Тепловой расчет ДВС

M2=0,88;

Где Мi-соответствующие компоненты продуктов сгорания.

Теоретический коэффициент молярного изменения  рабочего тела определяется по формуле:

μ0=М2/М1;

μ0=1,0439.

Для дизелей  μ0 = 1,03 - 1,06.

Действительный  коэффициент молярного изменения  определяется по формуле:

;

=1,0425.

Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов  сгорания,  

кДж/(кмоль*К), определяется:

где

 

 

2.2.4. Расчет процесса сгорания

Цель расчета - определить параметры рабочего тела в конце процесса сгорания.

Уравнение сгорания для дизелей имеет вид:

A·t²z + B · tz –C = 0, где

     A = 0.00276,

     B = 31.88,

     C = 63690,18.

Определим температуру  tz, °С в точке z индикаторной диаграммы:

; 

tz=1736,7.

Максимальная  температура в конце процесса сгорания, К:

Tz=tz+273;

Tz=2009,7.

На номинальном  режиме работы дизеля Tz = 1800 - 2200 K.

Максимальное  давление в конце процесса сгорания, МПа: 

pz=pc·λ;   pz=7,56.

Для автотракторных дизелей без наддува pz=7,5-9,0 МПа.

Ступень предварительного расширения газов  в процессе сгорания: ρ=μд/(λ·Tz/Tc);

ρ =1,3.

Для дизелей  ρ = 1,05 - 1,7.

2.2.5. Расчет процесса  расширения

Целью расчета  является определение параметров рабочего тела в цилиндре в конце рабочего хода в поршне.

Давление газа, мПа, в конце процесса расширения определяется по формуле: 

pb=Pz/(δ^n2);

pb=0,3338,

где δ-ступень  следующего расширения. Для дизелей  δ=ε/ρ.

Давление в  конце расширения для дизелей находится в пределах pb=0,2-0,4 МПа.

Температура газов, К, в конце процесса расширения, определяется по формуле:

Tb=Tz/(δ^(n2-1);

Tb=1194.8.

Для дизелей  Tb=1000-1200 К.

Объем цилиндра, л, в конце расширения (т.b) определяется по формуле:

Vb=Va; 

Vb=1,439.

2.2.6. Расчет индикаторных  показателей цикла

Целью расчета индикаторных показателей  цикла есть определение параметров цикла и оценка эффективности  превращения энергии топлива  в

 тепловую  энергию с учетом потерь теплоты  в окружающую среду.

Среднее индикаторное давление цикла, МПа, определяется для дизелей:

;

Pi

Для дизелей  без наддува Pi=0,75-1,5 Мпа.

Индикаторная  мощность двигателя, кВт, определяется по формуле:

;

Ni=187,8,

Где i-число цилиндров, принимаем по прототипу двигателя i=8, τ-тактность двигателя, для четырехтактных двигателей τ=4.

Индикаторный  крутящий момент, Н*м, определяется по формуле:

;

Mi=717,7.

Индикаторный  КПД определяется по формуле для  жидких топлив:

; 

 =0,495.

Для дизелей  диапазон значений =(0,42-0,48).

Удельный индикаторный расход топлива, г/кВтч, определяется:

;

 

Для дизелей  =175-205 г/кВтч.

2.2.7.определение  механических потерь и эффективных  показателей двигателя

Целью расчета  является определение механических потерь в двигателе, мощностно-экономических  показателей двигателя и оценка эффективности работы двигателя в целом.

      Среднее давление механических  потерь, МПа

;

 

      где А_т, В_т – эмпирические опытные коэффициенты, А_т=0,089, В_т=0,0118.

Vп.ср. - средняя скорость поршня, м/с, которая определяется:

;

 =10,0.

Для автотракторных двигателей: pm=0,14-0,25 МПа.

 Среднее эффективное  давление, МПа, определяется по формуле: 

 

;

 

 =0,623.

 Для дизельных  двигателей без наддува  =0,55-0,85 МПа.

