Процессы наполнения и сжатия

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Давление свежего заряда в конце наполнения определяется по формулам:

· для 4-х тактных двигателей с наддувом:

Р_а= (0,90  ,96)^.Р_S , (21)

P_a=0,96*0,154=0,147 Мпа.

Температура воздуха в конце наполнения:

, К (23)

где Т_S - температура воздуха на входе в двигатель;

DТ - приращение температуры воздуха в цилиндре;

Т_r - температура остаточных газов в цилиндре двигателя;

g_r - коэффициент остаточных газов.

T_a=370+15+0,02*650/(1+0,02)=390 K.

Величина:

, К (24)

где DТ_кин - повышение температуры свежего заряда за счет преобразования кинетической энергии в тепловую (DТ_кин= 7 К);

DТ_m - повышение температуры воздушного заряда за счет подогрева от стенок цилиндра (DТ_m = 8 К).

Величины коэффициента остаточных газов и Т _r принимаются в пределах:

· 4-х тактные дизели c наддувом g_r = 0,02, Т_r = 650 К;∆T=15 K.

Коэффициент наполнения h_V определяется по формуле:

, (25)

где e - степень сжатия;

G_д1 – коэффициент, учитывающий до зарядку цилиндров двигателя G_д1=1,02  1,7.

Перед определением h _V необходимо выбрать величину степени сжатия e.

При выборе e учитывают максимально-допустимое давление сгорания в двигателе [Р_Z]_ma_х. Выбранная величина степени сжатия не должна превышать значения:

, (26)

где  - степень повышения давления при сгорании;

n₁ - среднее значение показателя политропы сжатия.

Допустимое давление сгорания [Р_Z]_ma_х в современных дизелях находится в пределах 12 - 14 МПа и зависит от выбранной конструкции двигателя.

Степень повышения давления  и степень сжатия e выбираются так, чтобы величина  находилась в пределах 1,3 - 1,8, а величина e в пределах, указанных на рис. 2.

Показатель политропы сжатия n ₁ в современных двигателях зависит от конструкции системы охлаждения и потерь тепла в цилиндре при сжатии. Величина n ₁ выбирается в пределах 1,34  1,36.Примем n ₁ =1,34.

ε=(14 / 1,3*0,147)^1/1,34=24,6

^η_v=24,6*1,02*0,147*317,6*1/(24,6-1)(1+0,02)*0,154*390,19=0,809

Определяем действительный рабочий объем цилиндра V_h ^` в момент закрытия впускного органа газораспределения (фаза j_а):

, м³

где R – радиус кривошипа равен значению S/2, 0,128 м.

 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна принимается 0,3-Д 49.

j_а - фаза запаздывания закрытия впускного органа определяется исходя из типа рассчитываемого двигателя и может соответствовать фазе j_а уже существующих тепловозных двигателей (см. табл.2.).

Таблица 2.

Дизель	ПД1М	K6S310DR	У 1 Д 6	1 Д 12-400	1Д12Н-500	М756	Д70	Д49
Фаза j_а,⁰пкв	35	35	48	48	50	56	46	28

фаза j_а=28˚ F_п=3,14*0,256²/4=0,052

V’_h=0,128((1-0,4716)+1,3/4*(1+0,0927))*0,052=0,0057 (м²)

Определяем объем сжатия:

, м³

^V_c=0, 0057/ (24,6-1)=0,00024 м³

Количество свежего заряда в цилиндре в конце наполнения:

, кг (27)

где Р_S^`- давление наддувочного воздуха в МПа.

M_1ц=(0,1463*0,0057*0,809*10⁶)/(287*370)=0,0063 (кг)

Масса рабочего тела в цилиндре в конце наполнения:

, кг

М_ац=((0,0057+0,00024)*0,147/(0,128*390))*10⁶=17,5 кг.

Давление воздуха в конце сжатия:

, МПа (28)

P_c=0,147*24,6^1,34=10,74 Мпа.

Температура воздуха в конце сжатия:

, К (29)

T_с=390*24,6^0,34=1159 K.

По условию возможности надежного самовоспламенения топлива значение температуры Т_С должно быть не менее 750 К.Условие самовоспламенения выполняется.

Процесс сгорания

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры Т _Z и давления Р _Z рабочего тела в точке расчетной индикаторной диаграммы и степени предварительного расширения .

При расчетах рабочего цикла весовой состав дизельного топлива по химическим элементам принимается:

углерода С = 0,86, водорода Н = 0,13 и кислорода О = 0,1.

Коэффициент избытка воздуха  оказывает непосредственное влияние на качество процесса сгорания топлива, а, следовательно, и на величину индикаторного КПД двигателя. Для дизелей с наддувом при определенных значениях коэффициента избытка воздуха удельный расход топлива достигает минимального значения.

