Курсовая работа (т): Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

Параметры процесса впуска газообмена

1.5 Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия k₁ при ε=8,5,а также рассчитанных значениях Т_а определяется по номограмме, а средний показатель политропы сжатия n₁ принимается несколько меньше k₁.

При выборе n₁ учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n₁ уменьшается по сравнению с k₁ более значительно для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1, T_a=337 К и ε=8,5 показатель адиабаты сжатия определен по номограмме k₁=1,3775.

Давление в конце сжатия для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1: P_с=P_аεⁿ¹=0,085·8,5 ^1,377=1,6189 MПа, где n₁=1,377 принят несколько меньше k₁=1,3775.

Температура в конце сжатия: T_c=T_aε^n-1=337·8,5^1,377-1=755 К;

Средняя мольная теплоемкость:

а) свежей смеси (воздуха):

(mc_v)=20,6+2,638 10^-3 t_c, где t_c=T_c-273°С=755-273=482;

(mc_v)=20,6+2,638 10^-3 482=21,872 кДж/(кмоль·град)                 (1.4.5)

б) остаточных газов (mc"_v) определяется методом интерполяции по табл.3.8

для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1, α=0,96 и t_c=482°С

(mc"_v)=23,586+(23,712-23,586)·=23,611                             (1.4.6)

где 23,586=ср.тепл.при α-0,95(t-400) и 23,712=ср.тепл.при α-1,00(t-400)-значения теплоемкости продуктов сгорания при 400°С соответственно при α=0,95 и α=1,00, взятые по табл.3.8;

(mc"_v)=24,014+(24,15-24,014)·=24,041

где 24,014=ср.тепл.при α-0,95(t-500) и 24,150=ср.тепл.при α-1,00(t-500)-значения теплоемкости продуктов сгорания при 500°С соответственно при α=0,95 и α=1,0, взятые по табл. 3.8.

Теплоемкость продуктов сгорания при t_c=482°С и α=0,96

(mc"_v)=23,611+(24,041-23,611)=23,964 кДж/(кмоль·град);

в) рабочей смеси (mc'_v)=[(mc_v)+γ_r(mc"_v)]:

(mc'_v)=[21,872+0,0495·23,964]=21,971 кДж/(кмоль·град);

Результаты расчетов при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1 сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Параметры процесса сжатия

1.6 Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей μ₀=М₂/М₁ и рабочей смеси μ=(μ₀+γ_r)/(1+γ_r) для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1: μ₀=0,5483/0,5051=1,0855 и μ=(1,0855+0,0495)/(1+0,0495)=1,0815

количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси

ΔH_и=119950(1-α)L₀ и Н_раб.см=                                  (1.6.1)

Для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1

ΔH_и=119950(1-0,96)·0,517=2481 кДж/кг,

Н_раб.см==78191 кДж/кмоль раб.см.;

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

(mC"_v)=(1.6.2)

определяется по эмпирическим формулам, приведенным в табл.3.6 для интервала температур от 1501 до 2800°С

=22,490+0,001430·t_Z

=39,123+0,003343·t_Z

=19,678+0,001758·t_Z

=26,670+0,004438·t_Z

=23,723+0,001550·t_Z

=21,951+0,001457·t_Z

(mC"_v)=(1/0,5483)·[0,077·(39,123+0,003343·t_z)+0,0057·(22,490+0,001430·t_Z)+0,0696·(26,670+0,004438·t_Z)+0,0029·(19,678+0,001758·t_Z)+0,3931·(21,951+0,001457·t_Z)]=1,8238[3,012+0,00026t_Z+0,128+0,00008t_Z+1,85623+0,00031t_Z+0,057066+0,000005t_Z+8,62894+0,00057t_Z]=5,4933+0,0004742t_Z+0,23345+0,0001459t_Z+3,3853923+0,0005654t_Z+0,10407697+0,0000091t_Z+15,7374608+0,0001040t_Z=24,954+0,0012986t_Z кДж/(кмоль·град).

