Расчет процесса сжатия
При расчете процесса сжатия предполагается, что он протекает в течении всего хода поршня от НМТ до ВМТ. Сам процесс сжатия считается политропным с постоянным показателем политропы n1.
Выбор показателя политропы сжатия n1.
Из диапазона n1 = 1,34…1,39 для бензиновых двигателей принимаем n1 = 1,36.
Параметры рабочего тела в конце такта сжатия.
РС = 1 * Ра * n1 = 1.03 * 0.083 * 9,51.36 = 1,83 МПа;
ТС = Та * n1 – 1 = 3429,50.36 = 769 К.
У выполненных конструкций бензиновых двигателей данные величины лежат в пределах:
РС = 1,0…2,0 МПа;
ТС = 600…850 К.
Расчет процесса сгорания
Определение теплоты сгорания рабочей смеси.
где НU – потери теплоты вследствие неполноты сгорания.
НU = 114 * (1 + ) * L0 = 114 * (1 – 0,9) * 0.512 = 0,014 МДж/кмоль.
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
Коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания.
Из диапазона Z = 0,82…0,92 для бензиновых двигателей и с учетом всех факторов способствующих усилению теплоотдачи от заряда к стенкам КС в процессе сгорания принимаем Z = 0,82.
Уравнение 1 – го закона термодинамики для процесса сгорания для цикла с подводом теплоты при V = const.
UC – внутренняя энергия 1 кмоля воздуха при Т = ТС в МДж/кмоль;
UC” – внутренняя энергия 1 кмоля продуктов сгорания при Т = ТС;
UZ” – внутренняя энергия 1 кмоля продуктов сгорания при Т = ТZ.
Находим внутреннюю энергию отработавших газов UC” при Т = ТС:
где ri – объёмные доли продуктов сгорания.
Вычисляем левую часть уравнения, обозначив её F1:
Находим истинное значение
Величина
зависит от величины ТZ
и состава рабочего тела. Поэтому уравнение
1 – го закона термодинамики решается
методом последовательного приближения.
Задаёмся ТZ
= TZ1
(tz =
tz1),
а затем вычисляем:
Вычисленное значение
сравниваем с его исходным значением
Если
то при следующем шаге задаёмся tz2
> tz1
и повторяем расчет. Если при этом
окажется, что
то для получения истинного значения tz
(TZ)
достаточно точки
и
соединить прямой линией и в точке её
пересечения с прямой линией
найти значение tz.
tz = 2456 C; TZ = 2729 K.
Результаты расчёта представляем в виде таблицы.
Значение удельной внутренней энергии в (МДж/кмоль) компонентов
свежей смеси и продуктов сгорания в точках «С» и «Z».
|
СО2 |
СО |
N2 |
H2 |
H2O |
Воздух (UC) |
|
|
|
|
ri |
0.1348 |
0.026 |
0.688 |
0.013 |
0.137 |
|||
tc=496 |
|
18.022 |
10.578 |
10.653 |
10.405 |
13.589 |
10.598 |
12.0932 |
73.476 |
tz1=2400 |
|
113.002 |
62.174 |
61.085 |
57.359 |
89.597 |
|
|
71.603 |
tz2=2500 |
|
118.277 |
65.063 |
63.89 |
60.164 |
94.245 |
|
|
74.973 |
Степень повышения давления:
= Д * Тz/Тc = 1.12 * 2729/769 = 3.97;
Теоретическое максимальное давление
Pz = * Pc = 3.97 * 1.83 = 7.26 МПа.
Для современных бензиновых двигателей
Pz = 3.5…7.5 = 3.5…4.5 МПа.
Действительное максимальное значение давления
Pzд = 0,85 * Pz = 0.85 * 7.26 = 6.13 МПа.
Pzд = 3,00…6.5 МПа.
РАСЧЕТ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ
Выбор показания политропы расширения n2. Из анализа экспериментальных индикаторных диаграмм n2 = 1.23…1.30. Принимаем n2 = 1.25.
Параметры рабочего тела в конце расширения.
Рв = Pz/n2 = 7.26/9,5 1.25 = 0.43 МПа;
Tв = Tz/n2-1 = 2729/9,50.25 = 1554 К.
Проверка правильности выбора параметров остальных газов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИКИТОРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ
Расчетное среднее индикаторное давление:
Действительное среднее индикаторное давление
Pi = I * Pip = 1.14 * 0.95 = 1.083 МПа.
Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ И ЭФФЕКТИВНЫЕ
ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ
Средне давление механических потерь:
PM = a + b * CП = 0.024 + 0.0053 * 13.5 = 0.11 МПа,
где СП = 13.5 м/с – средняя скорость поршня за один его ход, принятая по прототипу;
a = 0.024 и b = 0.0053 – постоянные коэффициенты, зависящие от типа двигателя.
Среднее эффективное давление и механический КПД:
Pe = Pi – PМ = 1.083 – 0.11 = 0,973 МПа.
Механический КПД:
м = Pe/Pi = 0.973/1.083 = 0.898.
Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива:
e=i м = 0.35 0.898 = 0.31.
Часовой расход топлива:
GT = ge Ne 10-3 = 318 42,5 10-3 = 13,5кг/ч.