ПЗ (1233967), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

4 ПРЕДЛАГАЕМАЯ СИСТЕМА ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗА

4.1 Тепловой расчёт двигателя

4.1.1 Расчётный цикл

За основу рабочего принимается теоретический цикл со смешанным подводом теплоты (рисунок 4.1). После политропного сжатия (линия 1–2) теплота подводится сначала по изохоре 2–3, а затем по изобаре 3–4. Процесс расширения 4–5 считается политропным, а реальный процесс газообмена заменятся процессом отвода теплоты по изохоре 1–5

Рисунок 4.1 – Расчётный цикл дизеля

4.1.2 Количество рабочего тела в цикле

Принимаем средний элементарный состав 1 кг дизельного топлива:

С = 0,87; Н = 0,126; S = 0 (отсутствует); О = 0,004. Тогда теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1кг топлива составит:

Подставляем численные значения в формулу (4.1), получим:

кмолькг.

Действительное количество воздуха М₁, кмолькг

где α₁ = 2,1– воздушно-топливное отношение при сгорании, или коэффициент избытка воздуха.

Подставляем численные значения в формулу (4.2), получим:

кмолькг.

Суммарное количество продуктов сгорания ₂, кмолькг

,

(4.3)

Подставляем численные значения в формулу (4.3), получим:

кмолькг

Изменение количества рабочего тела при сгорании , кмолькг

(4.4)

Подставляем численные значения в формулу (4.4), получим:

кмолькг.

Коэффициент молекулярного изменения ₀ рассчитывается по формуле (4.5)

(4.5)

Подставляем численные значения в формулу (4.5), получим:

.

4.1.3 Расчёт процесса наполнения

Принимаем давление окружающей среды p₀ = 0.1 МПа, температуру окружающей среды T₀ = 290 K.

Коэффициент остаточных газов принимаем для четырёхтактного двигателя с наддувом по рекомендациям [1]: γ_r = 0,01.

Давление в конце наполнения p_1, МПа, определяем по формуле (4.6)

p1 = (0,9 - 0,96)pВ,

(4.6)

Подставляем численные значения в формулу (4.6), получим:

p₁ = 0,9·0,28 = 0,252МПа.

Определим температуру _1, K в конце наполнения по формуле (4.7)

(4.7)

где ΔТ– подогрев свежего заряда от стенок цилиндра и поршня,

ΔТ = 25 К;

Т_г – температура остаточных газов, Т_г = 700 К;

Т_в – температура наддувочного воздуха, Т_в = 340 К.

Тогда температура в конце наполнения:

Подставляем численные значения в формулу (4.7), получим:

Рассчитываем коэффициент наполнения по формуле (4.8):

(4.8)

где ε_V = 13,4 – действительная степень сжатия;

Ф_С = 0,87-0,97– коэффициент наполнения, равный для четырёхтактного двигателя с оборотами 750–1000 мин ^-1 по рекомендации [1].

Подставляем численные значения в формулу (4.8), получим:

4.1.4 Расчёт процесса сжатия

Принимаем показатель политропы сжатия n₁ = 1,37 по рекомендации [1].

Определяем давление в конце сжатия p₂, а

(4.9)

Подставляем численные значения в формулу (4.9), получим:

Определяем температуру в конце сжатия Т_2, 

(4.10)

Подставляем численные значения в формулу (4.10), получим:

4.1.5 Расчёт процесса сгорания

Выбираем коэффициент эффективного выделения теплоты в точке 4 по рекомендации[1]: ξ₄ = 0,85.

