5. Расчет процесса сжатия
Расчет
процесса сжатия сводится к определению
среднего показателя политропы сжатия
n1,
параметров конца сжатия (давления pс
и температуры Tс)
и теплоемкости рабочего тела в конце
сжатия
.
1. Величина политропы сжатия устанавливается в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов.
Учитывая, что процесс сжатия протекает достаточно быстро (0,015–0,005 с на номинальном режиме), суммарный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия получается незначительным и величину n1 можно оценить по среднему показателю адиабаты k1. При известных значениях степени сжатия ε и температуры в конце процесса впуска Ta величину показателя адиабаты можно определить по номограмме, показанной на рис. 5.1.
Значения показателей политропы сжатия n1 в зависимости от показателя адиабаты k1 устанавливаются в пределах, указанных в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Соотношения значений политроп и адиабат сжатия для различных типов двигателей внутреннего сгорания
Тип двигателя |
n1 |
Бензиновый |
(k1–0,00)–(k1–0,04) |
Дизель |
(k1+0,02)–(k1–0,02) |
При одинаковых значениях ε и Ta значение n1 для бензиновых двигателей обычно ниже, чем для дизелей, т.к. в процессе сжатия топливовоздушной смеси происходит испарение топлива с поглощением теплоты. Кроме того, наличие паров топлива повышает теплоемкость смеси, что также снижает величину n1.
2. Определяется давление в конце процесса сжатия, МПа
|
(5.1) |
.3. Определяется температура в конце сжатия, К
|
(5.2) |
.
|
Рис. 5.1. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия |
В современных двигателях давление и температура в конце процесса сжатия изменяются в пределах, указанных в табл. 5.2. Для дизелей с наддувом значения pc и Tc повышаются в зависимости от степени наддува.
Таблица 5.2
Давление и температура в конце процесса сжатия в двигателях внутреннего сгорания
Тип двигателя |
Давление, МПа |
Температура, К |
С электронным впрыском |
1,0–2,5 |
650–850 |
Карбюраторный |
0,9–2,0 |
600–800 |
Дизель без наддува |
3,5–5,5 |
700–900 |
4. Определяется средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.
а) Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоемкости воздуха и определяется по табл. 5.3 или может определяться по формулам, кДж/(кмоль·град):
– в интервале температур 0–1500 ºC
|
(5.3) |
;– в интервале температур 1501–2800 ºC
|
(5.4) |
.
Таблица 5.3
Средняя мольная изохорная теплоемкость газов
Темпе-ратура, ºC |
Средняя мольная изохорная теплоемкость отдельных газов, кДж/(кмоль·град) |
||||||
Воздух |
O2 |
N2 |
H2 |
CO |
CO2 |
H2O |
|
0 |
20,759 |
20,960 |
20,705 |
20,303 |
20,809 |
27,546 |
25,185 |
100 |
20,839 |
21,224 |
20,734 |
20,621 |
20,864 |
29,799 |
25,428 |
200 |
20,985 |
21,617 |
20,801 |
20,759 |
20,989 |
31,746 |
25,804 |
300 |
21,207 |
22,086 |
20,973 |
20,809 |
21,203 |
33,442 |
26,261 |
400 |
21,475 |
22,564 |
21,186 |
20,872 |
21,475 |
34,936 |
26,776 |
500 |
21,781 |
23,020 |
21,450 |
20,935 |
21,785 |
36,259 |
27,316 |
600 |
22,091 |
23,447 |
21,731 |
21,002 |
22,112 |
37,440 |
27,881 |
700 |
22,409 |
23,837 |
22,028 |
21,094 |
22,438 |
38,499 |
28,476 |
800 |
22,714 |
24,188 |
22,321 |
21,203 |
22,756 |
39,450 |
29,079 |
900 |
23,008 |
24,511 |
22,610 |
21,333 |
23,062 |
40,304 |
29,694 |
1000 |
23,284 |
24,804 |
22,882 |
21,475 |
23,351 |
41,079 |
30,306 |
1100 |
23,548 |
25,072 |
23,142 |
21,630 |
23,623 |
41,786 |
30,913 |
1200 |
23,795 |
25,319 |
23,393 |
21,793 |
23,878 |
42,427 |
31,511 |
1300 |
24,029 |
25,549 |
23,627 |
21,973 |
24,113 |
43,009 |
32,093 |
1400 |
24,251 |
25,763 |
23,849 |
22,153 |
24,339 |
43,545 |
32,663 |
1500 |
24,460 |
25,968 |
24,059 |
22,333 |
24,544 |
44,035 |
33,211 |
1600 |
24,653 |
26,160 |
24,251 |
22,518 |
24,737 |
44,487 |
33,743 |
Окончание табл. 5.3
Темпе-ратура, ºC |
Средняя мольная изохорная теплоемкость отдельных газов, кДж/(кмоль·град) |
||||||
Воздух |
O2 |
N2 |
H2 |
CO |
CO2 |
H2O |
|
1700 |
24,837 |
26,345 |
24,435 |
22,698 |
24,917 |
44,906 |
34,262 |
1800 |
25,005 |
26,520 |
24,603 |
22,878 |
25,089 |
45,291 |
34,756 |
1900 |
25,168 |
26,692 |
24,766 |
23,058 |
25,248 |
45,647 |
35,225 |
2000 |
25,327 |
26,855 |
24,917 |
23,234 |
25,394 |
45,977 |
35,682 |
2100 |
25,474 |
27,015 |
25,063 |
23,410 |
25,537 |
46,283 |
36,121 |
2200 |
25,612 |
27,169 |
25,202 |
23,577 |
25,666 |
46,568 |
36,540 |
2300 |
25,746 |
27,320 |
25,327 |
23,744 |
25,792 |
46,832 |
36,942 |
2400 |
25,871 |
27,471 |
25,449 |
23,908 |
25,909 |
47,079 |
37,331 |
2500 |
25,993 |
27,613 |
25,562 |
24,071 |
26,022 |
47,305 |
37,704 |
2600 |
26,120 |
27,753 |
25,672 |
24,234 |
26,120 |
47,515 |
38,060 |
2700 |
26,250 |
27,890 |
25,780 |
24,395 |
26,212 |
47,710 |
38,395 |
2800 |
26,370 |
28,020 |
25,885 |
24,550 |
26,300 |
47,890 |
38,705 |
б) Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия определяется по табл. 5.4 для бензина или по табл. 5.5 для дизельного топлива
При невозможности определить среднюю массовую изохорную теплоемкость остаточных газов по табл. 5.4 или табл. 5.5, вследствие несоответствия элементарного состава топлива, ее можно определить по формуле, кДж/(кмоль·град)
|
(5.5) |
в) Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси (свежая смесь плюс остаточные газы) определяется по формуле, кДж/(кмоль·град)
|
(5.6) |
.