Загальна кількість продуктів згоряння, кмоль пр. зг. /кг палива

2.1.3 Загальна кількість продуктів згоряння, кмоль пр. зг. /кг палива

М2 = МСО2 + МН2О + МО2 + МN2 = 0,072 + 0,063 + 0,031 + 0,508 = 0,675

2.2 Параметри навколишнього середовища і залишкові гази

Атмосферні умови Р0 = 0,1 МПа; Т0 = 288º К;

Величина підігріву свіжого повітря ΔТа = 20 К; Температура залишкових газів Тr = 800 К;

Тиск залишкових газів Р r = (1,05...1,25) * Р0 = 1,15 * 0,1 = 0,115 МПа

2.3 Процес наповнення (впуску)

Щільність заряду на впуску, кг/м3

ρ0=р0*106/(В*Т0),де

В=287 Дж/(кг*К)- питома газова постійна повітря.

ρ0=0,1*106/(287*288)=1,21 кг/м3

Витрати тиску на впуску: ΔРа = (0,03....0,18) Р0 = 0,08 * 0,1 = 0,008 МПа

Тиск в кінці пуска у точці “а”: Ра = Р0 – ΔРа = 0,1 – 0,008 = 0,092 МПа

Коефіцієнт залишкових газів в кінці впуску в точці “r”:

γr = [(Т0 + ΔТа)/Тr] * [Рr/((ε * Ра) – Р r)] = [(288 + 20)/800] * [0,115/((23 * 0,092) – 0,115)] = 0,022

Температура у кінці процесу пуска в точці “а”

Та = (Т0 + ΔТа + γr * Тr)/(1 + γr)=(288 + 20 + 0,022 * 800)/(1 + 0,022) =318,63 К

Коєфіцієнт наповнення

ηv = [Т0 * (φдоз * ε * Ра]/[(Т0 + ΔТа) * (ε – 1) * Р0] = 288 * [ (1,05 * 23 * 0,092 – 0,115)]/[(288 + 20) * (23 – 1) * 0,1] = 0,852

К1 = 1,375 – приймаємо по номограмі

n 1 = К1 – 0,022 = 1,372 – 0,022 = 1,35

2.4 Процес стиску

Тиск наприкінці стискання у точці “с”

Рс = Ра * εn1 = 0,092 * 231,35 = 0,092 * 68,918 = 6,352 МПа

Тс = Та * εn1-1 = 318,63 * 231,35-1 = 954,76 К

Середня мольна теплоємкість горючої суміші наприкінці процеса стискання точці “с”

μС ́vm = μСvm = 20,6 + 0,002638 * t˚с = 20,6 * 0,00263 * 681,76 = 36,937 кДж/(кмоль*град).

Тс = tc + 273 → tc = Тс – 273 = 954,76 – 273 = 681,76 К

Коефіцієнт використання теплоти ξz на ділянці сгорання с – z: ξz = 0,85

2.5 Процес згоряння

Коефіцієнт молекулярної зміни горючої суміші:

µ0 = М2/М1 = 0,675/0,643 = 1,05

Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші:

µ = (µ0 + γr)/(1 + γr) = (1,05 + 0,022)/(1 + 0,022) = 1,072/1,022 =1,048

Кількість теплоти, втраченої внаслідок неповного згоряння палива,кДж/кг:

;

Середня молна телоємкість продуктів сгоряння,(кДж/моль·град):

Коефіціент використання теплоти ;

Ступінь підвищення тиску ;

Температура наприкинці видимого процесу згоряння визначаємо:

Tz=2086,741,К

Максимальний тиск газів у циліндрі наприкінці згоряння, Мпа

Рz = λ * Рс = 1,5 * 6,35 = 9,527 Мпа

2.6 Процес розширення і випуску

Вибираємо показник політропи розширення n 2 по номограмі

Ступінь попереднього розширення на ділянці z-c:

ρzc =(μ * Тz)/ (λ * Тс) = (1,048 * 2086,741)/(1,5 * 954,76) = 1,527

Ступінь послідовного розширення

δ = ε/ ρzc = 23/1,527 = 15,06

Температура у точці “в”

Тв = Тz * [1/ δ(n2-1)] = 2086,741 * [1/15,06(1,18-1)] = 1280,733 К

Тиск у точці “в”

Рв = Рz * (1/ δn2) = 9,527 * (1/15,061,18) = 0,388 МПа

Процес випуска відпрацювавших газів

Перевірим коректність вибору Тr при розрахунку процеса впуску Тr = Тв/ ( Рв/Р r) = 1280,733/(0,388/0,115) = 376 К
2.7 Індикаторні параметри робочого циклу

Середній теоретичний (розрахунковий) індикаторний тиск, МПа.

