Тепловой расчет четырехтактного двигателя с искровым зажиганием и разработка основных конструктивных элементов поршня

Страницы работы

37 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Параметры рабочего тела в конце сжатия рассчитываются по зависимостям, взятым из курса технической термодинамики:

                                                  (2.20)

                                            (2.21)

Ориентировочные значения параметров конца процесса сжатия:   

 = 1,4…2,6 МПа;  = 650…850 К. Следовательно,  и  найдены верно.

2.4. Расчет процесса сгорания

Цель расчета процесса сгорания заключается в определении максимального давления и температуры в процессе сгорания с использованием уравнения первого закона термодинамики.

2.4.1. Определение теплоты сгорания рабочей смеси

Теплота сгорания рабочей смеси Нсм определяет количество энергии, выделяющейся при сгорании 1 кг рабочей смеси.

Определим потери теплоты вследствие неполноты сгорания в расчете на 1 кг топлива (т.к. α<1):

                                            (2.22)

Тогда теплота сгорания рабочей смеси будет равна

                                                 (2.23)

2.4.2. Определение температуры конца процесса видимого сгорания графическим методом

С целью упрощения расчетов кривая изменения давления в процессе подвода теплоты заменяется изохорой, т.е. рассматривается цикл с подводом теплоты при V=const. Тогда после преобразования уравнения 1-го закона термодинамики получим

,                                  (2.24)

где  ― соответственно внутренняя энергия 1 кмоль воздуха и 1 кмоль продуктов сгорания при температуре процесса конца сжатия Т =  и внутренняя энергия 1 кмоль продуктов сгорания при температуре процесса конца сгорания Т = ,, МДж/кг.

Действительный коэффициент молярного изменения рабочей смеси найдем как

.

Коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания принимаем равным = 0,8.

Значение внутренней энергии газов  определяется с учетом объемных долей их компонентов и их внутренней энергии

               (2.25)

где ri – объемные доли продуктов сгорания.

Левую часть уравнения (2.24) обозначим , тогда.     

                                                                                                          (2.26)

По справочным данным и формуле (2.24) на ПК проводим в табличной форме расчет значений  и  (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Внутренняя энергия отработавших газов

Температура, ˚С

100

2,1951

60,8542

200

4,5582

62,9152

300

6,9543

64,9682

400

9,4344

67,0771

500

12,0063

69,2548

600

14,6635

71,4956

700

17,4081

73,7979

800

20,2246

76,1555

900

23,1107

78,5612

1000

26,0555

81,6252

1100

29,0575

83,4857

1200

32,1076

86,0049

1300

35,2013

88,5521

1400

38,3356

91,1272

1500

41,5090

93,7266

1600

44,6599

96,3399

1700

47,9311

98,9631

1800

51,1878

101,6265

1900

54,4564

104,2904

2000

57,6131

106,9857

2100

61,0588

109,6963

2200

64,3985

112,4013

2300

67,6222

115,1002

2400

71,0982

117,8497

2500

74,4349

120,5918


На основании данной таблицы строим на ПК графики зависимости энергии отработавших газов от температуры (рисунок 2.1).

Диапазон допускаемых температур =100…756˚С. Из данного рисунка видно, что зависимости имеют характер, близкий к линейному. Проведем через две точки каждого графика прямые до пересечения с осью ординат, а также вычислим тангенсы углов наклона прямых к оси абсцисс и запишем уравнения прямых, приближенно повторяющих построенные кривые в пределах допускаемого диапазона .

Рис. 2.1.

2.4.3. Определение температуры конца процесса видимого сгорания аналитическим методом

Рассчитывать величину  будем по следующим формулам:

                                                 (2.29)

                                                                        (2.30)

.                                                            (2.31)

2.4.4. Определение давления конца процесса видимого сгорания

Для определения теоретического максимального давления сгорания находим степень повышения давления:

                                          (2.32)

Отсюда имеем:

.                                                        (2.33)

Сравним полученные значения параметров процесса сгорания ориентировочными с помощью таблицы 2.2.

Таблица 2.2             Результаты расчета параметров процесса сгорания

Параметр

Рекомендуемое значение

Расчетное значение

λ

3,2…4,2

3,462

, МПа

4,5…8,0

6,515

, К

2500…2850

2710,348

Таким образом все параметры удовлетворяют рекомендуемым границам.    

Действительное значение максимального давления , необходимое для выполнения динамических и прочностных расчетов, определяем с учетом увеличения объема над поршнем к моменту достижения максимального давления:

.                                                     (2.34)

2.5. Расчет процесса расширения

При расчете процесса расширения для ДсИЗ считается, что он протекает в течение всего хода поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и условно считается политропным с постоянным показателем политропы n2.

2.5.1. Выбор показателя политропы расширения n2.

Средние значения показателя политропы расширения n2 получены из анализа экспериментальных индикаторных диаграмм и могут быть определены из соотношения

.                                                           (2.35)

2.5.2. Параметры рабочего тела в конце процесса расширения  

Параметры рабочего тела в конце процесса расширения рассчитываются по зависимостям, взятым из курса технической термодинамики:

,                                                                   (2.36)

.                                                           (2.37)

Рассчитанные значения параметров конца процесса расширения находятся в предложенных пределах = 0,35…0,50 МПа, = 1200…1500 К.

2.5.3. Проверка правильности выбора параметров остаточных газов

Правильность выбора величины давления остаточных газов Pr и температуры остаточных газов Тr проверяется по формуле:

.                                                           (2.38)

При начале расчета было принято значение =900 К. Следовательно, погрешность составляет

, данное значение входит в диапазон допустимых отклонений 3-4 %.

2.6. Определение индикаторных показателей двигателя

2.6.1. Расчетное и действительное среднее индикаторное давление

Определение расчетным путем давлений в характерных точках цикла позволяет построить расчетную индикаторную диаграмму за 2 хода поршня (сжатие и расширение). Такая диаграмма состоит из условных политропных процессов сжатия и расширения и изохорных процессов подвода и отвода теплоты.

Расчетное среднее индикаторное давление находим следующим образом:

          (2.39)

Действительная индикаторная диаграмма не имеет четких границ, определяющих переход от одного процесса к другому. Ее отличие от расчетной определяется конечной скоростью подвода теплоты, что приводит к округлению индикаторной диаграммы вблизи ВМТ, а также углом предварения открытия выпускного клапана, что уменьшает работу расширения.

Соответствующее уменьшение действительного среднего индикаторного давления  по сравнению с расчетным  учитывается коэффициентом полноты индикаторной диаграммы :

                                                                                    (2.40)

Примем  = 0,95. Тогда , что соответствует предполагаемым значениям  МПа.

2.6.2. Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива

Для определения индикаторного КПД используется уравнение связи между действительным средним индикаторным давлением  и основными параметрами рабочего процесса (на основе уравнения

Похожие материалы

Информация о работе