Тепловой расчёт дизельного двигателя

Контрольная работа - Физика

Другие контрольные работы по предмету Физика

Тепловой расчёт дизельного двигателя

 

Определение параметров рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива,, вычисляется формулой:

 

,

 

где 0,23 - массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха.

кмоль.

Коэффициент избытка воздуха принимают в диапазоне = 1,6…1,8.

Уменьшение коэффициента избытка воздуха до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. На дизельных двигателях применяют неразделённые камеры сгорания и разделенные с предкамерой. Для нашего случая мы применим неразделённую камеру сгорания, так как у неё можно достичь наибольшего коэффициента избытка воздуха. Принимаем: коэффициент избытка воздуха = 1,7.

Действительный расход воздуха L, для номинального режима работы двигателя вычисляется по формуле:

 

;

 

кмоль.

Количество свежего заряда, вычисляется по формуле:

 

,

 

где - молекулярная масса топлива;

.

кмоль.

При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, кислорода О2 и азота N2.

Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания:

углекислый газ;

 

;

 

гдеС - количество углерода в кг. топлива;С = 0,87 кмоль.

водяной пар;

 

;

 

гдеH - количество водорода в кг. топлива;H = 0,126 кмоль.

кислород;

;

 

азот;

 

;

 

.

Общее количество продуктов сгорания, вычисляется по формуле:

 

;

 

Химический коэффициент молекулярного изменения, , вычисляется по формуле:

 

;

 

.

Процесс впуска

Параметры окружающей среды:

давление окружающей среды Pо = 0,1 МПа;

температура окружающей среды То = 293 К.

Степень подогрева свежего заряда на номинальном режиме двигателя Среднюю скорость поршня принимаем СN = 8,86 м/с.

Температура воздуха после компрессора вычисляется по формуле:

 

 

где - давление наддува, МПа; = 0,17 МПа; - показатель политропы сжатия компрессора; = 1,7;

Плотность заряда, поступающего в двигатель, на номинальном режиме вычисляется по формуле:

 

,

 

где - удельная газовая постоянная для воздуха, Дж/кгК;

287 Дж/кгК;

3.

Ход поршня при номинальной частоте вращения, Sp вычисляется по формуле:

 

 

где = 1900 об/мин;

Отношение площади поршня к площади клапанов вычисляется по формуле:

,

 

где = 3,14;

R - радиус поршня, мм;

R = 70 мм;

- радиус впускного клапана, мм;

= 12,25 мм;

Максимальная скорость свежего заряда в проходном сечении впускного клапана, вычисляется по формуле:

 

;

 

м/с.

Сопротивление выпускной системы с учётом коэффициента затухания скорости

 

;

принимаем .

 

Давление в цилиндре двигателя в конце впуска , вычисляется по формуле:

 

 

Давление остаточных газов на номинальном режиме работы, , двигателя вычисляется по формуле:

 

Температура остаточных газов , принимаем

Коэффициент остаточных газов вычисляется по формуле:

 

 

где - степень сжатия;

= 17,4

.

Температура рабочего тела в конце наполнения вычисляется по формуле:

 

 

где (теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении, теплоёмкость воздуха при постоянном давлении).

.

Коэффициент наполнения вычисляется по формуле:

 

;

 

Процесс сжатия

Для определения показателя адиабаты сжатия по учебному пособию принимаем нижний предел температуры рабочего тела в конце сжатия , расчётную температуру .

Теплоёмкость свежего заряда в точке С согласно таблице 10 будет равна:

,

где - температура в конце такта сжатия, ();

;

/кмоль.

Теплоёмкость свежего заряда в точке А вычисляется по формуле:

,

 

Рисунок 1. Расчётный цикл при V= const

 

где - температура рабочего тела в конце наполнения, в точке А, ();

 

;

/кмоль.

 

Показатель адиабаты сжатия вычисляется по формуле:

 

;

 

Принимаем .

Температура рабочего тела в конце сжатия вычисляется по формуле:

 

 

.

Ошибка в выборе расчётной температуры рабочего тела в конце сжатия вычисляется по формуле:

 

 

Так как ошибка не превышает 2%, значение , выбрано верно.

Давление в конце сжатия вычисляется по формуле:

 

 

Процесс сгорания

При определении температуры рабочего тела в конце сгорания предполагаем, что процесс сгорания рабочего тела в начале проходит при постоянном объёме, а затем при постоянном давлении. Температуру рабочего тела в точке определяем на основании уравнения внутренних энергий для точки С и Z с учётом количества теплоты, выделенной при сгорании топлива.

Общее уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет следующий вид

 

,

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения вычисляется по формуле:

 

 

.

Степень повышения давления на участке С - Z1 принимаем .

Коэффициент использования теплоты приним