Процес стиску.

При розрахунку процесу стиску потрібно визначити тиск Р_о (МПа) і температуру кінця стиску Т₀ (К) використовуючи формули:

де п₁ – показник політропи стиску.

Приймаємо значення показника політропи стиску—1,35.

Процес згоряння.

Процес згоряння являється найбільш складним в здійсненні робочого процесу двигуна. Це пояснюється його швидко текучістю, складністю фізико-хімічних перетворень палива в процесі згорання, впливом на його протікання параметрів процесу впуску і стиску, якістю розгалуження палива і рівномірністю розподілу частин палива по об'єму камери згорання і ін.

Метою розрахунку процесу згоряння являється визначення параметрів кінця згоряння (температури і тиску).

Паливо.

Для розрахунку процесу згоряння необхідно задати елементарний склад палива і визначитийого теплоту згоряння.

Елементарний склад рідких палив можнаприйняти:

бензин: С – 0,85; Н – 0,15; О=0;

Тут С; Н; О – масові долі відповідно вуглецю, водню і кисню в 1 кг палива.

Вибираючи елементарний склад палива, поформулі Д.І. Менделєєваможна визначити приблизне значення теплоти згоряння (КДж/кг).

Н_и = (33,91×С+125,6×H-10,89(O-S)-2,51(9H-W))=

= 33,91×0,85+125.6×0.15– 2,51× (9×0,15-0)=43,9(МДж/кг).

де (S і W) – відповідна кількість сірки і водяної пари в продуктах згоряння.(S=W=0 приймаємопри розрахункуН_и).

1.3.2. Параметри робочого тіла.

Визначивши елементарний склад палива потрібно визначити теоретично, необхідну і дійсну кількість повітря для згоряння 1 кг палива склад продуктів згоряння, середньомольні теплоємкості продуктів згоряння.

Теоретично необхідну кількість повітря для згоряння 1 кг палива можна визначити по формулі:

Для карбюраторного двигуна дійсну кількість повітря визначаємо за формулою:

М₁ = a×L₀+ 1/ m_T =0,91× 0,514+1/115=0,470 кмоль/кг

де m_T – умовна молекулярна маса палива;

m_T= 115кг/ кмоль;

a- коефіцієнт надлишку повітря;

a = 0.9.

Загальна кількість продуктів неповного згоряння палива(кмоль/кгпал.) складає:

Кількість відповідних компонентів продуктів згоряннявизначається по формулах:

кмоль/кг пал.

кмоль/кг пал.

кмоль/кг пал.

кмоль/кг пал.

кмоль/кг пал.

де k – постійна величина яка залежить від відношення кількості водню і окису вуглецю, які зберігаються в процесі згоряння.

k = 0,48

Теплоємність робочої суміші може бути визначена за формулою:

Середню мольну теплоємність залишкових газів в кінці стиску в залежності від коефіцієнту надлишку повітря по температурі кінця процесу кінця стиску можна визначити при необхідності з таблиці 1.1[1], методом інтерполяції:

де a=0,9;та t_с =474.25 ^oС

Кількість продуктів згоряння рідкого палива завжди більша кількості свіжого заряду. Ця різниця враховується теоретичний коефіцієнтом молекулярної зміни паливної суміші:

При згорянні робочої суміші відносна зміна кількості продуктів згоряння визначається дійсним коефіцієнтом молекулярних змінробочої суміші:

1.3.3. Параметри кінця згоряння для карбюраторних двигунів.

В карбюраторному двигуні потрібно визначити температуру Т_z і тиск Р_z кінця згоряння.

Температуру кінця згоряння визначають використовуючи формулу:

Теплота згоряння робочої суміші (кДж/(кмоль роб.сум.)):

де DН_и – втрати теплоти від хімічного не догоряння палива (кДж/кг)

Середня мольна теплоємність припостійному об’ємі продуктів згоряння[кДж/(кмоль град)]:

Середня мольна теплоємність при постійному об’ємі:

Дійсний тиск кінця згоряння (МПа).

P_zб = 0,85 P_z=3.57мПа

1.4. Процеси розширення і випуску.

