению в дизеле, например распыливание топлива из сопла фор­сунки, распределение его по камере сгорания, нагревание и испа­рение капель, образование промежуточных продуктов распада (окисления) и, наконец, воспламенение накладываются по времени одно на другое и продолжаются после воспламенения уже в более нагретой среде. В этом основная особенность, а в то же время и сложность процессов сгорания в дизеле при их изучении.

Топливо, впрыскиваемое в цилиндр, попадает в среду сжатого, а поэтому нагретого воздуха с давлением 3,0–­4,0 МПа и температурой в камере сжатия 800–1000 К.

Технический прогресс в области перспективного развития дизелей предполагает значительное увеличение среднего эффек­тивного давления ≈3,0 МПа и выше. Подобное форсирова­ние может быть, достигнуто применением высокого наддува и значительным увеличением подачи топлива на цикл при воз­можном увеличении частоты вращения коленчатого вала двига­теля. В этом случае трудности в осуществлении рабочего цикла ­значительно возрастут. Возникают новые, более сложные тре­бования к получению оптимальных характеристик топливоподачи и тепловыделения высокофорсированных дизелей.

Воспламенение неоднородной смеси осу­ществляется не от постороннего источника, а благодаря автораз­гону экзотермических реакций окисления до достижения вос­пламенения. В основном это достигается вследствие тепловой активации. Подобный тип воспламенения может быть получен при впрыске топлива в сжатый и тем самым нагретый до высо­кой температуры воздух.

В смесях неоднородного состава воспламенение в первую оче­редь может возникнуть в объеме, где концентрация топлива будет наиболее благоприятной, т.е. где коэффициент избытка воздуха <1. Кроме того, концентра­ция топлива (объем испаряющейся капли) должна осуществляться в наиболее благоприятном объеме камеры сжатия как с точки зрения температурного поля, так и с точки зрения наибольшей аккумуляции теплоты, что может обеспечить достаточно активную интенсивность предпламенных реакций и скорость тепловыделе­ния. Этому также должна способствовать скорость движения капли в объеме нагретого воздуха, так как она оказывает влияние на начертание контуров (формы) полей концентрации паров топлива и температурных полей.

Проф. Д.Н. Вырубов отмечает [1], что смесь в пространстве между каплями, находящимися на периферии факела, не достигает горю­чей концентрации (выходит за нижний предел воспламенения). В центральной части факела концентрация паров топлива возрас­тает, так как капли движутся плотно одна к другой, а поэтому смесь и в этом случае выходит за пределы горючести (за верхний предел воспламеняемости), а температура внутри факела вслед­ствие испарения капель одновременно понижается, т.е. условия для воспламенения становятся неблагоприятными.