Розділ 2. Тепловий розрахунок двигуна

Розрахунок ведемо в порядку здійснення процесів робочого циклу: впуск, стискування, згоряння, розширення та випуск відпрацьованих газів (ВГ).

Процес впуску

У двигунах без наддуву Параметри заряду перед впускними органами двигуна – тиск Рк і температура Тк на впуску: Рк = Ро = _______ МПа; та Тк = То = _______ °К.

У двигунах з наддувом Ступінь підвищення тиску у компресорі приймаємо к = ________. Показник політропи стиску компресора приймаємо nк = ________. Параметри заряду перед впускними органами двигуна – тиск Рк і температура Тк на впуску: Рк = кР0 = ___________________ = _______ МПа;   Тк = Т0к(nк-1)/nк = ______________________ =_______ °К.

 

Густина повітря на впуску_к:

 

, = ______________ = ________кг/м³

де R_в = 287 Дж/(кгград) – питома газова стала повітря.

Параметри відпрацьованих газів

Приймаємо: тиск ВГ Р_r :

Р_r = ________ МПа,

температуру ВГ Т_r:

Т_r = _______ К.

Тиск в кінці впуску Р_а:

Р_а = Р_к – Р_а = ______________ = _______ МПа,

 

де Р_а = ______ МПа – втрати тиску на впуску.

Приймаємо підігрів заряду на впуску Т:

 

Т = _________К.

 

Розраховуємо коефіцієнт залишкових газів _r,

 

= ----------------------- = ___________.

де – ступінь стиску двигуна згідно з вихідними даними.

Визначаємо температуру в кінці впуску Т_а

 

= ------------------------- = ________ К.

 

Обчислюємо коефіцієнт наповнення _v

 

= ---------------------------- = _________.

 

Процес стиску

Показник політропи стиску визначаємо за формулою Петрова:

 

n₁ = 1,41 – 100/n = _________________ = _______,

де n_l – показник політропи стиску;

n – частота обертання колінчастого валу двигуна у об/хв.

 

Тиск в кінці стискування Р_с:

 

Р_с = Р_а·ⁿ¹ = __________ = ______ МПа.

Температура в кінці стискування Т_с:

 

Т_с = Т_а^(n1-1) = _____________ = ________К.

 

Процес горіння

Теоретично необхідна кількість повітря L_о для згоряння одного кілограма палива з складом С, Н, О (згідно з прийнятими вихідними даними):

 

= ( ____/12 + _____/4 + ____/32)/0,21 = _______ кмоль/кг

де 0,21 – вміст кисню в повітрі по об'єму.

Фактично необхідна кількість повітря L_оддля згоряння одного кілограма палива:

L_од = L_o = _________ = _______ кмоль/кг,

де – прийнятий коефіцієнт надлишку повітря.

 

Кількість паливно-повітряної суміші М_l, що одержують з 1кг палива:

 

М₁ = L₀ + 1/ _т = _____________ = ________ кмоль/кг,

де _т – молекулярна маса палива, кг/кмоль.

Кількість М₂продуктів згоряння:

при > 1

= _________________ = ______ кмоль/кг.

при < 1

= ___________________ = _____ кмоль/кг

 

Хімічний коефіцієнт молекулярної зміни ₀:

 

₀ = М₂/М₁ = ______/_______ = _______.

 

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни :

 

= (₀ + _r)/(1 + _r) = (____+____)/( 1 + ___) = ______.

 

Рівняння процесу згоряння має вигляд:

ВИБРАТИ!

для карбюраторних двигунів при 1

 

для карбюраторних двигунів при < 1

для дизелів

 

де С_vz і С_рz – мольні теплоємності продуктів згоряння при постійному об'ємі і постійному тиску, відповідно, у кДж/(кмольград)

С_vc – мольна теплоємність суміші газів в кінці стиску, кДж/(кмольград);

= Р_z/Р_c – ступінь підвищення тиску в процесі згоряння; Для дизеля! приймаємо =__________;

Т_z і P_z – температура (К) і тиск (МПа) в кінці згоряння;

Q_н – нижча теплота згоряння палива у кДж/кг;

– коефіцієнт використання тепла, приймаємо ______; (див. вст. 5)

Q_н – втрати частини теплоти через хімічну неповноту згоряння при < 1.

