- •Нижегородский государственный педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №30
- •1. Основные допущения
- •2. Содержание контрольной работы и пояснительной записки
- •3.2. Краткое описание идеализированного цикла теплового двигателя
- •3.2.1. Термодинамический процесс политропного сжатия рабочего тела. Уравнения обмена механической и тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой. Энтропия рабочего тела
- •3.2.1.1. Уравнение термодинамического политропного процесса сжатия [1]
- •3.2.1.2. Энергия в механической форме, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда (в нашем случае это работа изменения объёма), описывается интегральным соотношением [1]
- •3.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.4. Термодинамический процесс политропного расширения рабочего тела
- •3.2.5. Термодинамический изохорный процесс отвода тепловой
- •4. Определение параметров двигателя
- •4.1. Результирующая работа цикла
- •4.2. Суммарная тепловая энергия цикла
- •4.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •4.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •4.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •4.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
- •5. Индикаторная диаграмма цикла
- •6. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •7. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
- •7.1. Исходные данные:
- •Значения параметров состояния рабочего тела в точке c (в конце процесса сжатия a-c)
- •7.3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
- •7.3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
- •7.4. Проверка правильности вычислений параметров состояния рабочего тала в характерных точках цикла
- •7.5. Результирующая работа цикла, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •7.6.2. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
- •7.6.3. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
- •7.6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
- •7.6.5 Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
- •7.7. Расчёт параметров двигателя
- •7.7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •7.7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •7.7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.
- •7.8. Построение индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.1. Назначение и значимость индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.2. Последовательность построения индикаторной диаграммы цикла и результаты расчётов параметров для построения диаграммы
- •7.9. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •7.9. Выводы
- •Приложение
- •2. Обозначения и единицы измерения физических величин, используемых в контрольной работе
- •3. Образец задания на контрольную работу
- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №30
- •Литература
5. Индикаторная диаграмма цикла
Индикаторная диаграмма цикла – это графическое изображение термодинамического цикла в координатах давление – объём рабочего тела (P-V диаграмма). В разделе 3 приведены аналитические зависимости, связывающие между собой параметры состояния рабочего тела во всех составляющих цикл термодинамических процессах. Аналитические связи получены в том числе и для параметров давление – объём рабочего тела. Эти зависимости совместно с исходными данными – параметры рабочего тела в начальной точке, степень сжатия, степень повышения давления и степень предварительного расширения позволяют графически изобразить индикаторную диаграмму цикла.
Из изложенного ясно, что существуют две возможности графического построения индикаторной диаграммы. Первая возможность – это построение аналитических кривых зависимостей давления рабочего тела от его объёма для каждого составляющего цикл термодинамического процесса с помощью какого-либо современного графического пакета (Hyper Mesh, AGrapher, MathCad, AutoCAD и т.д.).
Вторая возможность – это построение диаграмм по предварительно рассчитанным координатам давление – объём рабочего тела в отдельных точках термодинамических процессов. Для этого объём рабочего тела в каждом термодинамическом процессе разделяется на ряд промежутков и на границах всех промежутков рассчитывается давление рабочего тела. По полученным точкам строится индикаторная диаграмма цикла.
6. Внешняя скоростная характеристика двигателя
Скоростная характеристика двигателя – это зависимости эффективной мощности двигателя, вращающего момента, расхода топлива и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Зачастую наибольший интерес представляет внешняя скоростная характеристика двигателя, соответствующая его работе с наибольшей цикловой подачей топлива.
На основании большого количества экспериментальных исследований поршневых двигателей внутреннего сгорания были получены эмпирические зависимости, описывающие внешнюю скоростную характеристику двигателя [3].
Так, мощность двигателя может быть описана зависимостью
Pe = Pemax*(a*No + b*No2 – c*No3), 6.1
в которой
Pemax - максимальная мощность двигателя (при заданной в исходных данных частоте вращения двигателя);
Pe - мощность двигателя;
No = Nт/N – относительная частота вращения коленвала, представляющая собой отношение текущей частоты к частоте вращения коленвала при максимальной мощности;
Nт – текущая частота вращения коленвала двигателя;
N – частота вращения коленвала двигателя, заданная в исходных данных курсового проекта.
a, b и c – эмпирические коэффициенты.
Для дизельных двигателей в [3] рекомендуется выбирать значение коэффициента а = 0.5 – 0.7. Коэффициенты b и c следует получать решением системы уравнений
a + b – c = 1 (для обеспечения Pe = Pemax при No = 1);
a + 2*b – 3*c = 0 (т.к. при No = 1 мощность двигателя принимает максимальное значение).
При построении внешней скоростной характеристики двигателя его максимальную мощность следует определять по зависимости 4.11, расход топлива принимать прямо пропорциональным частоте вращения коленвала, а удельный расход топлива рассчитывать по зависимости 4.12.
Вращающий момент двигателя рассчитывается по формуле
Te = Pe/ω, 6.2
где ω = 2*π*N/60 – текущая угловая скорость вращения коленвала двигателя
Пример расчёта