1. Расчет процессов рабочего цикла дизеля

Вид материала

Исследование

Содержание 1.1. Процессы наполнения, сжатия, сгорания и расширения Тз – температура затекающего в цилиндр заряда; G Р – давление рабочего тела в цилиндре;  – коэффициент теплоотдачи; F Т – температура стенки цилиндра; С Тст – температура стенки патрубка; q Gкл – масса воздуха в коллекторе; G 1.2. Определение скорости тепловыделения 1.3. Определение относительного количества топлива, испарившегося за период задержки воспламенения Rкс – радиус камеры сгорания; Т Спр – средняя удельная теплоемкость паров топлива; L Исходные данные Содержание и порядок выполнения заданий Процесс наполнения (варианты задания) Номер варианта по показателю процесса Процесс наполнения (изменяемые параметры) Процесс сжатия (варианты заданий) Номер варианта по показателю процесса Процесс сжатия (изменяемые параметры) Процесс горения топлива (варианты заданий) Номер варианта по показателю процесса ... Полное содержание

Подобный материал:

• Лекция: Жизненный цикл программного обеспечения ис: Понятие жизненного цикла по ис., 269.93kb.
• Жизненный цикл программного обеспечения, 126.07kb.
• Производственная программа электроцеха 2Разработка плана по труду и кадрам 1 Расчет, 674.59kb.
• Совершенствование рабочего процесса дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием при, 190.09kb.
• Контрольная работа ( типовой расчет) №3 " Расчет переходных процессов в электрических, 11.69kb.
• Пример содержание разделов дисциплины Организация и нормирование труда, 24.01kb.
• Планирование фонда рабочего времени, расчет отдельных статей бюджета рабочего времени., 157.93kb.
• Совершенствование процессов распыливания топлива и смесеобразования транспортного дизеля,, 268.34kb.
• Реферата: «Система пуска тракторного дизеля», 197.93kb.
• Научно-образовательный комплекс по специальности 050701 «Биотехнология» Методические, 834.35kb.

1. Расчет процессов рабочего цикла дизеля

Важной задачей при проектировании двигателя является исследование влияния его конструктивных, термодинамических и регулировочных параметров на показатели действительного рабочего цикла и отдельных процессов (наполнение, сжатие, горение–расширение, выпуск).

Решить такую задачу, не прибегая к сложным натурным экспериментам, можно только при использовании математических моделей рабочего цикла двигателя. Одной из них является нетрадиционная математическая модель, созданная на кафедре АТД ВолгГТУ с использованием опыта других специалистов, работающих в области поршневых двигателей. Модель реализована в программе «ZIKL», составленной на языке Fortran, с помощью которой проводится учебно-исследовательская работа для студентов специальности «Двигатели внутреннего сгорания». Ниже приведены основные теоретические положения модели и методические указания для проведения учебно-исследовательской работы.

1.1. Процессы наполнения, сжатия, сгорания и расширения

Выражения для определения текущих значений давления в процессах цикла получены на основе уравнения первого закона термодинамики для переменной массы рабочего тела.

Для процесса наполнения [1,2]:



(1.1)

где Т_з – температура затекающего в цилиндр заряда;

G – масса рабочего тела в цилиндре;

dG_н – элементарная масса заряда, вытекающая через неплотности цилиндра;

Р – давление рабочего тела в цилиндре;

 – коэффициент теплоотдачи;

F – площадь поверхности цилиндра;

Т – температура рабочего тела в цилиндре;

Т_ – температура стенки цилиндра;

С_V – изохорная теплоемкость рабочего тела в цилиндре.

Если пренебречь теплообменом между стенками впускного патрубка и газом, то для дизеля без наддува температура затекающего заряда Т_з в уравнении (1.1) равна температуре окружающей среды Т_о. Для дизелей с наддувом температуру затекающего заряда Т_з следует считать равной температуре за компрессором Т_к, или за холодильником наддувочного воздуха. Правильность допущения об адиабатности процессов в коллекторах системы наддува подтверждается оценкой величины относительного количества теплоты, отданной в стенки патрубков [1]:

, (1.2)

где N_u – критерий Нуссельта;

P_e – критерий Пекле;

F – площадь тепловоспринимающей поверхности;

f – площадь поперечного сечения патрубка;

Т – температура заряда;

Т_ст – температура стенки патрубка;

q – отношение теплового потока, отданного в стенки, к теплосодержанию потока.

