ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

1. Исходные  данные.

 

 

     Задачей теплового расчета двигателя  является построение диаграммы расчетного и действительного циклов и определение  индикаторных и эффективных показателей  двигателя, а также геометрических размеров цилиндра.

     Тепловой  расчет производится для номинального режима работы двигателя при стандартных  атмосферных условиях и состоит  из следующих этапов:

• определение параметров рабочего тела:
1. в конце такта наполнения (в начале такта сжатия);
2. в процессе сжатия;
3. в процессе сгорания;
4. в процессе расширения;
• определение индикаторных и эффективных показателей дизеля;
• определение основных параметров цилиндра.

2.   Определение параметров  рабочего тела  в конце тактов  наполнения

     Давление  воздуха в цилиндре в конце  процесса наполнения P_а меньше давления на впуске Р_k на величину ∆Р, которая зависит от гидравлических сопротивлений системы впуска, режима работы двигателя и площади проходных сечений клапанов механизма газоразделения: 

     где  
          – коэффициент, учитывающий вышеперечисленные факторы. Так как точный учет всех факторов невозможен, то при определении величины K_a ориентируется на опытные данные.

       для дизеля без наддува. 

          Давление в выпускном коллекторе Р_p зависит от давления Р_k:

 

 величина  коэффициента зависит от гидравлических  сопротивлений.  

Давление остаточных газов в цилиндре: 

коэффициент, учитывающий  гидравлические потери в органах  системы газораспределения. 

Коэффициент остаточных газов: 

температура остаточных газов для карбюраторных двигателей.

 повышение  температуры воздуха в процессе  наполнения для карбюраторных  двигателей. 

Температура воздуха  в конце такта наполнения: 

Значение температуры  воздуха в конце такта сжатия  должно находиться в пределах - для карбюраторных двигателей.

Коэффициент наполнения находится по формуле: 
 

3.   Определение параметров  рабочего тела  в процессе сжатия.

Процесс сжатия протекает политропно, с некоторым  средним значением показателя политропы .

Температура и  давление в конце такта сжатия определяют по формулам: 
 

Расчетные значения должны находится в пределах 600…800 К и 0,9…2,0 мПа соответственно. 

4.   Определение параметров  рабочего тела  в конце процесса  сгорания.

При расчете  цикла задаются максимальным давлением  цикла  для карбюраторных двигателей.

Степень повышения  давления определяют по формуле: 

Значения величины должны находится в пределах для карбюраторных двигателей.

Низшая теплопроводность топлива: 

Для карбюраторного двигателя, должна находится в пределах

Необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива: 

Число киломолей продуктов совершенного сгорания: 

Число киломолей свежего заряда: 

Число киломолей продуктов сгорания 1 кг топлива: 

Коэффициент молекулярного  изменения свежей смеси: 

Коэффициент молекулярного  изменения рабочей смеси определяем по формуле: 

Объемная (мольная) доля продуктов сгорания 1 кг топлива: 

Объемная (мольная) доля избытка воздуха в продуктах  сгорания: 

Проверяем сумму  объемных долей: 

Объемная доля воздуха в рабочей смеси: 

Объемная доля продуктов совершенного сгорания в  рабочей смеси: 

Проверяем сумму  объемных долей: 

По таблице 3 определяем  внутренние энергии  воздуха  и продуктов совершенного сгорания при температуре: 

Так как температура  отличается от табличных значений, то определяется путем линейного интерполирования. Находим внутренние энергии воздуха для ближайших табличных значений температур:

При

При

Разноси температур соответствует разность внутренних энергий. 

Разность температур соответствует разность внутренних энергий. 

Аналогичным образом  определяется внутренняя энергия продуктов  совершенного сгорания.

При

При

Для температуры  путем интерполирования получаем: 

Обозначим левую  часть уравнения сгорания, вычислим её: 
 

Обозначим правую часть уравнения сгорания: 

Здесь неизвестны температура  и зависящие от неё внутренние энергии и .

Для решения  уравнения сгорания и определения  температуры  строим график функции B() 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.   Определение индикаторных  и эффективных  показателей дизеля.

 Определим среднее индикаторное давление по параметрам цикла: 
 

Действительное  среднее индикаторное давления получается умножением на коэффициент полноты диаграммы цикла  

Индикаторный  КПД и удельный индикаторный расход топлива определяют по формулам: 
 

Для определения  эффективных параметров двигателя  необходимо задаться механическим КПД.

Эффективный КПД, средний эффективное давление и  удельный эффективный расход топлива  определяют из: 
 
 

6.   Определение геометрических  размеров цилиндра.

Рабочий объем  цилиндра определяется по формуле: 
 

где              N_e – эффективная мощность, кВт;

     P_e – среднее эффективное давление, МПа;

           n – скорость вращения коленчатого вала, об/мин;

           i – число цилиндров. 

     Диаметр цилиндра определяют по формуле: 
 
 
 

     Принимаем что  

     Уточняем  эффективную мощность: 
 

     Средняя скорость поршня 
 

     Литраж  двигателя 
 

     Действительное  значение эффективной мощности 

  7. Построение индикаторной диаграммы.

7.1. Выбор масштаба и определение координат основных точек.

Масштаб выбирается с таким расчетом, чтобы высота диаграммы была в 1,5-1,7 раза больше её основания. Масштаб полосы абсцисс  целесообразно принимать с таким  расчетом, чтобы отрезок АВ, соответствующий  значению был равен 100мм.  

Приведенная к  принятому масштабу величина объема камеры сгорания  

Максимальная  высота индикаторной диаграммы  

При выполнении расчета получаются или принимаются  значения давления и обьемов для характерных точек индикаторной диаграммы:

Их ординаты определяют как:

 ;    

        

       

Ординаты этих точек откладываются на перпендикулярах  к оси абсцисс, восстановленных  к точкам А и B на графике индикаторной диаграммы.

7.2. Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом.

Координаты политроп сжатия рассчитываются на основании уравнения, МПа: 

Значение объема соответствует OB. Значение будут лежать в пределах от до .

Следовательно, отношение  для различных значений может лежать в пределах: 

Координаты точек политропы расширения для карбюраторного двигателя рассчитывают аналогично, МПа: 

Тогда 
 
 
 
 
 
 
 

Результаты расчетов заносим в таблицу.

Таблица 1 – Аналитический расчет политроп сжатия и расширения