Ориентировочно можно принимать, что расчетная величина коэффициента избытка воздуха находится в пределах для комбинированных двигателей

 =2,2,

Определяем цикловую подачу топлива:

, кг/цикл (30)

ġ_ц=0,0063/2,2*14,35=0,0001 кг/цикл

Цикловая подача современных тепловозных двигателей находится в пределах 0,305 - 1,46 г/цикл. Для определения температуры газов в конце "видимого" сгорания топлива точка “z” расчетной индикаторной диаграммы используют уравнение сгорания:

, (31)

где x_Z - коэффициент использования теплоты в точке “z”;

mC_V^’- средняя молярная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, кДж/моль^.К;

mC_Р^’- средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении в точке “z”, кДж/моль^.К;

_Z - расчетный коэффициент молекулярного изменения в точке “z”;

Т_Z - температура рабочего тела в точке “z”, К;

L₀ - количество киломолей воздуха, необходимое для сгорания I кг топлива при к = 1 (L₀ = 0,486).

Так как величины теплоемкостей приближенно являются линейными функциями температуры, то уравнение (31) является квадратным относительно Т _Z.

Рекомендуется следующий порядок определения величин, входящих в уравнение (31).

2.3.1. Определяют коэффициент молекулярного изменения при полном сгорании:

, (32)

β=1+((8*0,13+0,1)/32*2,2*0,468)*0,980392156=1,054

2.3.2. Выбирают значение коэффициента использования теплоты в пределах:

· для дизелей средней быстроходности x = 0,75 - 0,85;

· для быстроходных дизелей x = 0,8  ,9.

2.3.3. Выбирают коэффициент выделения теплоты Х _Z в конце "видимого" сгорания. Для двигателей средней быстроходности можно принять Х _Z = 0,65 - 0,9; для быстроходных дизелей Х _Z = 0,75 - 0,85.

2.3.4. Подсчитывают коэффициент использования теплоты в точке Z:

, (33)

ξ_z=0,8*0,9=0,72

2.3.5. Коэффициент молекулярного изменения в точке Z:

, (34)

β_z=(((1,054-1)*0,9)/(1+0,02))+1=1,04764

2.3.6. Выбирают значение степени повышения давления при сгорании , от которой зависят экономичность дизеля, его динамические характеристики и весовые показатели. В существующих конструкциях дизелей  колеблется в пределах 1,2 - 2,2. Для дизелей с наддувом с целью обеспечения минимальных удельных эффективных расходов топлива целесообразно на расчетном режиме вести рабочий процесс при  =1,3 - 1,8. Необходимо учитывать, что получившаяся максимальная величина давления сгорания Р _Z не должна превосходить Р_Z = 12 - 14 МПа, так как при более высоких значениях Р_Z возрастает вес дизеля и деталей кривошипно-шатунного механизма.

2.3.7. Для определения значений средних молярных теплоемкостей свежего заряда воздуха mC_V ^’ может быть использовано приближенное соотношение:

, (35)

mC’_v=18,576+0,0025*1159=21,473

2.3.8. Определение значений средней мольной теплоемкости продуктов сгорания производится с учетом теплоемкостей смеси чистого воздуха и чистых продуктов сгорания (чпс):

, (35)

mC’’_v=(21,473(2,2-0,9)+25,966*0,9)/2,2=23,311

где mC_V^чпс - мольная теплоемкость чистых продуктов сгорания;

(-х) - доля чистого воздуха в продуктах сгорания;

х - доля чистых продуктов сгорания, численно равная коэффициенту выделения тепла:

, (37)

mC^чпс_v=19,487+0,0036*1800=25,966

2.3.9. Учитывая, что:

mC’’_p=8,312+23,311=31,623

из выражения (36) в точке “z” получим значение mC ^’’ _Р _Z:

, (38)

mC’’_pz=8,312+(19,487*0,9)/2,2+(18,576(2,2-0,9))/2,2+[0,0036*0,9+0,0025(2,2-0,9)]*1800/2,2=32,571

Задаваясь в первом приближении температурой в точке Z равной 1800 К, определяют теплоемкость mC ^’’ _Р _Z и температуру Т _Z по уравнению (31). При отклонении Т _Z от 1800 К более, чем на 50 К, расчет повторяют.

T_z=59922/(1,04764*326654)=59,922/34,22157966=1751 K.

Температура Т _Z находится в пределах 1750  195 К.

Более высокие значения Т _Z нежелательны во избежание существенных потерь теплоты от значительной диссоциации молекул газов.

Максимальное давление сгорания Р _Z и степень предварительного расширения  определяют из соотношений:

, (39)

P_z=1,3*10,74=13,962 Мпа.

, (40)

ρ=(1,04764/1,3)*(1751/1159)=1,217

Процесс расширения

По углу открытия выпускных органов газораспределения j _В определяют объем рабочего тела V _В в точке “в”:

V_в=0,00024+0,052*0,128((1-0,4361)+1,3/4(1+0,2581))=0,00671 (м³)

Таблица 3.

Дизель	ПД1М	K6S310DR	У 1 Д 6	1 Д 12-400	1Д12Н-500	М756	Д70	Д49
Фаза j_в,⁰пкв	70	45	48	48	60	56	49	59,5

Степень последующего расширения определяют из соотношения

, (41)

σ=0,00671/(0,00024*1,217)=22,9

Для определения температуры рабочего тела в конце расширения (точка “в” расчетной индикаторной диаграммы) используют уравнения:

, К, (42)

где n₂- среднее значение показателя политропы расширения, и уравнение теплового баланса процесса расширения с учетом тепловыделения от догорания топлива на линии расширения:

, (43)