Термодинамический расчет процесса сгорания

 

Основой расчёта является уравнение теплового баланса для процесса сгорания. Например для бензиновых и газовых двигателей оно имеет вид:

(1.19)

 

где Q_z и Q_c- теплота заряда в точках «z» и «c»;

Q_cz- теплота, подведённая к заряду в процессе сгорания.

Уравнение можно преобразовать для дизельных двигателей:

 

(1.20)

 

 

Теплоёмкость свежего заряда C_VC в конце процесса сжатия определяется в зависимости от температуры T_c, кДж/Моль·град:

(1.21)

 

где А₁=20,16 и В₁=1,738·10^-3 - постоянные коэффициенты.

 

 

Теплоёмкость продуктов сгорания C_VZ определяется по эмпирическим формулам:

 

(1.22)

 

При α>1

, (1.23)

. (1.24)

 

A₂ = 19,42 + 2,596· 1,5 = 23,314

 

B₂ = (15,491 + 13,816 · 1,5) · 10^-4 = 36,215· 10^-4

(1.25)

 

Низшая теплота сгорания H_U, зависит от элементарного состава топлива. Для дизельного топлива:

 

H_U = 42500 (43030-зимнее) кДж/кг,.

 

H_U = 42.5 МДж/кг

 

Коэффициент использования ξ теплоты учитывает потери теплоты за счёт физической неполноты сгорания топлива, несвоевременности сгорания, через стенки камеры сгорания, диссоциации и других факторов.

Значение ξ на номинальном режиме работы для дизельных двигателей находится в пределах от 0,70 до 0,88. Для дизелей при расчете сгорания дополнительно задаются степенью повышения давления в процессе λ_р= р_z : р_с. Для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием λ_р=1,6…2,5

 

принимаемξ =0,88

 

принимаем λ_р= 2

 

После подстановки перечисленных величин в исходное уравнение, оно может быть преобразовано к квадратичному виду:

 

(1.26)

 

и решено относительно Тz, К:

 

 

(1.27)

 

 

где

 

(1.28)

 

 

 

S₂ = 81069,8718

 

T_z = 2013,29K

 

C_vz = 23,314 + 36,215 · 10^-4·2013,29 = 30,6051 кДж/Моль·град

 

C_pz = 30,6051 + 8,315 = 38,9201 кДж/Моль·град

 

При номинальном режиме для дизеля величина T_z = 1800…2300К. Для дизельных двигателей давление газов в конце сгорания р_{Z ,} МПа, определяется с учетом выбранного ранее значения λ_р :

. (1.29)

МПа

 

При номинальном режиме величина p_z = 6,0…9,0МПа.

 

ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

 

В результате процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии заряда в механическую работу.

Основными характеристиками процесса является давление p_в, температура Т_в в конце процесса и средний показатель политропы расширения n₂ (для дизелей n₂=1,23…1,3).

Для упрощения расчёта допускают, что расширение происходит по политропному процессу со средним показателем политропы n₂. Значение n₂ возрастает с увеличением коэффициента использования теплоты, отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D, интенсивности охлаждения, при снижении нагрузки и росте частоты вращения.

Давление p_в, МПа и температура Т_B , К, конца расширения определяется для точки «в» по уравнению политропного процесса:

для дизельных двигателей:

и (1.30)

где на номинальном режиме, (1.31)

 

где степень предварительного расширения:

 

, (1.32)

 

1.2224

 

 

МПа

 

При номинальном режиме в дизелях Т_В=1000…1250К и p_в=0,20…0,60МПа.

ПРОВЕРКА РАСЧЕТОВ

 

Процесс расширения завершает расчет параметров рабочего тела в характерных точках цикла. Правильность выбора исходных температуры и давления остаточных газов проверяется по формуле, К:

 

(1.33)

 

 

 

 

 

 

Значение расчётной температуры остаточных газов может отличаться от выбранной ранее не более чем на 5% при расчёте на ЭВМ и на 10% при ручном расчете.

Погрешность расчётов:

(1.34)