При турбулентном течении газа в круглой трубе, когда 0,6 P_r 100 и 710³  R  210⁶, что характерно для режимов движения газа в коллекторах систем наддува, N_u=0,023P_r^0,4Re^0,8 и P_e=ReP_r, где P_r – критерий Прандтля.

Теперь выражение (1.2) запишется так:

. (1.3)

Расчеты применительно к современным автотракторным дизелям с наддувом показали, что относительное количество теплоты, отданное стенкам коллектора системы наддува, не превышает 1,83 %. Следует помнить, что при расчете теплообмена газа со стенками коллектора необходимо знать распределение по поверхности и во времени температуры стенок. Ошибка в задании распределения температур может привести к большим погрешностям, нежели в случае допущения об адиабатности течения, то есть в случае расчетов без учета теплообмена.

Количество затекающего в цилиндр заряда через впускной клапан определяется из выражения:

, (1.4)

где _вп – коэффициент расхода впускного клапана;

f_вп – площадь проходного сечения впускного клапана;

_вп – скорость заряда в клапанной щели;

 – плотность заряда в выходном сечении коллектора.

Скорость заряда в клапанной щели определяется из уравнения неразрывности потока:

, (1.5)

где D – диаметр цилиндра:

 – плотность газа в цилиндре;

_п – скорость поршня;

_вп – плотность газа в выпускном коллекторе.

Относительное изменение объема цилиндра:

. (1.6)

Плотность заряда во впускном коллекторе определяется из уравнения состояния. Для дизелей без наддува давление и температура принимаются равными температуре и давлению окружающей среды. В случае наддува параметры заряда во впускном коллекторе связаны с рабочими характеристиками наддувочного агрегата и режимом работы двигателя. При известном давлении наддува Р_k температура определяется из следующего выражения:

, (1.7)

где k – показатель адиабаты для воздуха;

_k – коэффициент полезного действия компрессора.

Допуская квазистационарность мгновенных параметров рабочего тела по всему объему, состояние воздуха во впускном коллекторе можно описать уравнениями массового и теплового баланса и уравнением состояния:

, (1.8)

где – расход воздуха через впускной коллектор;

, – расход воздуха через компрессор и впускной клапан соответственно;

i_к – число цилиндров, объединенных в один коллектор.

Смысл этого выражения в том, что разность расхода воздуха через компрессор и двигатель компенсируется изменением плотности воздуха во впускном коллекторе. Преобразуем выражение (1.8):

, (1.9)

где G_k – расход воздуха через компрессор.

Но dt = d /6n, поэтому .

Уравнение теплового баланса запишется в таком виде:

, (1.10)

где – изменение температуры во впускном коллекторе;

G_кл, С_Vкл – масса и изохорная теплоемкость воздуха во впускном коллекторе;

– поток энтальпии, внесенный с воздухом через компрессор во впускной коллектор;

– поток энтальпии, вынесенный с элементарной массой воздуха через выпускной клапан в цилиндр;

– внутренняя энергия элементарной массы воздуха во впускном коллекторе.

При определении потока энтальпии, вынесенного из впускного коллектора через клапан, учитывается неизменность физических свойств воздуха, поэтому i_в=С_рклТ_кл, где С_ркл – теплоемкость воздуха во впускном коллекторе.

После преобразований выражения (1.10) и совместного решения его с (1.8) получим изменение температуры воздуха во впускном коллекторе:

, (1.11)

где i_к – энтальпия воздуха на выходе из компрессора;

U_кл – внутренняя энергия воздуха в коллекторе;

G_кл – масса воздуха в коллекторе;

G_вп – масса воздуха, выходящая из коллектора через впускной клапан;

Т_кл – температура воздуха во впускном коллекторе;

Для процесса сжатия:

. (1.12)

Для процесса сгорания-расширения:

, (1.13)

где g_ц – цикловая подача топлива;

Н_u – низшая теплотворная способность топлива;

– скорость тепловыделения.