Расчет теплового двигателя. Расчет количества воздуха для сгорания топлива. Расчет геометрических характеристик двигателя

РАСЧЁТ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

Расчёт количества воздуха для сгорания топлива:

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

, где - массовая концентрация углерода в топливе;

- массовая концентрация водорода в топливе;

- массовая концентрация кислорода в топливе.

Принимая коэффициент избытка воздуха (для тихоходных двигателей с самовоспламенением), определим действительной количество воздуха:

где - количество молей топливной смеси на 1 кг топлива.

Состав продуктов сгорания:

Количество продуктов сгорания 1 кг топлива в молях:

  (при использовании жидкого топлива объём продуктов сгорания всегда больше чем исходной топливной смеси).

Коэффициент молекулярного изменения (характеризует относительное изменение объёма топливной смеси при сгорании):

Расчёт процесса впуска:

Задаёмся параметрами на впуске. Предварительно принимаем:

Принимаем степень сжатия .

Температура топливной смеси, поступающей в цилиндр:

Коэффициент наполнения:

Коэффициент остаточных газов (характеризует качество очистки цилиндра от остаточных газов, чем меньше его значение, тем выше качество очистки):

Температура начала такта сжатия:

Расчёты процесса сжатия:

Определяем параметры в конце сжатия. Принимаем показатель политропы  :

Давление в конце такта сжатия:

Температура в конце такта сжатия:

Расчёт процесса сгорания:

Рассмотрим смешанный цикл ДВС, в котором процесс сгорания состоит из участка (с – z`), (V=const), и участка (z` - z), (P=const). Выделившаяся в этих процессах теплота расходуется на увеличение внутренней энергии рабочего тела и совершение работы.

Рис.1 Идеализированная диаграмма цикла

Определяем параметры конца процесса сгорания. Задаёмся величиной степени увеличения давления . Тогда максимальное давление в цилиндре на основании определения степени повышения давления:

Температура сгорания определится из уравнения:

      Средняя мольная изохорная теплоёмкость продуктов сгорания для принятого значения α:

  Средняя мольная изобарная теплоёмкость продуктов сгорания для принятого значения α при температуре :

 Средняя мольная изохорная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре :

Определим среднюю изохорную теплоёмкость воздуха при температуре :

Принимая коэффициент выделения тепла , подставляя полученные выражения и величины в исходное уравнение, получим:

  Упрощая полученное выражение, получим:

Решая полученное квадратное уравнение относительно температуры , получим (принимая только положительные значения корня):

Степень предварительного расширения:

Коэффициент действительного молекулярного изменения:

,

Следовательно:

Расчёт процесса расширения:

Процесс расширения смеси происходит политропно, с преременным показателем политропы.

Степень расширения:

Принимая показатель политропы , определяем, параметры конца процесса расширения:

Определение среднего эффективного давления:

Среднее теоретическое индикаторное давление:

Задаёмся коэффициентом полноты диаграммы:

Тогда действительное среднее индикаторное давление:

Принимаем механический КПД:

Определяем среднее эффективное давление:

Расчёт геометрических характеристик двигателя:

Определяем рабочий объём цилиндра:

где  - рабочий объём цилиндра;

 - эффективная мощность ();

 - число цилиндров ();

 - обороты двигателя ().

Задаёмся средней скоростью поршня (в зависимости от быстроходности двигателя) , находим предварительно ход поршня:

Определим диаметр поршня:

По ГОСТ предусмотрено ближайшее значение: , уточняем ход поршня:

Принимаю ход поршня , для того чтобы отношение параметров (ход поршня и его диаметр) соответствовала нормативным.

Проверим отношение:

 (что соответствует нормативным )

Построение диаграммы цикла:

По рассчитанным значениям давления и объёма в узловых точках строится теоретическая диаграмма цикла.

Задаёмся масштабом давления по оси абсцисс и произвольным значением длины соответствующим величине , по оси ординат         (100 мм). Все остальные значения объёмов откладываются относительно .