- •Методичні вказівки до виконання теплового розрахунку двз у курсових і дипломних проектах та роботах
- •Передмова
- •1 Загальна характеристика двигуна, що проектується
- •1.1 Загальний опис двигуна
- •1.2 Конструктивне пророблення двз
- •2 Тепловий розрахунок двз
- •2.1 Визначення параметрів робочого тіла
- •2.2 Розрахунок процесів газообміну
- •2.3 Розрахунок процесу стиску
- •Орієнтовні значення параметрів зазначені у таблиці 2.3.
- •Таблиця 2.3 – Параметри суміші наприкінці стиску
- •2.4 Розрахунок процесу згоряння
- •Таблиця 2.4 – Параметри суміші наприкінці згоряння
- •2.5 Розрахунок процесу розширення
- •2.6 Визначення індикаторних і ефективних показників двз
- •Таблиця 2.6 – Індикаторні показники двигуна
- •Таблиця 2.8 – Ефективні показники двигуна
- •2.7 Визначення параметрів циліндра і двигуна
- •2.8 Побудова індикаторної діаграми
- •3 Побудова зовнішніх швидкісних характеристик двигуна
- •Криву залежності годинної витрати палива gп, кг/год, від частоти обертання колінчастого вала будують відповідно до рівняння:
- •Значення крутного моменту mк, н·м, обчислюють за виразом:
- •4 Порівняння параметрів двз з аналогічними конструкціями і вибір прототипів
- •Список літератури
- •Додаток а Таблиця відповідності ступеня стиску і октанового числа бензину
- •Масові частки компонентів у 1 кг палива
- •Додаток в Значення середніх мольних теплоємностей продуктів згоряння бензину і дизельного палива в залежності від коефіцієнта надлишку повітря
- •Додаток г
- •Відношення s/d у залежності від частоти обертання колінчастого вала n
- •Фази газорозподілу і кути, що визначають процес згоряння палива, за кутом повороту колінчастого вала
- •Додаток д
2.3 Розрахунок процесу стиску
Температуру наприкінці процесу стиску Тс, К і tс, °C, обчислюють за виразами:
,
де п1 – показник політропи процесу стиску. Рекомендовані значення n1:
- бензинові двигуни n1 = 1,34...1,38;
- дизелі (nN =1800…3000 хв-1) n1 = 1,34...1,37;
- дизелі (nN =3000…4500 хв-1) n1 = 1,36...1,39;
- газові n1 = 1,36...1,38.
Тиск наприкінці процесу стиску рс, МПа, визначають за виразом:
Орієнтовні значення параметрів зазначені у таблиці 2.3.
Обчислюють середню мольну теплоємність свіжої суміші , кДж/(кмольК), як теплоємність повітря при постійному об'ємі:
.
Об'ємні частки компонентів у продуктах згоряння ri:
Результати заносимо у третій рядок таблиці 2.1. У останній стовпчик заносимо суму значень попередніх стовпчиків, яка має дорівнювати одиниці.
Визначаємо середні мольні теплоємності компонентів залишкових газів , кДж/(кмольК):
= 20,930 + 0,004641· tс;
= 20,398 + 0,002500· tс;
= 20,684 + 0,000206· tс;
= 20,597 + 0,002670· tс;
= 27,941 + 0,019· tс;
= 24,953 + 0,005359· tс.
Результати заносимо у четвертий рядок таблиці 2.1.
Перемноженням відповідних кліточок другого і четвертого рядків заповнюємо п’ятий рядок таблиці 2.1. У останній стовпчик заносимо суму значень попередніх стовпчиків, яка дорівнює .
Середню мольну теплоємність залишкових газів при постійному об'ємі , кДж/(кмольК), обчислюють за формулою:
Визначають середню мольну теплоємність робочої суміші , кДж/(кмольК):
Таблиця 2.3 – Параметри суміші наприкінці стиску
Тип двигуна |
Тиск наприкінці стиску |
Температура наприкінці стиску |
Бензинові без наддуву |
рс = 1,0...2,6 МПа |
Тс = 600...850 К |
Газові |
рс = 1,2...2,0 МПа |
Тс = 650...750 К |
Дизельні, газодизельні без наддуву при nN =1800…3000 хв-1 при nN =3000…4500 хв-1 |
рс = 3,5...5,0 МПа рс = 4,0...6,5 МПа |
Тc = 800...950 К Тc = 850...1100 К |
З наддувом |
рс ≤ 9,0 МПа |
Тc ≤ 1150 К |
2.4 Розрахунок процесу згоряння
Приймають чисельні значення частки використання найнижчої теплоти згоряння палива z, що лежить у межах:
z = 0,82...0,96 для бензинових з електронним впорскуванням;
z = 0,65...0,88 для дизелів;
z = 0,8...0,85 для газових двигунів;
z = 0,75...0,8 для газодизелів.
Температуру газів tz, ºC, наприкінці процесу згоряння визначають з наступних рівнянь згоряння:
а) для двигунів з підведенням теплоти при V = const (бензинові і газові):
б) для двигунів зі змішаним підведенням теплоти (дизелі і газодизелі):
де – ступінь підвищення тиску, = pz / pc. Для розрахунку температури згоряння tz дизельних двигунів рекомендується приймати попереднє значення за цією формулою задаючись pz з умови рz = 7…16 МПа, ≥ 1,4;
–середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному об'ємі, кДж/(кмольК);
–середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному тиску, кДж/(кмольК).
В обидва з цих рівнянь входять дві невідомі величини – чи і шукана температура tz. Вирішити ці рівняння можна двома способами:
методом послідовних наближень. При цьому за допомогою табличних значень (Додаток В), орієнтовно задаючи tz (діапазон значень – таблиця 2.4) і знаючи α, вибирають чиі вирішують рівняння згоряння, визначаючиtz. Потім, використовуючи його отримане значення, уточнюють чиі знову визначаютьtz. Процес ітерації проводиться доти, поки відмінність двох послідовних визначених значень tz буде менше 25ºC. При використанні таблиць Додатка В варто застосовувати операцію інтерполяції, оскільки таблиці складені з шагом 100ºC.
визначають чиу такий спосіб:
- середню мольну теплоємність продуктів згоряння при постійному об'ємі , кДж/(кмольК), визначають за формулою:
де – середні мольні теплоємності компонентів, кДж/(кмольК) (Додаток Б, для діапазону t = 1501...2800 ºC);
- середню мольну теплоємність продуктів згоряння при постійному тиску , кДж/(кмольК), визначають за формулою:
При цьому, оскільки величина tz невідома, у формулах tz залишається перемінною. Усе вираження підставляється в рівняння згоряння, яке після всіх можливих обчислень і перетворень приймає вид:
де А, В, С – числові значення відомих величин.
Тоді
Значення для бензинових і газових двигунів визначається після обчислення температури tz і звичайно лежить в інтервалі = 3,2...4,2 для бензинових; = 3...5 для газових.
Тиск наприкінці процесу згоряння рz, МПа:
- для бензинових і газових двигунів:
- для дизелів і газодизелів:
де рzд – дійсний тиск наприкінці згоряння, МПа;
ρ – ступінь попереднього розширення.
Звичайно для дизельних двигунів = 1,2...1,7. Якщо в результаті розрахунків отримане < 1, то необхідно зменшити значення і заново обчислити температуру tz.
Орієнтовні значення параметрів суміші наприкінці згоряння зазначені в таблиці 2.4.