1.3 Расчет процессов газообмена

1. Исходные данные для расчета процессов газообмена приведены в табл.П19.3

Таблица П19.3

Параметры	Размерность	Диапазон допустимых значений	Выбранное числовое значение
Условия на впуске: давление p0 температура Т0 газовая постоянная R	МПа К Дж/(кг*K)	- - -	0,10 298 287
Параметры остаточных газов: давление pr температура Тr	МПа К	(1,05…1,25)p0 900…1 100	0,12 1 000
Температура подогрева заряда на впуске	К	0…20	5
Суммарный фактор сопротивления впускного тракта	-	2,5…4,0	3,0
Средняя за процесс впуска скорость смеси в наименьшем сечении впускного тракта (как правило, в клапане),v	м/с	600…100	80
Отношение теплоемкости остаточных газов к теплоемкости свежего заряда,	-	1,00…1,03	1,01
Коэффициент дозарядки	-	1,00…1,06	1,03

2. Определение параметров на впуске.

Плотность заряда на впуске

кг/м³.

3. Определение давления рабочего тела в конце такта впуска.

Гидравлические потери во впускном трубопроводе

МПа.

Давление рабочего тела в конце такта впуска

МПа.

Характерные значения p_a находится в пределах 0,080…0,095.

4. Определение коэффициента остаточных газов:

.

Характерные значения находятся в пределах 0,04…0,06.

5. Определение температуры заряда в конце такта впуска:

Характерные значения Т_а находится в пределах 310…340 К.

6. определение коэффициента наполнения.

Коэффициент наполнения рассчитывается по заданным значениям p₀, T₀, , , и по ранее рассчитанным значениям p_a, T_a, :

.

Характерные значения находятся в пределах 0,80…0,90.

1.4. Расчет процесса сжатия

1. Выбор показателя политропы сжатия n₁ (табл. П19.4).

Таблица П19.4

Параметры	Размерность	Диапазон допустимых значений	Выбранное число значение
Показатель политропы сжатия n1	-	1,34…1,38	1,36*

* Выбор числового значения n₁ в данном случае обусловлен противоположным влиянием двух основных факторов: высокой частоты вращения двигателя и относительно высокой степенью его сжатия.

2. Определение параметров рабочего тела в конце процесса сжатия:

МПа;

Характерные для ДиСЗ значение p_c находятся в пределах 1,40…2,60 МПа, а Т_с – в пределах 650…850 К.

1.5.Расчет процесса сгорания

1. Исходные данные для расчета процесса сгорания приведены в табл.П19.5.

Таблица П19.5

Параметры	Размерность	Диапазон допустимых значений	Выбранное числовое значение
Низшая теплота сгорания топлива Нu	МДж/кг	-	44
Коэффициент выделения теплоты на участке видимого сгорания	-	0,85…0,92	0,85*

* Выбор числового значения в данном случае обусловлен противоположным влиянием с одной стороны частоты вращения n и степень сжатия , а с другой стороны – влиянием состава смеси .

2. Определение потерь теплоты от неполноты сгорания (в расчете на 1 кг топлива):

МДж/кг.

3. Определение теплоты сгорания рабочей смеси:

МДж/кмоль.

4. Определение действительного значения коэффициента молярного изменения рабочей смеси:

5. Определение максимальной температуры процесса сгорания.

Запишем уравнение первого закона термодинамики для процесса сгорания в ДсИЗ, приведенное к рабочему виду:

, (1)

где U_c – внутренняя энергия одного киломоля воздуха при температуре Т_с; – внутренняя энергия одного киломоля продуктов сгорания при температуре Т_с; - внутренняя энергия одного киломоля продуктов сгорания при температуре Т_z.

Размерность величин U_c, , , Н_см – МДж/кмоль.

Определение максимальной температуры цикла Т_z сводится к решению уравнения (1). Для применения аналитического метода решения необходимо найти числовые значения U_c, , .

Используем линейные аналитические зависимости средних молярных теплоемкостей при постоянном объеме компонентов продуктов сгорания от температуры t, которые имеют следующий вид, кДж/(кмоль*К):

.

Значения коэффициентов а_i и b_i для различных газов приведены прил.2 для двух различных интервалов температуры. Интервал температур от 0 до 1500 ^оС используется для выдачи U_c, , а интервал от 1500 до 2800 ^оС – для выдачи .

В аналогичном виде представим среднюю молярную теплоемкость смеси продуктов сгорания с учетом объемных долей компонентов, кДж/(кмоль*К).

. (2)

Здесь

t = t_c или t = t_z;

(3)

(4)

Сначала вычислим левую часть уравнения (1), обозначив её за F_1, МДж/кмоль:

,

для чего предварительно определим значение внутренней энергии воздуха при температуре t_c, использовав значение коэффициентов a и b из прил. 2 для диапазона температур 0…1500 ^оС:

МДж/кмоль.

Для определение внутренней энергии продуктов сгорания при температуре t_c найти коэффициент А и В из уравнения (2) по выражениям (3) и (4) с использованием значений коэффициентов a и b из прил.2 также в диапазоне температур 0..1500 ^ОС:

Теперь найдем значение внутренней энергии продуктов сгорания при температуре t_c:

,

после чего вычислим значением F₁ по формуле

Обозначим

Выражение для определения внутренней энергии продуктов сгорания при температуре t_z имеет вид

(5)

С учетом введенного обозначения уравнение (5) будет иметь вид

Откуда значение температуры

(6)

Значение коэффициентов A и B из уравнения (6) находим по выражениям (3) и (4) с использованием значений коэффициентов a и b из прил.2, но уже в диапазоне температур 1500…2800 ^оС:

Таким образом, Т_z = 2674 К.

Характерные значения Т_z находятся в пределах 2600…2900 К.

6. Определение максимального давления рабочего цикла.

Степень повышения давления в цикле определяется по формуле

.

Характерные значения находятся в пределах 3,20…4,20.

Тогда максимальное давление

.

Характерные значения p_z находятся в пределах 5…8 МПа.

Действительное значение максимального давления p_zд, необходимое для выполнения динамических и прочных расчетов, определяем с учетом увеличения объема над поршнем к моменту достижения максимума давления:

.