Динамический расчет двигателя

В соответствии с типом двигателя нужно выбрать  необходимый сорт топлива, т.к. у нас дизельный двигатель, то сорт топлива – дизельное, с цетановым числом не менее 45. Марка бензина зависит от степени сжатия, которая определяет мощность двигателя. Для высокооборотных двигателей следует применять повышенную степень сжатия.

Один  из основных показателей топлив –  низшая теплота сгорания топлива Н_и, кДж/кг. Для дизельных топлив Н_и=42500 кДж/кг.

1.1. Свежий заряд и  продукты сгорания

Количество  свежего заряда или воздуха для  дизелей, кмоль/кг топлива,

                                                   М₁=α∙L₀.                                                 (1.1)

Здесь α - коэффициент избытка воздуха, для дизелей α=1,5;

           L₀ – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг, для дизелей L₀=0,495;

Тогда,                             М₁=1,5∙0,495=0,7425.

Количество  продуктов сгорания М₂ подсчитывается как сумма отдельных составляющих смеси, кмоль/кг.

При полном сгорании (для дизелей α > 1)

М_СО =0,87/12=0,0725;                                                                               (1.2)

М_{Н О}=0,126/2=0,063;                                                                                 (1.3)

М_О =0,21∙(α-1)∙L₀=0,21∙(1,5-1)∙0,495=0,051975;                                  (1.4)

М_N=0,79∙α∙ L₀=0,79∙1,5∙0,495=0,556875;                                               (1.5)

Общее количество продуктов сгорания для дизеля, кмоль/кг,

М₂=М_СО +М_{Н О}+М_О +М_N =0,073+0,063+0,052+0,557=0,745;            (1.6)

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

                  μ_-0=М₂/М₁=0,745/0,743=1,002                                              (1.7)

Действительный  коэффициент молекулярного изменения:

                  μ= μ₀+γ_r/1+γ_r=1,002+0,045/1+0,045=1,045;                        (1.8)

где γ_r – коэффициент остаточных газов, для дизелей от 0,03 до 0,06.

1.2. Процесс впуска

Расчет  процесса впуска заключается в определении  величин давления Р_а, Мпа, температуры Т_а, К, конца впуска и коэффициента наполнения η_V:

                                              Р_а=Р₀ - ∆Р_а                                                                  (1.9)

Р₀=0,1 МПа,

∆Р_а=0,11∙Р₀=0,11∙0,1=0,011

• Р_а=0,1-0,011=0,089

                                                 Т_а=Т₀+∆Т+γ_r∙Т_r / 1+ γ_r                                     (1.10)

      Т₀=293К,   ∆Т=30 К,   Т_r=800 К,   γ_r=0,045,   Р_r=1,175∙0,1=0,1175

• Т_а=293+30+0,045∙800/1+0,045=359/1,045=343,54;

                                  η_V =(ε∙Р_а - Р_r /Р₀∙(ε-1)) ∙ (Т₀ /Т₀+∆Т)                           (1.11)

ε = 18,5

                         η_V = (18,5∙0,089-0,1175 / 0,1∙17,5) ∙ (293/293+30)=(1,529/1,75) ∙ 0,907=0,874∙0,907=0,793;

1.3. Процесс сжатия

Параметры рабочего тела в конце процесса сжатия – давление Р_с, МПа, и температуру T_c, К, определяют по уравнениям политропного процесса по формулам:

            Р_с=Р_а∙ ε ⁿ = 0,089 ∙ 18,5^1,375=0,089 ∙ 55,254=4, 918;             (1.12)

            Т_с=Т_а∙ ε ^n-1=343,54 ∙ 18,5^1,375-1=343,54 ∙ 2,987=1026,15;     (1.13)

где n₁ – средний показатель политропы сжатия, величина которого зависит от многих факторов. Для приближенных расчетов его значение имеет следующую величину, для дизелей n₁=1,375.

1.4. Процесс сгорания

Расчет  процесса сгорания заключается в  определении максимальных значений температуры Т_z и давления Р_z в цилиндре двигателя. Однако подсчет величины Т_z представляет определенные трудности и ее принимают по опытным данным:

Т_z=1800-2300 К – для дизелей.

Давление  конца сгорания для дизелей, МПа,

                        Р_z=λ∙Р_с=1,8 ∙ 4,918=8,852                                                       (1.14)

где λ = 1,4–2,2 – степень повышения давления.

В дизельных  двигателях, где сгорание продолжается на линии расширения, определяют величину степени предварительного расширения по формуле

                                        ρ=V_z /V_c ,                                                   (1.15)

представляющую  отношение объемов цилиндра конца  сгорания и конца сжатия. Также её можно определить по выражению

                                    ρ=μ∙ Т_z / λ∙ Т_с =                                              (1.16)

=1,045∙2050 / 1,8∙1026,15= 2142,25/1847,08=1,16 ~ 1,2

1.5. Процесс расширения

Расчет  процесса расширения заключается в  определении давления Р_в МПа и температуры Т_в К по уравнениям политропного процесса:

                                           Р_в= Р_z / δ ⁿ,                                             (1.17)

                                          Т_в=Т_z / δ ^{n – 1},                                            (1.18)

 принимают по опытным данным в пределах:

                           n = 1,23 – 1,24 – дизели.

δ=ε/ρ – степень последующего расширения,       δ=18,5/1,2=15,95

Р_в=8,852/15,95^1,24=8,852/31,004=0,285

Т_в=2050/15,95^1,24=2050/1,944=1054,527.

1.6. Индикаторные показатели рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление для  дизелей:

    = ∙ [],              (1.19) 
    = ∙ [] =

=0,281 ∙ [0,288+0,485∙8,7-2,632∙0,670] = 0,771

Действительное  среднее индикаторное давление

                     Р_i = ∙ φ_n =0,771∙ 0,94=0,725                                         (1.20)

где φ = 0,92-0,97 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Индикаторный  КПД

                                          ,                                                (1.21)

где l₀ = 14,45 – дизели.

                                   ρ₀=(Р₀ / В∙Т₀) ∙ 10⁶ ,                                        (1.22)

где В = 287 Дж/кг∙град – удельная газовая постоянная для воздуха.

Индикаторный  удельный расход топлива, г/кВт ч,

                                         g_i=3600 / H_u∙ η_i .                                        (1.23)

Величину Н_i в выражениях (1.21) и (1.23) следует принять в МДж/кг.

                               ρ₀=(0,1 / 287∙293) ∙ 10⁶=1,189