Методика выполнения теплового расчета

1. Методика выполнения теплового расчета

1.1. Расчет характеристик рабочего тела

1.1.1. Количество свежей смеси

Количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топлива рассчитывается на основании массового состава топлива:

кг_в/ кг_т,                                                                 (1.1)

, кмоль_в/кг_т.                                                                  (1.2)

Действительное количество воздуха, участвующего в сгорании, составляет

L _д = αּL _т , кмоль_в/кг_т                                                                                       (1.3)

Количество свежей смеси M₁, поступающей в цилиндр будет

M₁ = αּL _т + , кмоль_в/кг_т .                                                                    (1.4) 

1.1.2. Состав и количество продуктов сгорания                        

Состав и количество продуктов сгорания рассчитываются с использованием данных о составе топлива и коэффициенте избытка воздуха "α". Расчет проводится в киломолях на 1кг топлива (кмоль/кг). 

Считается, что количество свободного водорода  однозначно связано с количеством оксида углерода СО соотношением  К = /= 0,50.

Тогда

= 0,42ּ,                                                                                                 (1.5)

                                                                                                        (1.6)

                                                                                                             (1.7)

,                                                                                                        (1.8)

                                                                                                         (1.9)

Суммарное количество продуктов сгорания в киломолях будет

                                                               (1.10)

1.1.3. Молярные или объемные доли компонентов продуктов сгорания

                                                                   (1.11)

,             (для дизеля).

Проверка: .

1.1.4. Теоретический коэффициент молярного изменения рабочей смеси         

.                                                                                                                  (1.12)

Для ДсИЗ . Причем меньшие значения  соответствуют большим значениям α.

1.2. Расчет процессов газообмена

1.2.1. Условия на впуске

Для ДВС без наддува значения атмосферного давления и температуры на входе в двигатель принимаются за значения давления и температуры рабочего тела перед впускными клапанами.      

Тогда плотность заряда на впуске будет

                                                                                                     (1.13)

1.2.2. Давление рабочего тела в конце такта впуска

Давление в конце впуска Р_к.вп определяется величиной гидравлических потерь во впускном трубопроводе

Р_к.вп = Р₀ – ΔР_вп ,                                                                                                        (1.14)

где

ΔР_вп = .                                                                 (1.15)

Проверка правильности определения величины Р_к.вп:

Р_к.вп = (0,8…0,9)Р₀.

1.2.3. Коэффициент остаточных газов

Коэффициент остаточных газов γ_r зависит от давления и температуры остаточных газов (Р_r и Т_r), подогрева заряда ΔТ, температуры окружающей среды Т_0, давления в конце впуска Р_к.вп  и степени сжатия ε:

.                                                                                (1.16)

Величина γ_r:

─  уменьшается с увеличением степени сжатия (ε), давления в конце впуска (Р_к.вп)  и температуры остаточных газов (Т_r);

─  возрастает с увеличением давления остаточных газов (Р_r) и частоты вращения (n).

1.2.4. Температура конца впуска

Температура заряда в конце впуска Т_к.вп зависит от температуры на входе Т₀, а также от подогрева заряда во впускном трубопроводе ΔТ и его подогревав цилиндре от остаточных газов (этот подогрев зависит от величины γ_r и Т_r):

                                                                            (1.17)

Величина  Т_к.вп зависит от Т₀, ΔТ, γ_r и мало зависит от Т_r.

1.2.5. Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения η_v рассчитывается для заданных значений Р₀, Т₀, ε, ΔТ, φ₁ и по ранее рассчитанным значениям Р_к.вп, Т_к.вп, γ_r по следующей формуле:

.                                                                 (1.18)

1.3. Расчет процесса сжатия

При расчете процесса сжатия предполагается, что он протекает в течение всего хода поршня от НМТ до ВМТ. Сам процесс сжатия считается политропным с постоянным показателем политропы n₁.

Для определения n₁ рекомендуется эмпирическая зависимость

.                                                                                                     (1.19)

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

                                                                                                           (1.20)

                                                                                                              (1.21)

Ориентировочные значения параметров конца процесса сжатия:  

Р_сж = 1,4…2,6 МПа; Т_сж = 650…850К. При этом более высокие значения Р_сж и Т_сж относятся к двигателям с большими значениями ε и большей частотой вращения n.

1.4. Расчет процесса сгорания

Цель расчета процесса сгорания заключается в определении максимального давления и температуры в процессе сгорания с использованием уравнения 1-го закона термодинамики.

1.4.1. Определение теплоты сгорания рабочей смеси

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

Для двигателей с искровым зажиганием:

,                                                                (1.22)

где Н_низ – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; М₁ – количество свежего заряда в киломолях на 1кг топлива; γ_r – коэффициент остаточных газов; ΔН – потери теплоты ( в расчете на 1кг топлива) вследствие неполноты сгорания при α < 1.

ΔН = 114ּ(1-α)ּL_т, МДж/кг.                                                                (1.23)

1.4.2. Определение температуры и давления конца процесса видимого сгорания                                                                                                          

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