Тепловий розрахунок двигуна

3.1. Вибір вихідних даних

Рекомендується вибирати вихідні дані у наступній послідовності:

вид палива:

– для карбюраторних двигунів і двигунів з впорскуванням палива – бензин згідно з ГОСТ 2084-77 марок АІ-80, АІ-92, АІ-95 (переважно для двигунів з впорскуванням палива). Характеристики бензину мають наступні значення елементарного складу: вуглець С – 85,5%, водень Н – 14,5%, кисень О – 0%; молекулярна маса бензину – m _Т=115 кг/кмоль; нижча теплота згоряння бензину – Н _u= 44000 кДж/кг; октанове число ОЧ = 75…85;

– для дизелів – у відповідності з ДГСТ 305-62 дизельне паливо (для роботи в літніх умовах - марки Л і для роботи в зимових умовах - марки З). Цетанове число палива не менше ніж 45. Середній елементарний склад дизельного палива: С = 0,870; Н = 0,126; О = 0,004. Нижча теплота згоряння палива H _u = 42500 кДж /кг. пал.

Значення нижчої теплоти згоряння згідно з елементарним складом палива у конкретних розрахунках визначаються за формулою:

(3.1)

– тип двигуна включає його тактність, спосіб охолоджування, характер сумішоутворення (зовнішнє / внутрішнє), наявність турбонаддуву, кількість і розташування циліндрів;

– ефективна потужність двигуна N _e, (кВт) для номінальної частоти обертання колінчастого вала (за умовою проекту);

– номінальна частота обертання колінчастого вала n _e, хв.^-1 (за умовою проекту);

– ступінь стиску ε;

– коефіцієнт надлишку повітря α.

3.2. Параметри робочого тіла

Теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння одного кілограма палива:

– у масових одиницях:

кг. пов./ кг.пал.; (3.2)

– у об’ємних одиницях:

кмоль пов. / кг.пал. (3.3)

Кількість свіжої горючої суміші (заряду) визначають за формулами:

– для бензинового двигуна:

М ₁ = α·L ₀ + 1/ m _Т, кмоль г.сум./кг пал.; (3.4)

– для дизеля:

M ₁ =a·L ₀,кмоль зар./кг пал. (3.5)

Склад і кількість продуктів згоряння: при неповному згорянні палива у бензинових двигунів () продукти згоряння представляють собою суміш окису вуглецю (СО), вуглекислого газу (СО₂), водяної пари (Н₂О), вільного водню (Н₂) і азоту (N₂).

Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сума залежать від відношення кількості водню до кількості окису вуглецю (К = Н ₂ / СО). Значення коефіцієнта К = 0,45…0,55. Звичайно приймають К = 0..5.

У цьому випадку кількість окремих складових продуктів згоряння визначається за наступними формулами (кмоль/кг палива):

М _СО = 0.42·L ₀ · (1– α) /(1+К); (3.6)

М _СО2 = С/12 – М _СО; (3.7)

М _Н2 = К·М_СО; (3.8)

М _Н2О = Н/2 + М _Н2; (3.9)

М _N2 =0.79·α·L ₀. (3.10)

Сумарна кількість продуктів згоряння (кмоль/кг палива)::

М ₂ = М _СО + М _СО2 + М _Н2 + М _Н2О + М _N2. (3.11)

Перевірка здійснюється за формулою:

М ₂ = С/12+Н/2+ 0.79· α·L ₀. (3.12)

Кількість окремих компонентів та загальна кількість продуктів згоряння для дизелів при a≥ 1 (кмоль/кг. палива):

(3.13)

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)

Перевірка здійснюється за формулою:

М ₂ = С/12+Н/2+ 0,79· α·L ₀ +0,21·(α – 1)·L ₀. (3.18)

Різниця у розрахунках не повинна перевищувати 3%.

Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші:

µ ₀ =М ₂ /М ₁ (як правило – µ ₀= 1,02…1,12).

3.3. Параметри навколишнього середовища і залишкових газів

Умови на впуску: переважно у розрахунках приймають тиск р ₀=0.1 МПа, температуру Т ₀=293 К.

У двигуні підігрів свіжого заряду здійснюється у впускному трубопроводі, який омивається охолоджуючою рідиною, а також у циліндрах. Враховуючи те, що при підвищеній температурі заряду його щільність знижується, підігрів повинен забезпечувати підвищення температури у межах ΔТ ₀ = 0...20 К. Переважно приймають ΔТ ₀ = 10К.
Значення тиску залишкових газів для номінального режиму роботи карбюраторних двигунів і двигунів з розподіленим впорскуванням лежить у межах р_г = (1,02…1,25)· р ₀ МПа (більш високі значення – для двигунів з високою частотою обертання колінчастого вала). Значення температури залишкових газів для карбюраторних двигунів Тг = 900…1100 К.

Для двигунів з розподіленим впорскуванням при різних швидкісних режимах роботи тиск залишкових газів може визначатись за формулою [1]:

МПа, (3.19)

де ;

n, n _н – відповідно частоти обертання колінчастого вала двигуна, що проектується, і двигуна-прототипу, хв.^-1;

– тиск залишкових газів для номінального режиму роботи двигуна.

Температура залишкових газів Т_г для двигунів з розподіленим впорскуванням визначається з номограми [1], яку наведено на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1– Номограма для визначення вихідних параметрів двигуна з розподіленим впорскуванням палива

Для дизелів р_г = (1,05…1,25)· р ₀ МПа. При використанні турбокомпресора тиск наддувочного повітря приймають згідно з завданням р _к (МПа). Тиск залишкових газів р_г = (0,75…0,95)· р _к.

Температуру повітря після компресора визначають за формулою:

К, (3.20)

де n _k= 1,5…1,7 – показник політропи стиску в компресорі, приймають для відцентрового нагнітача, що охолоджується корпусом, n _k = 1,5.

При наддуві температурний режим двигуна підвищується, проте достатньо високе значення ступеня стискузнижує температуру і тиск у процесі стиску. Тому, для дизелів можна приймати їх значення відповідно

T_г =700…900 К і р_г =0,86· р _kМПа.

Дата добавления: 2014-11-26