Параметры окружающей среды

X. ПРИМЕР ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА

10.1. По заданному литражу выбираем прототип:

ГАЗ – 3111-113;

Размеры цилиндров и скорость поршня.

Ход поршня рассчитываем исходя из заданного литража (2,52 л) и отношения S/D. Принимаю S/D = 1, т.е. короткоходный двигатель.

D =100· = 92,91 мм;

Принимаем: S = 93 мм — ход поршня;

D = 93 мм — диаметр поршня.

Степень сжатие задана ε = 10,1.

V_ср = S ∙ n_N / 3·104 = 93·4500/ 3·104 = 13,95 м/с.

10.3. Расчётные режимы по частоте (заданы).

n_min = 875 min ^–¹ – минимальная частота;

n_М = 2250 min ^–¹ – частота при максимальном моменте;

n_N = 4500 min ^–¹ – частота при максимальной мощности;

n_max = 4950 min ^–¹ – максимальная частота.

Марка топлива.

АИ – 92, где 92 – октановое число установленное по исследовательскому методу.

Определяем низшую теплоту сгорания топлива, параметры рабочего тела

при заданном ε = 10,1 и бензине АИ – 92 средний элемент, состав и молекулярная масса бензина по формуле:

C = 0,855; H = 0,145; m_т = 115 кг/кмоль.

Н_u = 33,91C +125H – 10,89(O – S) – 2,51(9H + W),

где W = 0; O = 0; S = 0.

Отсутствует влага и сера.

Подставим:

Н_u = 33,91· 0,855 + 125,6· 0,145 – 2,51·(9· 0,145 + 0) = 43,93 кДж/кг·топлива

Параметры рабочего тела.

а) Определяем количество воздуха для полного сгорания топлива.

L_o = (1/0,208)(C/12+H/4 – O/32),

L_o = (1/0,208)·(0,85/12 + 0,145/4) = 0,517 кмоль воздуха/кг топлива.

б)

l_o = (1/0,23)·(8/3·C + 8·H – 0),

l_o = (1/0,23)·(8/3·0,855+8·0,145) = 14,957 кг воздуха/кг топлива.

Коэффициент избытка воздуха.

α = L_g/L_o = l_g / l_o,

где L_g, l_g — соответственно количество кмолей и количество кг воздуха содержащегося в составе свежей смеси; L_o, l_o — соответственно количество кмолей и количество кг воздуха теоретически необходимого (стехиометрическое) для полного сгорания одного кг топлива.

Значение величин α задано в задании при соответствующих частотах

n_min = α = 0,96; n_М = α = 1; n_N = α =1; n_max= α = 0,98.

Количество свежей смеси.

M₁ = α·L_o+ 1/m_т,

где α – коэффициент избытка воздуха, m_т = 115 кг/кмоль – молекулярная масса топлива.

M₁ (n_min) = 0,96·0,517+1/115 = 0,5049 кмоль свежей смеси/кг топлива;

M₁(n_М) = 1·0,517 +1/115 = 0,52552 кмоль свежей смеси/кг топлива;

М₁(n_N) = 1·0,517+1/115 = 0,52552 кмоль свежей смеси/кг топлива;

M₁(n_max) = 0,84·0,517+1/115 = 0,51519 кмоль свежей смеси/кг топлива.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания.

Принимаем K = 0,47 (для бензина K = 0,45 … 0,5),

где K — коэффициент, определяющий отношение количество водорода (H₂) к количеству окиси углерода (CO) содержащегося в продуктах сгорания.

M_СО2= (C/12) – 2·((1– α)/(1 + K))·0,208·L_о; M_СО= 2·1– α/1 + K·0,208·L_o;

M_H2O = (H/2) – 2K ·((1– α)/(1+ K))·0,208·L_o; M_H2= 2K·1– α/1 + K·0,208·L_o;

M_N2= 0,792·α·L_o;

M_СО₂(n_min) = (0,855/12) – 2·[(1– 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0654 кмоль CO₂ /кг топлива;

M_СО (n_min) = 2· [(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00585 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_min) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07 кмоль

H₂O /кг топлива;

M_H2(n_min) = 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00275 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2(n_min) = 0,792·0,96·0,517 = 0,39295 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО₂(n_М ) = (0,855/12) – 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO₂/кг топлива;

M_СО (n_М ) = 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_М ) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H₂O /кг топлива;

M_H2(n_М ) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2(n_М ) = 0,792·1·0,517 = 0,40933 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО₂(n_N ) = (0,855/12) – 2·[(1 – 1)/(1 + 0,5)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO₂ /кг топлива;

M_СО (n_N ) = 2·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_N ) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H₂O /кг топлива;

M_H2(n_N ) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2(n_N ) = 0,792·1·0,517 = 0,40114 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО₂(n_max) = (0,855/12) – 2·[(1 – 0,98)/(1 + 0,5)]·0,208·0,517 = 0,06832 кмоль

CO₂ /кг топлива;

M_СО (n_max) = 2·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00293 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_max) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,071 кмоль

H₂O /кг топлива;

M_H2(n_max) = 2·0,47·[(1 – 0,98)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,001375 кмоль H₂ /кг

топлива;

M_N2(n_max) = 0,792·0,98·0,517 = 0,40114 кмоль N₂ /кг топлива.

Общее количество продуктов сгорания.

M₂ = M_СО2+ M_СО + M_H2O + M_H2+ M_N2,

M₂ (n_min) =0,0654 + 0,00585034 + 0,06975 + 0,00275 + 0,39295 = 0,53670385 кмоль продуктов сгорания/кг топлива;

M₂(n_М) = 0,07125 + 0 + 0,0725 + 0 + 0,40933 = 0,55307692 кмоль продуктов сгорания/кг топлива;

M₂(n_N ) = 0,07125 + 0 + 0,0725 + 0 + 0,40933 = 0,55307692 кмоль продуктов сгорания/кг топлива;

M₂(n_max) = 0,06832 + 0,00292517 + 0,07113 + 0,00137 + 0,40114 = 0,54489038 кмоль продуктов сгорания/кг топлива.

Таблица 10.1

Результаты расчётов количества продуктов сгорания.

параметры	n_min	n_М	n_N	n_max
	n, min ^{– 1}
	α	0,96			0,98
	M₁	0,50485	0,52552	0,52552	0,51519
	M_СО2	0,0654	0,07125	0,07125	0,06832483
	M_СО	0,00585			0,00292517
	M_H2O	0,06975	0,0725	0,0725	0,071125
	M_H2	0,00275			0,001375
	M_N2	0,392954	0,409327	0,409327	0,40114
	M₂	0,536704	0,55308	0,55308	0,54489

Процесс впуска.

Параметры окружающей среды.

Принимаем P_o = 0,1 МПа – давление окружающей среды;

T_o = 293 °K – температура окружающей среды;