Производство биогаза из отходов сахарного производства
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
атия
Во-время второго такта, в цилиндре имеет место процесс сжатия, кроме этого, в начале процесса продолжается наполнение камеры рабочим телом из камеры сгорания, а в конце сжатия начинается процесс горения топлива.
Процесс сжатия в камере сгорания - это адиабатный изоэнтропный процесс, отсюда следует что n=k1.
;(3.6)
где: k - показатель адиабаты;
a, b - эмпирические значения, a= 20,16, ;
- температура смеси в начале сжатия, в K;
-степень сжатия в адиабатном процессе.
.
Давление в конце сжатия:
Pa;(3.7)
где: - давление в начале процесса сжатия, в Pa;
Pa.
Температура в конце сжатия:
K;(3.8)
K.
.1.3 Расчет процесса горения
Расчет процесса горения в двигателях внутреннего сгорания проведем так же как и для энергетических котлов, так как используется один и тот же тип топлива, но при большем коэффициенте избытка воздуха.Теоретический объем воздуха необходимый для процесса горения рассчитывается по следующей формуле (1.1):
m3/m3.
Реальный объем воздуха, необходимый для процесса горения найдем по формуле:
m3/m3; (3.9)
где: - коэффициент избытка воздуха;
m3/m3.
Теоретический объем трехатомных газов рассчитаем по формуле (1.2):
m3/m3.
Теоретический объем водяных паров найдем по формуле (1.4):
m3/m3.
Реальный объем водяных паров находится по формуле:
m3/m3. (3.10)
Теоретический объем азота рассчитываем по формуле (1.3):
m3/m3.
Теоретический объем кислорода:
m3/m3; (3.11)
m3/m3.
Общий объем газов находится как сумма всех газов входящих в смесь:
m3/m3; (3.12)
m3/m3.
Теоретический коэффициент молекулярного изменения находим по формуле:
; (3.13)
.
Действительный коэффициент молекулярного изменения расчитываемпо формуле:
; (3.14)
.
Примем среднюю температуру смеси в процессе горения равной Tz=1900 K. Коэффициен повышения давления в камере сгорания находим по формуле:
; (3.15)
где: - температура в конце сжатия, в K;
.
Максимальное давление в верхней мертвой точке:
Pa; (3.16)
где: - давление в конце сжатия, в Pa;
Pa.
3.1.4 Процесс расширения
В процессе расширения газы давят на поршень до достижения им нижней мертвой точки. Давление и температура газов при этом уменьшаются. Когда поршень достиг нижней мертвой точки начинается процесс выхлопа газов из цилиндра.
Степень предварительного расширения найдем по следующей формуле:
; (3.17)
.
Степень последующего расширения:
; (3.18)
.
Показатель политропы расширения найдем по формуле:
rot/s; (3.19)
где n2 - частота вращения, в rot/s;
rot/s.
Температура газов в конце расширения находится по следующей формуле:
K;(3.20)
.
Давление газов в конце процесса расширения:
Pa; (3.21)
Pa.
.1.5 Тепловой баланс двигателя
Известно, что из всей энергии, выделившейся в процессе сгорания топлива, только часть преобразуется в полезную механическую работу, остальная энергия тратится на покрытие различных потерь. Распределения энергий, переданных мотором в окружающую среду, выражается через тепловой баланс.
В самом простом случае тепловой баланс может быть представлен с помощью уравнения, в котором представлены только значения энергий, подведенных к мотору и переданных мотором окружающей среде:
kW, (3.22)
где: - тепловой поток, подведенный с топливом, в kW;
- тепловой поток, преобразованный в полезную механическую энергию, соответствующая мощности двигателя, в kW;
- потери тепла с уходящими газами, в kW;
- потери тепла с охлаждающей водой, в kW;
- остальные потери (потери излучением с поверхности двигателя и т.д.), в kW
Тепловой поток, выделившаяся при сжигании топлива находится по следующей формуле:
kW; (3.21)
где: - расход топлива, m3/s;
- низшая теплота сгорания топлива, kJ/m3.
kW.
Поток тепла, который произвел полезную механическую работу:
kW. (3.22)
где: - КПД генератора;
- мощность на клеммах генератора.
Потери тепла с уходящими газами:
kJ/m3; (3.23)
где: - энтальпия уходящих газов, в kJ/m3;
- энтальпия воздуха, в kJ/m3.
Температура уходящих газов дана в характеристике двигателя и равна С. Имея температуру газов, можно определить энтальпию уходящих газов по формуле (1.9):
kJ/m3.
Энтальпия воздуха рассчитывается по формуле (1.11):
kJ/m3.
Подставляя полученные данные в формулу (3.23), получим:
kW.
Потери тепла с охлаждающей водой расчитывается по формуле:
kW;(3.24)
где: - расход охлаждающей воды, в kg/s;
- удельная теплоемкость охлаждающей воды, в kJ/(kgK);
, - температура воды на входе и на выходе теплообменника соответственно, в ;
kW.
Неучтенные потери найдем по следующей формуле:
kW;(3.26)
где: - поток тепла, который произвел полезную механическую работу, в ;
kW.
Коэффициенты полезного действия находятся по формулам:
эффективный КПД:
; (3.27)
где: - поток тепла, который произвел полезную механич