Процесса сжатия:

Так как процесс сжатия политропный, то величины, характеризующие начало и окончание его, связаны между собой уравнением политропы.

р_с= р_а ε ^п _1. Т_с= Т_а ε ^п₁^{- 1}.

Расчетах принимаем среднее значение, для дизелей показатель политропов сжатия находится в пределах n₁ = 1.34- 1.42

№п\п	параметр	Обозна- чнение	Размер- ность	величина	примечание
1	Давление конца сжатия	Рс	^МПа	13,3	Расчет
2	Температура конца сжатия	Тс	^0К	2136	расчет
3	Показатель политропы сжатия	n1	--	1.58	принимаем

Определяем температуру в конце сжатия:

Т_с = Т_а ε ⁿ¹ ^{– 1} = 470 · 13,6 ^{1,58 – 1} = 2136 ^оК

которой вполне достаточно для надёжного самовоспламенения топлива при всех режимах работы дизеля.

Давление в конце сжатия:

Р_с = Р_а ε ⁿ¹ = 0,216 · 13,6^1,58 = 13,3 МПа

Погрешность расчета, МПа:

P_c = P_c – P_c^зад =13,3-13,6= -0,3

Допустимое отклонение +/- 0,3 МПа.

Процесса сгорания:

Для современных д.в.с. оптимальная продолжительность процесса сгорания составляет примерно 0,02—0,0025 сек. Поршень при этом к кон­цу сгорания успевает переместиться по направлению к н.м.т. на расстоя­ние, соответствующее около π/12 рад (15°) поворота кривошипа после в.м.т.

№п\п	параметр	Обозна- чнение	Размер- ность	величина	примечание
1	Температура сгорания	Tz	^0К	3030	Расчет
2	Давление сгорания	Pz	^МПа	16,5	В задании
3	Коэффициент избытка воздуха	α	--	2,01	принимаем
4	Степень повышения давления			1,22	Расчет
5	Низшая теплота сгорания топлива	Qн^р	кДж/кг	42,47	принимаем

Для определения количества воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, а также количества образующихся продуктов сгорания необходимо знать состав топлива.

Топливо дизельное ( массовый состав):

Массовое содержание углерода С = 0,87

Массовое содержание водорода Н = 0,126

Массовое содержание кислорода O = 0,004

Теоретически определяем необходимое количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива по формуле:

1 С Н О 1 0,87 0,126 0,004

0,21 12 4 32 0,21 12 4 32

L₀ = —— ( — + — + — ) = —— ( —— + —— + —— ) = 0,496 кмоль/кг.

Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания топлива:

L = L₀ α = 0,496 · 2,01 = 0,997 кмоль/кг.

Определяем количество молей смеси воздуха и остаточных газов в конце сжатия до момента начала горения:

М₁ = ( 1 + γ_г ) L = ( 1 + 0,02 ) · 0,997 = 1,017

и количество молей в конце горения с учётом остаточных газов:

С Н

12 2

М₂ = [ — + — + ( α – 0,21 ) L₀ ] ( 1 + γ_г ) =

0,87 0,126

12 2

= [ —— + —— + (2,01 – 0,21) · 0,496 ] (1 + 0,02) = 1,049.

Тогда действительный коэффициент молекулярного изменения:

М₂ 1,049

М₁ 1,017

β = — = —— = 1,031.

Степень повышения давления

Р_z 16,5

Р_с 13,6

λ = — = —— = 1,22

что соответствует для двигателей данного типа.

Находим среднюю молярную изохорную теплоёмкость сухого воздуха в конце сжатия:

C_v' = 19,3 + 0.0025 Т_с = 19,3 + 0,0025 · 2135 = 24,64 кДж/кмоль·К.

Выражаем для α = 2,01 среднюю молярную изохорную теплоёмкость продуктов сгорания при максимальной температуре цикла:

C_v'' = ———————— + ———————— Т_z =

20,47 + (α – 1)·19.3 360 + (α – 1)·251

α α · 10 ⁵

20,47 + (2,01 – 1)·19,3 360 + (2,01-1) ·251

2,01 2,01 · 10 ⁵

= ————————— + ————————— Т_z =

= 19,88 + 0,00305 Т_z.

Тогда средняя молярная изобарная теплоёмкость продуктов сгорания при максимальной температуре:

С_р'' = C_v'' + 8,32 = 19,85 + 0,00305 Т_z + 8,32 = 28,17 + 0,00305 ·3030

Максимальную температуру цикла определяем из уравнения сгорания в упрощённом виде, так как коэффициент остаточных газов менее 0,5:

ξ Q_н

L ( 1 + γ_г )

———— + ( С_v' + 8,32 λ ) Т_с = β С_р'' Т_z .

Подставляем в предыдущее уравнение значения известных величин:

0,89 · 42470

0,997 ( 1 + 0,02 )

——————— + ( 21,28 + 8,32 · 1,99 ) · 2135 = 1,031 ( 28,17 + 0,00305) 3030

117950 = 88010

Т_z =

откуда

– 29,05 + 29,05 ² + 4 · 0,00315 ·116916

2 · 0,00315

Т_z = ————————————————— = 3030 К.

Полученное значение максимальной температуры цикла соответствует допустимым пределам.