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