Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

кмоль возд/кг топл; кг возд/кг топл.

Количество свежего заряда:

М₁ = a · L₀ = 1,5 · 0,499 = 0,749 кмоль св. зар/кг топл. (2.2)

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания

МСО₂ = С/12 = 0,87/12 = 0,0725 кмоль СО₂/кг топл; (2.3)

МН₂О = Н/2 = 0,126/2 = 0,063 кмоль Н₂О/кг топл. (2.4) МО₂ = 0,208 · (a - 1) · L₀ = 0,208 · (1,5 - 1) · 0,499 = 0,052 кмоль О₂/кг топл; (2.5) МN₂ = 0,792 · a · L₀ = 0,792 · 1,5 · 0,499 = 0,593 кмоль N₂/кг топл. (2.6)

Общее количество продуктов сгорания

М₂ = МСО₂ + МН₂О + МО₂ + МN₂ . (2.7) М₂ =0,0725 +0,063 +0,052 +0,593 = 0,781 кмоль пр. сг/кг топл.

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Атмосферные условия р₀ = 0,1 Мпа; Т₀ = 293К.

Давление окружающей среды р_к = 0,17 МПа.

Температура окружающей среды

(2.8)

где n_к – показатель политропы сжатия (для центробежного нагнетателя с охлаждаемым корпусом принят n_к = 1,65).

Температура и давление остаточных газов.

При наддуве температурный режим двигателя повышается и увеличивает значения Т_r и р_r. Поэтому можно принять:

р_r = 0,98 · р_к = 0,98 · 0,17 = 0,162 МПа, Т_r = 800К. (2.9)

Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда. Рассчитываемый двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле без наддува может достигать » 15–20 °С, а при наддуве за счёт уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Поэтому принимаем DТ = 10°С.

Плотность заряда на впуске

r_к = р_к · 10⁶/(Rв · Тк); (2.10) r_к = 0,17 · 10⁶/(287×361,12) = 1,640 кг/ м³.

Потери давления на впуске в двигателе:

Dр_а = (b² + x_вп) · (w²_вп · r_к/2) · 10^-6 = 2,5 · 70² · 1,640/2 · 10⁶ = 0,010Мпа, (2.11)

где: (b² + x_вп) – коэффициент сопротивления впускного тракта (2,5),

w _вп – скорость потока в проходном сечении клапана= 70м/с,

приняты в соответствии со скоростным режимом двигателей и с учётом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе дизеля.

Давление в конце впуска:

р_а = р_к – Dр_а; (2.12) р_а = 0,17 – 0,010 = 0,16 Мпа.

Коэффициент остаточных газов:

; (2.13) .

Температура в конце впуска:

Т_а = (Т_к + DТ + g_rТ_r) / (1 + g_r); (2.14) Т_а = (361,12 + 10 + 0,031 · 800)/(1 + 0,031) = 384,02 К.

Коэффициент наполнения:

h_V = Т_к · (eр_а – р_r ) / [(Т_к + DТ)(e – 1) · р_к]; (2.15) h_V = 361,12 · (16 · 0,16 – 0,162) / [(361,12 + 10)(16 – 1)0,17] = 0,915.

Процесс сжатия

Средние показатели адиабаты и политропы сжатия. При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме:

при e = 16 и Т_а = 384,02 К – k₁ » 1,363.

Давление и температура в конце сжатия:

р_с = р_а · eⁿ¹ и Т_с = Т_а · e^n1-1; (2.16) р_с = 0,16 · 16^1,363 = 7 МПа, Т_с = 384,02 · 16^1,363–1 = 1051,63 К. (2.17)

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) воздуха = 20,6 + 2,638 × 10^-3 t_c: (2.18)

= 20,6 + 2,638 · 10^-3 · 777,63 = 22,75 ,

где: t_c = T_c – 273 = 1050 – 273 = 777,63 °C.

б) остаточных газов, при a = 1,5 и t_c = 777,63 °C

= 24,59 ;

в) в рабочей смеси ; (2.19)

.

Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

m₀ = М₂ / М₁ = 0,781 / 0,749 = 1,043. (2.20)

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

m = (m₀ + g_r) / (1 + g_r) = (1,043 + 0,031)/(1 + 0,031) = 1,042. (2.21)

Теплота сгорания рабочей смеси:

Н_раб.см. = Н_и / [M₁ · (1 + g_r)] = 42440 / [0,749 · (1 + 0,031)] = 54958,50 (2.22)

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания

; ; (2.23) = 25,68 + 0,002007754t_z; = 25,68 + 0,002007754t_z + 8,315 = 34,0 + 0,002007754t_z.

Коэффициент использования теплоты для современных дизелей с неразделёнными камерами сгорания и хорошо организованным струйным смесеобразованием для двигателя с наддувом, в связи с повышением теплонапряжённости двигателя и созданием более благоприятных условий для протекания процесса сгорания, можно принять – j_z = 0,86.

Степень повышения давления в дизеле, в основном, зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11–12 МПа. В связи с этим целесообразно принять для дизеля с наддувом l = 1,5.

Температура в конце видимого процесса сгорания:

j_zН_{раб. см.} + [ + 8,315l]t_c + 2270(l – m) = m t_z; (2.24) , откуда

°С; Т_z = t_z + 273 = 1920,07 + 273 = 2193,07 К.

Максимальное давление сгорания

р_z = l · р_с = 1,5 · 7,00 = 10,5 МПа. (2.25)

Степень предварительного расширения

r = m · Т_z / (l · Т_с) = 1,042 × 2193,07 / (1,5 × 1050,63) = 1,45. (2.26)

Процесс расширения

Степень последующего расширения

d = e / r = 16 /1,45 = 11,034. (2.27)

Средние показатели адиабаты и политропы расширения для дизелей выбираются следующим образом. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения, с учётом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения, который определяется по номограмме.

При d = 11,034; Т_z = 2193,07 К и a =1,5 – k₂ = 1,277, а n₂ принимаем равным 1,265.

Давление и температура в конце расширения

р_b = р_z/dⁿ² = 10,5 / 11,034^1,265 = 0,504 МПа; (2.28) Т_b = Т_z/d^{n2 – 1} = 2193,07 / 11,034^{1,265 – 1} = 1160,72 К. (2.29)

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов

К; (2.30) D = 100 · (795,1 – 800) / 795,1 = - 0,616 % – что допустимо.