Рассчитываем действительный коэффициент молекулярного изменения µ по формуле (4.11)

(4.11)

Подставляем численные значения в формулу (4.11), получим:

,

(4.12)

где λ – степень повышения давления, принимаем по рекомендации [1]
λ = 1,4

Подставляем численные значения в формулу (4.12), получим:

Решаем уравнение сгорания

(4.13)

где Н_u– низшая теплота сгорания, Н_u = 42700 кДж/кг;

, кДж/(кмоль·°С) – средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении в интервале температур от 0˚C до t_max;

, кДж/(кмоль·°С) – средняя мольная теплоёмкость воздуха при постоянном давлении в интервале температур от 0˚C до t₂;

t_max = (Т_max – 273) = 1400–1800 °С – температура точки 4 на индикаторной диаграмме, то есть в конце подвода теплоты в теоретическом цикле четырёхтактного двигателя. Находится из уравнения сгорания (4.13).

Теплоёмкость является функцией температуры t_max, поэтому уравнение сгорания является нелинейным уравнением относительно величины t_max.

Решение уравнения сгорания сводится к определению величины t_max. Определяем, что равенство левой и правой части в уравнении сгорания выполняется при:

t_max = 1570 °С или Т_max = 1843 °К,

= 28,097 кДж/(кмоль·°С)

Вычисляем степень предварительного расширения 

(4.14)

Подставляем численные значения в формулу (4.14), получим:

4.1.6 Расчёт процесса расширения

Принимаем показатель политропы расширения n₂ = 1,25

Рассчитаем степень последующего расширения ,

,

(4.15)

Подставляем численные значения в формулу (4.15), получи

.

Предварительно рассчитываем температуру газов в конце процесса расширения _{5 ,}

,

(4.16)

Подставляем численные значения в формулу (4.16), получим:

Решаем уравнение процесса расширения:

(4.17)

где ξ₅ = 0,9 – доля теплоты, которая затрачена на изменение внутренней энергии и совершение работы расширения от окончания подвода теплоты до конца процесса расширения, что соответствует условию 0,82< ξ₅ <0,92;

, кДж/(кмоль·°С) – средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении в интервале температур от 0 до t₅ при температуре t₅.

Из уравнения процесса расширения методом последовательных приближений окончательно определяем n₂ и t₅.

Вычислим давление в конце процесса расширения  , МПа

,

(4.18)

Подставляем численные значения в формулу (4.18), получим:

Индикаторные показатели рабочего процесса

Расчётное среднее индикаторное давление _miT, MПа

(4.20)

Подставляем численные значения в формулу (4.20), получим:

Коэффициент полноты диаграммы для четырёхтактного двигателя принимаем равным φ_n = 0,98

Вычислим среднее индикаторное давление действительного цикла p_mi, МПа

Подставляем численные значения в формулу (4.21), получим:

Определим рабочий объём цилиндра V_S, м³

(4.22)

где D – диаметр цилиндра, м; S - ход поршня, м.

Подставляем численные значения в формулу (4.22), получим:

Определим объём камеры сгорания V_C , м

,

(4.23)

Подставляем численные значения в формулу (4.23), получим:

Вычислим полный объём цилиндра V_a , м ³

Va = Vс + Vs ,

(4.24)

Подставляем численные значения в формулу (4.24), получим:

V_a = 0,0138 + 0,00111 = 0,01491 м³.

Определим объём в конце процесса сгорания V₄ , м³

V4 = ρ·V2,

(4,25)

Подставляем численные значения в формулу (4.25), получим:

V₄ = 1,41·0,00111 = 0,00156 м³.

4.1.7 Расчет индикаторного КПД двигателя

Рассчитаем индикаторный КПД двигателя η_i,

,

(4.26)

Подставляем численные значения в формулу (4.26), получим:

Определим удельный индикаторный расход топлива b_i ,кг/кВт·ч

(4.27)

Эффективные показатели рабочего процесса

Принимаем механический КПД двигателя, η_m = 0,85

Определим среднее эффективное давление p_me , МПа

,

(4.28)

Подставляем численные значения в формулу (4.28), получим:

4.1.8 Определение эффективного КПД двигателя

Эффективный КПД двигателя определим по формуле (4.29)

,

(4.29)

Подставляем численные значения в формулу (4.29), получим:

Характеристики

Список файлов ВКР