 

Мольна теплоємність суміші газів у кінці стискування:

С_vс = 20,16 + 1,74·10^-3·Т_с = _______________ кДж/(кмоль·град)

 

Мольна теплоємність продуктів згоряння:

ВИБРАТИ!

для карбюраторних двигунів

Сvz = (18,4 + 2,6·) + (15,5 + 1З,8·)·10-4·Тz = ___А___+___В___10-4·Тz

для дизелів

Сpz = 8,314 + (20,2 + 0,92/) + (15,5 + 1З,8/)·10-4·Тz = = ___А___+___В___10-4·Тz

 

Після підстановки даних і вирішення рівняння згоряння відносно Т_zодержуємо температуру в кінці згоряння:

 

Т_z = ___________ К.

 

Для карбюраторних двигунів
Тиск у кінці згоряння Рz: Рz = Pc··Тz /Тс = __________________ = ____ МПа. Дійсне значення тиску в кінці згоряння : = 0,85·Рz = ____ МПа. Ступінь підвищення тиску : = Рz/Pс = ____________.

 

Процес розширення

 

Для дизелів
Ступінь попереднього розширення : = V/Vс = (Тz)/(Тс) = (_______)/(______) = _____. (для карбюраторного двигуна ступінь попереднього розширення = 1) Ступінь остаточного розширення : = / = ____/____ = _______. (ступінь остаточного розширення для карбюраторного двигуна = / = )

Показник політропи розширення n₂

n₂ = 1,22 + 130/n = ____________ = ________.

 

 

дизельний	карбюраторний
Тиск в кінці розширення, МПа - Рb :
Pb = Pz/n2 __________ = _________ МПа	Pb = Pz/n2 __________ = _________ МПа
Температура в кінці розширення, К - Тb :
Tb = Tz/(n2 -1) __________ = _________К	Tb = Tz/(n2 -1) __________ = _________К

Процес випуску

Розраховуємо температуру ВГ:

 

= ------------------- = ______ К

Проводимо порівняння розрахункової температури з прийнятою на початку розрахунку

 

= |( – Т_r)/ | = (____–_____)/_____ =

Будуємо індикаторну діаграму в координатах р-V (рис. 1).

По осі абсцис відкладаємо об'єм циліндра над поршнем, який може змінюватися у межах від V_с до V_а. За одиницю виміру вибираємо значення V_с = ____ мм.

Вибираємо масштаб тиску 0,04 МПа/мм і по осі ординат наносимо шкалу тиску у МПа.

Після побудови шкал наносимо характерні точки індикаторної діаграми.

Для дизеля:

r(V_с,Р_г), а(V_а,Р_а), с(V_с,Р_с), z'(V_c,Р_z), z(V,Р_z) і b(V_а,Р_b).

Для карбюраторного двигуна:

r(V_c,Р_г), а(V_a,P_a), с(V_c,Р_c), z(V_c,P_z ), z'(V_c,Р'_z) і b(V_a,Р_b)

Для побудови політроп обчислюємо координати проміжних точок, які заносимо до таблиці 1:

Таблиця 1

Розрахунок проміжних точок політроп стиску і розширення

№№ пп	Координата Vx точки по осі абсцис, мм	Величина тиску, МПа
Стиск	Розширення

Побудовані точки з'єднуємо тонкими лініями, зображаючи процеси впуску, випуску та згоряння. Після побудови політроп виконуємо скруглення індикаторної діаграми в характерних точках.

 

Рис. 2. Індикаторна діаграма в координатах Р-V

Площа між політропами стиску і розширення (заштрихована) пропорційна роботі, виконаній робочим тілом за один цикл. Відношення цієї роботи до робочого об’єму циліндра називають середнім індикаторним тиском.