Построение индикаторной диаграммы.
Индикаторная диаграмма – графическая зависимость давления газа в цилиндре от надпоршневого объема ( перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала). Индикаторная диаграмма строится с использованием результатов теплового расчета.
Объём камеры сгорания определим по формуле (54):
Vc = Vh/(ε-1) (54)
Полный объём цилиндра определим по формуле (55):
Va = Vh+Vc (55)
Находим Vc и Va по формулам (54) и (55):
Vc = 0,454/(8,5-1) = 0,061 дм3
Va = 0,454+0,061 = 0,515 дм3.
При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту, равную 1,2 – 1,7 ее основания.
Принимаем высоту и ширину диаграммы: H=120 мм; B=60 мм.
В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра Vh , т.е. по величине равной ходу поршня S в масштабе Ms = S/AB, в зависимости от S масштаб принять 1:1, 1,5:1 или 2:1. Рекомендуется при S ≥ 80 мм Ms = 1 мм S /мм чертежа.
При этом длина отрезка AB =S/ Ms должна войти в рекомендуемый диапазон 70…100 мм. Отрезок ОА, мм, соответствующий объему камеры сгорания Vc , определяется из соотношения ОА = АВ / (ε -1). Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра ОВ в мм определяется по формуле: ОВ = OA+ AB.При построении диаграммы используют следующий ряд масштабов давлений: Mp = 0,02; 0,025; 0,04; 0,05;
0,07 – 0,10 МПа в 1 мм. При pz ≤ 5 МПа рекомендуется выбирать Mp =
= 0,025 МПа/мм, при pz ≥ 5 МПа – Mp = 0,05 МПа/мм.
Определим масштабный коэффициент по формуле (56):
mp = pzp/H; (56)
mp = 5,1574/120 = 0,043 МПа/мм.
Ближайший кратный масштаб: mp = 0,04.
Определим масштаб объемов по формуле (57):
mv = Va/H; (57)
mv = 0,515/120 = 0,0043 дм3/мм.
Ближайший кратный масштаб: mv = 0,004.
По данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: a,c, zp, z,b,r диаграммы , а так же давление p0 .
Построение политроп сжатия и расширения можно производить графическим или аналитическим методами. Давления для построения политроп вычисляем по уравнениям в 8-10 точках по формулам:
Сжатие
Px=Pa*(
)n1,
расширение Pxp=Pb*(
)n2.
Результаты заносим в таблицу 1.
Таблица 1. Результаты расчетов давлений политроп
|
Px |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pxp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Строим теоретическую индикаторную диаграмму. Для получения реальной индикаторную диаграмму. Теоретическая и реальная индикаторные диаграммы представлены на рисунках 1 и 2:
Рисунок 1. Теоретическая индикаторная диаграмма.
Рисунок 2. Реальная индикаторная диаграмма.
Тепловой баланс.
Теплоту, выделившуюся при сгорании топлива определяем по формуле (58):
Q0 = Hu*Gт/3,6; (58)
Q0 = 44000*20,87/3,6 = 255078 Дж/с.
Теплоту, эквивалентную эффективной работе за 1 с находим по формуле (59):
Qe = 1000/Ne; (59)
Qe = 1000*64 = 64000 Дж/с.
Теплоту, передаваемую окружающей среде определим по формуле (60):
Qохл
=
;
(60)
принимаем С= 0,49; m=0,65; i=4. Тогда
Qохл
=
= 64586 Дж/с.
Теплоту, отнесенную отработавшими газами определим по формуле (61):
Qг
=
*[M2*
– M1*
];
(61)
Определим
и
по формулам (62) и (63):
=
+ 8,315; (62)
=
Tr-273;
(63)
=
900-273 = 627 0c.
Мольную теплоемкость остаточных газов при tr= 627 0C определим интерполированием по температуре и коэффициенту избытку воздуха определим по формуле (64):
=
+
* (627-600); (64)
=
24,284 +
* 27 = 24,399 кДж/(кмоль*0с).
Подставим найденное значение в формулу (62):
=
24,399 + 8,315 = 32,714 кДж/(кмоль*град).
Теплоемкость свежего заряда (воздуха) определим по формуле (65) при t0 = T0-273 = 298-273 = 25 0c:
=
+
* (25-0); (65)
=
20,759 +
* 25 = 20,779 кДж/(кмоль*0с).
=
20,779 + 8,315 = 29,094 кДж/(кмоль*град).
Подставим найденные значения в формулу (61) и найдем Qг:
Qг
=
* [0,51227*32,714*627-0,474*29,094*25] = 58916 Дж/с.
Теплоту, потерянную из-за неполноты сгорания топлива определим по формуле (66):
Qн.с. = ∆Hu*Gт/3,6; (66)
Qн.с = 6201*20,87/3,6 = 35949 Дж/с.
Оставшуюся теплоту определим по формуле (67):
Qост = Q0 – Qe – Qохл – Qг - Qн.с; (67)
Qост = 255078 – 64000 – 64586 – 58916 – 35949 = 31627 Дж/с.