Вибираємо показник політропи розширення n₂. Тиск кінця розширення для карбюраторного двигуна знаходимо(n₂=1,23…1,33):

Температура кінця розширення для карбюраторного двигуна:

де e – степінь стиску.

Перевіряємо раніше прийняту температуру залишкових газів за залежністю:

Відхилення не повинно перевищувати 5%.

1.5. Індикаторні показники робочого циклу.

Середній індикаторний тиск (МПа) визначаємо за формулою:0,

- степінь підвищення тиску.l = P_Z/P_C=4.3.

Дійсний індикаторний тиск дещо менший за теоретичний:

де: φ_и – коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймаємо: φ_и = 0,92

Індикаторний ККД:

де:l₀ = 29·L₀=29·0.514=14.96 – теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива, кг пов/кг пал.

Індикаторна питома витрата палива, г/кВт год:

1.6. Ефективні показники двигуна.

Тиск механічних втрат (МПа) залежать в основному від середньої швидкості поршня і його визначаємо за емпіричною формулою:

Р_м = 0,034+0,0113V_n.ср=0,034+.0.0113·10=0.147

де: V_п.ср.(м/с.) – середня швидкість поршня

V_п.ср.=6…15м/с=10м/с

Середній ефективний тиск (МПа):

Р_е = Р_і – Р_м =0.8 -0.147=0.653

Механічний ККД:

h_м = Р_е/Р_і=0.653/0,8=0.8162

Ефективний ККД двигуна:

h_е = h_і×h_м=0,30·0.8162=0.2449

Ефективна питома витрата палива:

1.7. Розміри і питомі показники двигуна.

Робочий об’єм одного циліндра (л):

де: Ne —ефективна потужність; n —частота обертання колінчатого вала=5200хв.^-1 ; t—тактність двигуна; і —число циліндрів.

Діаметр циліндра залежить від відношення ходу поршня до діаметра циліндра (S/D) і рівна — 0.9мм:

Приймаємо D =130 мм.

Хід поршня(мм):

Приймаємо S =115 мм.

Тоді:

Літраж двигуна (л):

Ефективна потужність (кВт):

Ефективний крутний момент (Нм):

Годинна витрата палива (кг/год):

Середня швидкість поршня (м/с):

Літрова потужність двигуна (кВт/л):

1.8. Побудова індикаторної діаграми.

На основі розрахункових даних робочого процесу будується індикаторна діаграма.

На початку побудови на осі абцис відкладаємо відрізок АВ, що відповідає робочому об’єму циліндра, а по величині, дорівнює ходу поршня в масштабі М_s, який приймаємо: М_s = 1:1.

Відрізок АВ, що відповідає робочому об’єму визначається за формулою:

де S – хід поршня, мм

М_S – масштаб ходу поршня.

Відрізок ОА, що відповідає об’єму камери згоряння, визначається із співвідношення:

Відрізок ОВ, що відповідає повному об’єму камери, визначається:

ОВ = ОА + АВ =19.5+113.1=132.6

Максимальна висота діаграми (точка Z) і положення точки Z по осі абсцис:

ОZ = ОВ (1,5…2) =132.6·1.5=298.9

Визначаємо масштаб тиску при побудові індикаторної діаграми:

де P_Z – максимальне значення тиску згорання, МПа

М_Р – масштаб тиску.

При побудові діаграми приймаємо слідуючий масштаб тиску:
М_Р = 0.04

Уточнюємо максимальну висоту індикаторної діаграми та положення точки Z по осі абсцис:

Криві політроп стиску та розширення будуємо графоаналітичним методом, скориставшись формулами політроп стиску та розширення:

Для визначення координат проміжних точок даних політроп задаємось проміжними значеннями відношення Va(V_B) до V_x Найменше значення цього відношення досягається при Vx = Va (V_B), тоді Va/ Vx= Vв/ Va= 1. Найбільшим це значення буде для політроп стиску при Vx= Vc. Тоді Va/ Vc= ε Отже, відношення V_а/ Vx для процесу стиску має знаходитися в межах Va/ Vx= 1... ε, а для процесу розширення V_B/V_x в межах від 1…δ.. Задаючись проміжними значеннями Va(V_B)/ Vx в цих межах, наприклад 2, 3, 4... ε, або 2,3,4…δ можна визначити проміжні значення Vx- Va/(2, 3, 4,...ε) або Vx= AB/(2; 3, 4,... ε), які заносимо в таблицю 1.1.

