Индикаторные энергетические показатели. Индикаторная работа, среднее индикаторное давление и индикаторная мощность

Факторы, влияющие на индикаторные показатели.

Методы увеличений индикаторной мощности. Сравнение индикаторных показателей дизеля и двигателя с искровым зажиганием..

Индикаторные экономические показатели. Индикаторный коэффициент полезного действия и удельный индикаторный расход топлива.

Индикаторные показатели цикла

Лекция 4

Дисциплина Силовые агрегаты

Учебные вопросы:

1. Индикаторные энергетические показатели. Индикаторная работа, среднее индикаторное давление и индикаторная мощность.

Тепловую и механическую напряженность и эффективность процессов преобразования химической энергии топлива в меха­ническую работу двигателей внутреннего сгорания принято ха­рактеризовать показателями, которые подразделяются на две группы: индикаторные и эффективные показатели. Первые харак­теризуют совершенство осуществляемого цикла по теплоиспользованию и связаны с качеством организации процессов, вторые дополнительно учитывают степень механического совершенства двигателя.

Индикаторной работой называется полезная работа, совершае­мая газами в цилиндре двигателя в течение тактов расширения и сжатия.

При выполнении теплового расчета двигателей внутреннего сгорания пользуются диаграммой расчетного цикла , кото­рая изображена на рис. 9.1. Отрицательная работа сжатия L _ас, выполняемая газами в такте сжатия при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., пропорциональна площади. В такте расширения при движении поршня от в.м.т. к н.м.т. газы совершают положитель­ную работу , которой соответствует площадь . Пло­щадь на диаграмме соответствует индикаторной работе расчетного цикла:

(1)

В процессе расширения с подводом тепла при p=const совер­шается работа

(2)

.

Работа в политропном процессе расширения определяется из выражения

.

(3)

Рис. 1. К определению индикаторной работы

Работа в политропном процессе сжатия равна

(4)

Учитывая, что

; ; ;

.

и подставляя (2), (3), (4) в уравнение (1), получим вы­ражение для определения индикаторной работы расчетного цикла

:

(5)

.

Для определения индикаторной работы действительного цик­ла необходимо учитывать значение коэффициента полноты диа­граммы =0,920,97, при этом меньшее значение относит­ся к двигателям с разделенными камерами сгорания.

Так как индикаторная работа зависит от размеров цилиндра, то она не может характеризовать совершенство рабочего процесса двигателя. Параметром, пригодным для оценки совершенства ра­бочего процесса, является удельная индикаторная работа. Эта ве­личина представляет собой отношение индикаторной работы за цикл к рабочему объему цилиндра и имеет размерность давле­ния, поэтому ее называют средним индикаторным давлением.

Если работу газов за цикл выразить в джоулях, а рабочий объем цилиндра в кубических метрах, то среднее индикаторное давление, выраженное в мегапаскалях, будет равно

.

(6)

Если же индикаторную работу выражать в килограммометрах, а рабочий объем в метрах кубических, то среднее индикаторное давление определяется в килограммах на сантиметр квадратный:

.

(7)

Из выражения (6) видно, что графически в координатах р −V среднее индикаторное давление может быть определено (в соответствующем масштабе) высотой прямоугольника, равновеликого по площади диаграмме цикла и имеющего в основании отрезок, соответствующий рабочему объему

(рис. 2). Поэтому среднее индикаторное давление представляет собой условное постоянное избыточное давление, действующее на поршень и осуществляющее за один ход работу, равную индикаторной.

Рис. 2. К определению среднего индикаторного давления

Если обе части уравнения (5) разделять на рабочий объем цилиндра, то, имея в виду, что

,

получим выражение для среднего индикаторного давления расчет­ного цикла:

.

(8)

Среднее индикаторное давление действительного цикла опреде­ляется с учетом коэффициента полноты индикаторной диаграммы:

(9)

Величина среднего индикаторного давления в мегапаскалях или в килограммах на сантиметр квадратный на номинальном режиме работы составляет:

1) для четырехтактных дизелей:

— с неразделенными камерами сгорания без наддува 0,64 1,03 (6,510,5);

— с неразделенными камерами сгорания с наддувом до 2.45 (до 25,0);

— с разделенными.камерами сгорания 0,490,97(5,08,0);

2) для двухтактных дизелей 0,341,47 (3,515,0). Индикаторной мощностью двигателя называется мощность, соответствующая индикаторной работе.

Если частота вращения коленчатого вала равна п, то количество циклов за секунду у четырехтактных двигателей составляет

(10)

а у двухтактных двигателей равно

то с учетом коэффициента тактности двигателя имеем

(11)

где =4 - для 4-тактного двигателя и =2 - для 2-та.ктного двигателя.

Очевидно, что индикаторная мощность двигателя (в киловаттах) с числом цилиндров i будет равна

(12)

или

(8.13)

1. Индикаторные экономические показатели. Индикаторный коэффициент полезного действия и удельный индикаторный расход топлива

Кроме теоретически неизбежных, согласно второму закону термодинамики, потерь в двигателе наблюдаются потери тепла, обусловленные несовершенством протекания рабочих процессов (потери тепла, отдаваемые через стенки цилиндра в охлаждающую среду, потери из-за неполноты сгорания топлива, а также потери, связанные с диссоциацией продуктов сгорания). Использование тепла в действительном цикле характеризуется индикаторным КПД.

Индикаторным КПД называется отношение тепла, эквивалентного индикаторной работе L_i, к общему или располагаемому количеству тепла Q_T, внесенному в цилиндр с топливом:

в системе СИ;

Для оценки совершенства дизеля как тепловой машины часто.пользуются удельным индикаторным расходом топлива, под которым понимают отношение часового расхода топлива G_T индикаторной мощности N_i:

(8.16)

Для выяснения связи между индикаторным КПД и удельным индикаторным расходом топлива принимаем, что индикаторная работа двигателя за 1 с равна его индикаторной мощности, а рас­полагаемое тепло за это же время равно Q_T.

Тепло Q_T определяется как произведение часового расхода топлива G_T на его низшую теплотворную способность H_u:

Q = GTHu

(17)

С учетом выражения (8.16)

QT = giNiHu

(18)

В итоге индикаторный КПД будет выражен через удельный индикаторный расход топлива в системе СИ:

(19)

Для получения связи между индикаторным КПД и парамет­рами рабочего процесса запишем уравнение (19) для единич­ного цикла в виде

(22)

Цикловая подача топлива может быть получена из выражения (9) для коэффициента избытка воздуха:

(23)

Выразив в формуле (23) плотность воздуха во впускном коллекторе через давление p_k и температуру T_k

(24)

и подставив его в уравнение (8.22), после преобразований получим в системе СИ

(25)

Значение индикаторного КПД для четырехтактных дизелей составляет , для двухтактных −

Удельный индикаторный расход топлива в четырехтактных двигателях составляет ; в двухтактных - (g₁ выражается в граммах на киловатт-час).

1. Методы увеличений индикаторной мощности. Сравнение индикаторных показателей дизеля и двигателя с искровым зажиганием

Для анализа влияния различных факторов на индикаторную мощность и выявление путей ее повышения необходимо устано­вить зависимость индикаторной мощности от основных парамет­ров рабочего процесса.

Из уравнения (16) следует, что

(26)

Часовой расход топлива G_T при известном коэффициенте из­бытка воздуха можно выразить через часовой расход воздуха G_B, используя выражение для определения коэффициента избытка воздуха

(27)

Дата добавления: 2014-01-05