4 Тепловой расчет двс
Целью теплового расчета ДВС является определение величин, необходимых для построения индикаторной диаграммы термодинамического цикла и уточнение основных характеристик двигателя.
Индикаторной диаграммой называется график изменения давления в цилиндре дизеля в зависимости от положения поршня. Диаграмма строится в координатах P-V (давление-объем) и представляет собой замкнутую кривую. Этот график получают во время работы дизеля при помощи специального прибора – индикатора. На индикаторной диаграмме каждая линия относится к определенному процессу цикла.
4.1 Теплота сгорания топлива
Важнейшей характеристикой топлива служит его теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. Она зависит от элементарного состава топлива.
Выберем следующий элементарный состав жидкого топлива, применяемого для ДВС:
Таблица 3
|
Углерод |
Водород |
Кислород |
Массовая доля, % |
87 |
12,6 |
0,4 |
Низшую теплоту сгорания жидкого топлива определим по следующей формуле:
(2)
где QН – низшая теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг;
C, H, O, – массовые доли углерода, водорода и кислорода в топливе.
МДж/кг
4.2 Процесс наполнения
Основными параметрами, характеризующими процесс наполнения, являются:
ηн – коэффициент наполнения;
γг – коэффициент остаточных газов;
Ра – давление в конце наполнения;
Та – температура рабочей смеси;
Рг – давление остаточных газов;
Тг – температура остаточных газов.
Расчет процесса наполнения заключается в определении значений этих параметров.
Давление в конце наполнения:
(3)
где С2 – наибольшая скорость протекания свежего заряда при открытии выпускных клапанов;
φ – коэффициент скорости истечения, учитывающий вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны (для дизеля с наддувом φ = 0,7..0,85), примем φ = 0,8;
Т0 – температура окружающей среды, К, примем Т0 = 293 К;
Ps – давление воздуха перед входом в цилиндр.
Для определения С2 необходимо знать среднюю скорость поршня Сm и скорость поступающего заряда С1 через живые сечения клапана.
Определим среднюю скорость поршня Сm по следующей формуле:
(4)
где S – ход поршня, м;
n – частота вращения дизеля, об/мин.
м/с
Посчитаем скорость поступающего заряда С1 по следующей формуле:
(5)
где F – площадь поршня, м2;
f – площадь сечения полностью открытых впускных клапанов, м2.
Величина К = F/f для быстроходных двигателей лежит в пределах 4,5..6. Примем К = 6.
м/с
Наибольшая скорость протекания свежего заряда через выпускной клапан:
(6)
м/с
(7)
где – падение давления в охладителе, примем Па
– давление воздуха после компрессора.
(8)
где – степень сжатия в компрессоре, примем .
Па
Па
Па
Коэффициент остаточных газов для четырехтактного двигателя с наддувом определяется по следующей формуле:
(9)
где ε – степень сжатия; для быстроходного двигателя с наддувом ε = 15..18; принимаем ε = 13.
Повышение температуры воздуха Δt в следствие нагрева его в системе двигателя составляет по опытным данным для четырехтактных дизелей с наддувом 5..10º. Давление остаточных газов Pг для быстроходных дизелей изменяется в пределах 1,05..1,15 кг/см2. Температура остаточных газов Тг для четырехтактного быстроходного дизеля составляет 770..850 К.
Исходя из этого, принимаем: Δt = 7º
Pг = 3,1·105 Па
Тг = 800 К
При расчете четырехтактного двигателя с наддувом должно быть учтено повышение температуры заряда Δt1 в следствие сжатия в нагнетательном или продувочном насосе:
(10)
где n – показатель политропы сжатия в нагнетателе или насосе, n = 1,6.
К
Температура смеси перед входом в цилиндр:
(11)
где – падение температуры в охладителе, º.
К
Температура смеси в конце наполнения определяется по уравнению:
(12)
К
Коэффициент наполнения через коэффициент остаточных газов определяется следующим образом:
(13)