Р́і = [Рс/(ε – 1)] * [λ * (ρzc – 1) + {(λ * ρzc)/(n 2 – 1)} * ((1 – 1/δ(n2-1)) – (1/(n 1 – 1)) * (1 – 1/ε(n1-1) = [6,352/(23 – 1)] * [1,5 * (1,527 – 1) + {(1,5 * 1,527)/(1,18 – 1)} * ((1 – 1/15,06(1,18-1)) – (1/(1,35 – 1)) * ((1 – 1/23^( 1,35 – 1)) = 1,098 МПа

Середній індикаторний тиск дійсного циклу, МПа

Рі = Р́і * φ. Приймаємо φ = 1,105 → Рі = 1,098 * 0,92 = 1,01 Мпа.

Індикаторний ККД

ηі = (Рі * l0 * α)/ (Ни * ρ0 * ηv) = (1,01 * 14,452 * 1,3)/(42,5 * 1,21 * 0,852) = 0,433

Індикаторна дійсна витрата палива, г/(кВт * ч)

gі = 3600/(Ни * ηі) = 3600/(42,5 * 0,433) = 195,554 г/(кВт * ч)

2.8 Ефективні показники двигуна

Середній тиск механічних втрат, МПа

Рм = 0,089 * 0,0135 * Vп.ср. = 0,089 + 0,0135 * 13,057 = 0,224 МПа

Середня швидкість поршня

Vп.ср. = (S * n)/30 = (0,0784 * 5000)/30 = 13,057 м/с

Середній ефективний тиск, МПа

Ре = Рі – Рм = 1,01 – 0,224 = 0,786 МПа

Механічний ККД

ηм = Ре/ Рі = 0,786/1,01 = 0,778

Ефективний ККД

ηе = ηм * ηі = 0,778 * 0,433 = 0,337

Ефективна витрата палива, г/(кВт * ч)

gе = 3600/(Ни * ηе) = 3600/(42,5 * 0,337) = 251,28

Годинна витрата палива, кг/год

Gп = gе *Nе = 251,28 * 40,5/1000 = 10,177 кг/год

2.9 Визначення основних розмірів двигуна

 

Літраж двигуна, л

Vл = ΣVh = (30*τ*Nе)/(Ре*n) = (30 * 4 * 40,5)/(0,77 * 5000) = 1,237 л.

Робочий обсяг одного циліндра, л

Vh = Vл/і = 1,237/4 = 0,309 л

Обираємо відношення S/D = 1,105

Діаметр циліндра двигуна, мм

 = = 70,9 мм.

Хід поршня, мм

S = S/D * D = 1,105 * 70,9= 78,343 мм.

Отриманні значення округляємо до найближчих цілих значеннь:

D = 71 мм; S = 78 мм.

На основі отриманих S і D вироховуємо основні параметри та показники двигуна:

Літраж, л

Vл = (π * D² * S * і)/4 * 10⁶= (3,14 * 71² * 78 * 4)/ 4 * 10⁶= 1,235 л.

Ефективна максимальна потужність, кВт

Nе = (Ре * Vh * n * і)/30τ = (0,77 * 0,309 * 5000 * 4)/30 * 4 = 39,655 кВт.

Витрати палива, кг/год

Gп = gе*Nе = 251,28* 39,655/1000 = 9,965 кг/год.

Середня швидкість поршня, м/с

Vп.ср. = (S * n)/30 * 103 = (78 * 5000)/30000 = 13 м/с.

 

2.10 Побудова індикаторної діаграми двигуна

Vh = 0, 309 л;

Vс = Vh/(ε – 1) = 0, 309/(23 – 1) = 0,014 л

Vа = (Vh + Vс)/ Vс = (0, 309 + 0,014)/0,014 = 23,071 л

Для побудови діаграми вибираємо кут α = 15˚

Знаходимо кути β1 та β2

tg β1 = (1 + tgα)n1 – 1 = (1 + tg15˚)1,35 – 1 = 20˚

tg β2 = (1 + tgα) n2 –1 = (1 + tg15˚)1,18 – 1 = 18˚

Положення точки “с”:

Р́с́́́́́́́́́́́ = 1,25 * Рс = 1,2 * 6,352 = 7,62

3. Тепловий баланс

3.1 Загальна кількість теплоти, введеної в двигун із паливом, Дж/с

 

Q0 = (Ни * Gп)/3,6 = (42500 * 9,965)/3,6 = 117642,36

3.2 Теплота, еквівалентна ефективній роботі за 1с, Дж/с

Qе = 1000 * Nе = 1000 * 40,5 = 40500

3.3 Теплота, передана охолодженому середовищу, Дж/с

Qb = С * і * D(1+2m) * nm* (Ни-ΔНи)/α*Ни = 0,53 * 4 * 7,1(1+2*0,7) * 50000,7 * 1/1,3 = 60941,841