Диплом_Жилин (1210948), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

- для биотоплива:

Р_а = (0,85…0,9)∙100 = 0,85∙100 = 85 кПа,

Коэффициент η_v наполнения найден по формуле:

= ∙ (3.3)

где Е - степень сжатия,

Р_r – давление остаточных газов, кПа.

Для двигателя Д-21 Е = 16.

Для автотракторных двигателей без наддува, а также с наддувом и выпуском в атмосферу давление остаточных газов P_r, кПа:

(3.4)

- для дизельного топлива:

Р_r = 1,25100 кПа = 125 кПа.

- для биотоплива:

Р_r = 1,05100 кПа = 105 кПа.

Подставив все значения найдем :

- для дизельного топлива:

= ;

- для биотоплива:

= .

3.2.2 Процесс сжатия

Давление P_с, кПа, и температура Т_с , К, в конце процесса сжатия определяют по уравнению политропического процесса с постоянным показателем n₁:

(3.5)

где n_{1 –} средний показатель политропы сжатия.

Величину n₁ можно определить по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения коленчатого вала:

- для двигателя Д-21

(3.6)

где - угловая скорость коленчатого вала, мин^-1,

Находится , мин^-1:

(3.7)

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1,

Для двигателя Д-21 n = 1600 мин^-1.

Отсюда найдем :

Подставив в формулу (3.6) найдем n_1:

Найдем Р_с по формуле (3.5):

- для дизельного топлива:

Р_с = 9016^1,35=3961,4 кПа

- для биотоплива:

Р_с = 8516^1,35=3589 кПа

Аналогично найдем температуру в конце сжатия Т_с, К:

(3.8)

- для дизельного топлива:

Т_с = 333,516^1,35-1= 889,6 К

- для биотоплива:

Т_с = 410,316^1,35-1= 1082,8 К

3.2.3 Процесс сгорания

Состав топлива, задается массовым или объемным содержанием основных элементов: углерода С, водорода Н и кислорода О₂. Нужно иметь в виду, что в топливе присутствуют также сера S, азот N и элементы химических соединений в виде антидетонационных, противодымных и других присадок. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива L_o, кмоль/кг:

(3.9)

где 0,21 – значение объемного содержания кислорода в 1 кг воздуха;

С - содержание углерода в топливе, кмоль;

Н – содержание водорода в топливе, кмоль;

О – содержание кислорода в топливе, кмоль.

Для дизельного топлива: С = 0,87 кмоль; Н = 0,124 кмоль, О = 0,004 кмоль;

Для биотоплива: С = 0,6 кмоль; Н = 0,124 кмоль, О = 0,011 кмоль.

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Действительное количество воздуха L, моль/кг:

(3.10)

где - коэффициент избытка воздуха. = 1,65…1,2:

Принимаем для дизельного топлива = 1,65, для биотоплива = 1,2.

Найдем L по формуле (3.10):

- для дизельного топлива:

L= 1,650,492 = 0,81 моль/кг

- для биотоплива:

L= 1,20,38 = 0,456 моль/кг

Число молей продуктов сгорания 1 кг топлива М ищем по формуле (3.11):

- при α > 1

(3.11)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Химический коэффициент молярного изменения β_о можно вычислить по формуле (3.12):

, (3.12)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Действительный коэффициент молярного изменения β:

(3.13)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Определяем теплоемкость газов для чистого воздуха μС^c_v в кДж/кмоль∙град:

(3.14)

где а =20,16; в = 1,73810^-3 – постоянные коэффициенты;

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Теплоемкость продуктов сгорания при > 1 μС^z_v, кДж/кмоль∙град:

(3.15)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Теплоемкость при постоянном давлении μС^z_р, кДж/кмоль∙град:

(3.16)

где R–универсальная газовая постоянная, R=8,314;

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Температура в конце сгорания для дизеля Т_z, К:

(3.17)

где - коэффициент использования тепла;

Q_н – низшая удельная теплота сгорания, кДж/кг;

 - степень нарастания давления;

Для дизельного топлива:  = 0,7…0,9, примем  = 0,85.

Низшая удельная теплотворность равна Q_н = 42500 кДж/кг.

Для биотоплива: примем  = 0,7;

Низшая удельная теплотворность равна Q_н = 37300 кДж/кг

Для вихрекамерных и предкамерных = 1,4…1,8. Примем  =1,6.