Таблиця 1.1.Дані по розрахункуточокполітропстиску та розширення.

№ точки	Політропи стиску	Політропи розширення
		Рх.ст МПа	мм				Рх.роз МПа	мм
1	1.0	1.00	0.10	2.4	147.2	1,0	1,00	0,404	10,1	147,2
2	2.0	2.54	0.24	6.1	73.6	2,0	2,39	0,967	24,2	73,6
3	4.0	6.45	0.62	15.5	36.8	4,0	5,73	2,314	58,0	36,8
4	6.0	11.13	1.07	26.8	24.5	6,0	9,54	3,855	96,6	24,5
5	8.0	16.39	1.58	39.5	18.4	8,0	13,71	5,538	138,8	18,4
6	10.0	22.13	2.13	53.3	14.7	10,0	18,16	7,335	183,8	14,7
7	12.0	28.28	2.72	68.1	12.3	11,7	22,04	8,904	223,1	12,6
8	14.0	34.80	3.35	83.8	10.5	-	-	-	-
9	16.0	41.64	4.01	100.2	9.2	-	-	-	-
10	18.0	48.79	4.70	117.4	8.2	-	-	-	-

По данихтаблиці 1.1. значення проміжних точок наносимо на індика-торну діаграму і з'єднуюємо плавною кривою(Рис.1)

Отриманий графік індикаторної діаграми двигуна побудовано без врахування впливу на нього фаз газорозподілу. Задаючись моментами відкриття та закриття клапанів а також кутом випередження запалення чи впорску визначають відповідні їм значення абсцис на індикаторній діаграмі і виконують її округлення.

Моменти відкриття та закриття клапанів та кут випередження запалення" або впорску попередньо вибирається з таблиці 1.6. При цьому треба враховувати, що більші значення кутів приймаються для високо обертових двигунів, а менші - для мало обертових. Абсциси точок зкруглення визначається за формулою:

, L_ш і R - береться з завдання, а φ - кут повороту колінчастого валу відповідний моментам відкриття чи закриття клапанів. Дані розрахунків заносяться в таблицю 1.2. і відкладаються на індикаторній діаграмі.

Таблиця 1.2

№ п/п	Назва фази	Кут повороту колінчастого валу	Кут повороту від початку циклу	Абсциса точки Ах мм	Позначення точки
1	Відкриття впускного клапана	10…30^0	700^0	5.32	a'
2	Закриття впускного клапана після НМТ	40…70^0	230^0	119,52	a"
3	Відкриття випускного клапана після НМТ	50…70^0	480^0	111,16	в'
4	Закриття випускного клапана після ВМТ	10…30^0	20^0	5.27	в''
5	Кут випередження запалення	30…40^0	320^0	20,07	c'

В кінці процесу стиску, внаслідок початку процесу згоряння тиск буде дещо більшим, ніж Рс отриманий за розрахунком. Тому на лінії Р — Р_z(Р_z^’) відкладається точка Р_c^” =(1,15... 1,25) Рс і точки. С' та С" з'єднуються плавною кривою. Напроміжку між точками а і в визначається середнє значення ординати і точки в'в'" та лінія Рг також зєднуються плавною кривою.

Приймаю Р_c^” = 5,40 мм

Таблиця 1.3.- Результати теплового розрахунку і основні розміри двигуна заносять в таблицю:

Розміри двигуна	Vл,л	9
Vh,л	1.5
S,мм	115
D,мм	130
Витрата палива, г/кВт · год.	qе	359.7
qi	273.3
ККД	hм	0.760
hе	0.520
hi	0.30
Середнійтиск,МПа	Pе	0.457578
Pm	0.147
Pi	0.604578
Pi^`	0.65715
Температура робочоготіла,К	Тв	1645.8
Тz	3094.1
Тс	747.4
Тa	356.3
Тиск робочого тіла, МПа	Pв	0.28
Pz	3.56
Pc	0.87459
Pa	0.065754

---

Дата добавления: 2015-12-01