Эффективная мощность, кВт, определяется:

;

 =140,9.

 Эффективный крутящий момент, Нм, определяют по формуле:

 

;

 

 =538,47.

 Механический  КПД:

 

;

 

 =0,75.

 Для дизелей  =0,7-0,8.

 Эффективный КПД определяется по формуле:

 

;

 

 =0,37.

 Для дизелей  без наддува  =0,33-0,4.

 Удельный  эффективный расход топлива определяется:

 -для жидких  топлив, г/кВтч  ;

 

 =229.

 Для дизелей  =245-325.

 Временный расход топлива определяется по формуле для жидких топлив, кг/ч:

 

;

 

 =32,266.

 Литровая  мощность двигателя, кВт/л, определяется по формуле:

 

;

 

 =12,98.

 Для дизелей  =11-32.

 2.2.8. Анализ  результатов теплового расчета

 Результаты  теплового расчета необходимо проанализировать с целью оценки решения поставленной задачи, контроля полученных результатов  и сравнения 

 

 мощностно-экономических  показателей данного двигателя с прототипом.

 За контрольные  параметры следует брать параметры  рабочего тела в 

 характерных точках индикаторной диаграммы, а так  же исходные мощностно-экономические  показатели двигателя внутреннего  сгорания и оценочные показатели. 
 

 
 
 

 2.2.9. Построение  индикаторной диаграммы

 

 Индикаторная  диаграмма строится в координатах  Vp с целью контроля полученных результатов теплового расчета, а так же для представления  

 протекания  рабочего цикла в цилиндре двигателя.

Диаграмму необходимо строить на графической бумаге формата  А4 (210х297) в такой последовательности:

-выбрать масштабы  объема и сжатия так, чтобы  индикаторная диаграмма занимала максимально возможную площадь формата, а ее высота была в 1.2-1.7 раза больше длины. Этим требованиям обычно соответствуют такие значения масштабов:

-давлению в  1 МПа на оси ординат должны  соответствовать 20, 25, 40 или 50 мм,

-объёму в  0,1 л на оси абсцисс должны отвечать 10, 20, 25, 40 или 50 мм,

-задавать на  осях равномерные шкалы давления  p (1, 2, 3…МПа) и объема V (0.1, 0.2, 0.3…л),определить на оси абсцисс объем камеры сгорания Vc, объем конца процесса сгорания Vz, объем конца процесса впуска (расширения) Va (Vb), и обозначить на индикаторной диаграмме точки цикла- r, a, c, z’, z, b с соответствующими значениями параметров рабочего тела (давления и объема),

-для определения  давлений рабочего тела в промежуточных  точках процессов необходимо  объем цилиндра в пределах Vz(Vc) – Vb(Va)

разделить на неравномерные  отрезки (не менее 5), для которых  определяются значения Vi, которые заносят в таблицу. Рекомендуется меньшие отрезки объемов брать в районе ВМТ (Vz, Vc) и большие в районе

НМТ (Vb, Va). Соответствующие им значения давлений определяются по формулам:

Для процесса сжатия

pci=pa*(Va/Vi)^n1;

Для процесса расширения

ppi=pz*(Vz/Vi)^n2;

значения давлений в промежуточных точках рекомендуется  определять табличным методом.

Обозначенные  на диаграмме промежуточные точки процессов сжатия и расширения соединяют плавными линиями с помощью лекал и получают теоретическую индикаторную диаграмму.

Для получения  расчетной индикаторной диаграммы  теоретическую диаграмму необходимо скруглить. При скруглении диаграммы учитывается, что в реальном двигателе процесс сгорания начинается ( точка C’) до прихода поршня в ВМТ, который приводит к повышению давления в конце процесса сжатия (C’). Процесс сгорания происходит при переменном объеме, что понижает максимальное значение давления в конце процессу сгорания (точки z’, z – для дизелей). До прихода поршня к НМТ открывается выпускной клапан и давление в конце расширения снижается (точка b’). Рекомендуется принимать такие значения давлений при скруглении в