Выбираем  = 0,85, потому что у данного двигателя совершенная форма камеры сгорания, за счет чего уменьшаются потери теплоты от газов в стенки.

Величина  для дизелей устанавливается по опытным данным в основном в зависимости от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. Выбираем =1,6 так как давление в конце процесса сжатия высокое и если выбрать большее значение , то Р_с увеличится, что, следовательно, будет требовать более дорогой материал поршневой группы.

Подставив значения, получаем:

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Преобразовав выражение, получим квадратное уравнение:

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Решая эти уравнения получаем:

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Подставив значение Т_z, найдем значение теплоемкости продуктов сгорания:

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Давление в конце сгорания Р_z, кПа:

(3.18)

- для дизельного двигателя:

- для биотоплива:

3.2.4 Процесс расширения

В результате осуществления процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу. В реальных двигателях расширение протекает по сложному закону, зависящему от теплообмена между газами и окружающими стенками, величины подвода теплоты, в результате догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации, утечки газов через неплотности и другое. Процесс в действительном цикле протекает по политропе.

Степень предварительного расширения ρ:

(3.19)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Степень последующего расширения δ:

(3.20)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Находим давление в конце расширения Р_е, кПа:

(3.21)

где n₂ – показатель политропы расширения.

Показатель политропы расширения n₂ можно определить по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова:

Для дизельного двигателя:

(3.22)

Найдем это значение:

Находим давление в конце сжатия Р_е:

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Температура в конце расширения Т_е, К:

(3.23)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

3.2.5 Процесс выпуска

В современных двигателях открытие выпускного канала проходит за 40-80^о до н.м.т. и с этого момента начинается истечение отработавших газов с критической скоростью 600 – 700 м/с. За этот период, заканчивающийся вблизи н.м.т. в двигателях без наддува и несколько позже при наддуве, удаляется 60-70% отработавших газов. При дальнейшем движении поршня к В.М.Т. истечение газов происходит со скоростью 200 - 250 м/с и к концу выпуска не превышает 60 – 100 м/с. Средняя скорость истечения газов за период выпуска на номинальном режиме находится в пределах 60 – 150 м/с. Закрытие выпускного клапана происходит через 10^о - 50^о после В.М.Т., что повышает качество очистки цилиндра за счет эжекционного свойства потока газа, выходящего из цилиндра с большой скоростью.

Давление в конце выпуска Р_r, кПа:

(3.24)

где k_r = 1,05…1,25 – коэффициент для двигателей без наддува;

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

3.2.6 Индикаторные показатели работы двигателя

Среднее индикаторное давление для дизеля Р_i, кПа:

(3.25)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Действительное среднее индикаторное давление с учетом округления диаграммы и затрат на осуществление насосных ходов поршня Р_iан, кПа:

(3.26)

где ;

 - коэффициент округления.

Коэффициент округления  = 0,92…0,95; принимаем  = 0,95.

- для дизельного топлива:

Р_iан= 0,95916,6 -125-90=835,7 кПа

- для биотоплива:

Р_iан= 0,95855,5 -105-90=797,7 кПа

Среднее индикаторное давление Р_i - такое условное постоянное давление, которое действуя в течение 1 хода поршня совершает такую же работу, что и переменное давление внутри цилиндра двигателя. Значит, величина среднего индикаторного давления характеризует тепловую напряженность работы двигателя.

Процент несовпадения величин среднего индикаторного давления, вычисленных, аналитически и графически ∆Р_i, %:

(3.27)

Допустимая погрешность ∆Р_i = 3…5%;

- для дизельного топлива:

Р_iгр =900 кПа;

Р_iгр=0,95900-(125-90)=820 кПа;

- для биотоплива:

Р_iгр =845 кПа;

Р_iгр=0,95845-(105-90)=787,7 кПа;

Индикаторный коэффициент полезного действия η_i:

(3.28)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Затем найдем индикаторный удельный расход топлива g_i, кг/кВт∙ч:

(3.29)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

3.2.7 Эффективные показатели работы двигателя

Эффективные показатели работы двигателя, отличается от индикаторных наличием необходимых затрат на преодоление различных механических сопротивлений.

Характеристики

Список файлов ВКР