Коэффициент использования теплоты ξ_z зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Он повышается за счет снижения потерь теплоты газов в стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром. При увеличении скоростного режима ξ_z снижается. При проведении расчетов двигателя ξ_z выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. В зависимости от реальной зависимости ξ_z от скоростного режима карбюраторного двигателя принята величина коэффициента использования теплоты для карбюраторного двигателя ξ_z=0,91 при n_N=5600 мин^-1. Так же определены значения ξ_z для всех расчетных режимов.

Температура в конце видимого процесса сгорания:

ξ_zН_раб.см+(mc'_v)·t_c=μ(mC"_v)·t_Z                                               (1.6.3)

Для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1

0,91·78191+21,971·482=1,0815·(24,954+0,0012986t_Z)t_Z или 0,001405t_Z²+26,993t_Z-81757=0

откуда t_Z=(-26,993+)/(2·0,001405)=2660°С;

Т_z=t_Z+273=2660+273=2933 К

Максимальное давление сгорания теоретическое:

_z=p_c·μ·T_z/T_c=1,6189·1,0815·2933/755=6,8016 МПа;

Максимальное давление сгорания действительное:

p_zд=0,85·p_z=0,85·6,8016=5,7814 МПа;

Степень повышения давления: λ=p_z/p_c=6,8016/1,6189=4,201;

Результаты расчетов при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1 сведены в таблицу 4.

Таблица 4

Параметры процесса сгорания

1000(mC"_v)=(1/0,5357)·[0,091·(39,123+0,003343·t_z)+0,0201·(22,490+0,001430·t_Z)+0,0625·(26,670+0,004438·t_Z)+0,0100·(19,678+0,001758·t_Z)+0,3521·(21,951+0,001457·t_Z)]=1,8667[3,560+0,00030t_Z+0,396+0,00003t_Z+1,66688+0,00028t_Z+0,196780+0,000018t_Z+7,72895+0,00051t_Z]=6,6455+0,0005600t_Z+0,73921+0,0000560t_Z+3,1115649+0,0005227t_Z+0,36732923+0,0000336t_Z+14,4276310+0,0000952t_Z=25,291+0,0012675t_Z кДж/(кмоль·град).

(mC"_v)=(1/0,5483)·[0,077·(39,123+0,003343·t_z)+0,0057·(22,490+0,001430·t_Z)+0,0696·(26,670+0,004438·t_Z)+0,0029·(19,678+0,001758·t_Z)+0,3931·(21,951+0,001457·t_Z)]=1,8238[3,012+0,00026t_Z+0,112+0,00001t_Z+1,85623+0,00031t_Z+0,057066+0,000005t_Z+8,62894+0,00057t_Z]=5,4933+0,0004742t_Z+0,20427+0,0000182t_Z+3,3853923+0,0005654t_Z+0,10407697+0,0000091t_Z+15,7374608+0,0010396t_Z=24,925+0,0021065t_Z кДж/(кмоль·град).

(mC"_v)=(1/0,5483)·[0,077·(39,123+0,003343·t_z)+0,0057·(22,490+0,001430·t_Z)+0,0696·(26,670+0,004438·t_Z)+0,0029·(19,678+0,001758·t_Z)+0,3931·(21,951+0,001457·t_Z)]=1,8238[3,012+0,00026t_Z+0,128+0,00001t_Z+1,85623+0,00031t_Z+0,057066+0,000005t_Z+8,62894+0,00057t_Z]=5,4933+0,0004742t_Z+0,23345+0,0000182t_Z+3,3853923+0,0005654t_Z+0,10407697+0,0000091t_Z+15,7374608+0,0010396t_Z=24,954+0,0021065t_Z кДж/(кмоль·град).

1000 ξ_zН_раб.см+(mc'_v)·t_c=μ(mC"_v)·t_Z

0,81·73992+21,969·480=1,1826·(25,291+0,0012675t_Z)t_Z

или 0,001499t_Z²+29,909t_Z-70479=0

откуда t_Z=(-29,909+√29,909²+4·0,001499·70479)/(2·0,001499)=2129°С

3200 ξ_zН_раб.см+(mc'_v)·t_c=μ(mC"_v)·t_Z

0,91·78445+21,969·484=1,0855·(24,925+0,0021065t_Z)t_Z

или 0,002287t_Z²+27,056t_Z-82018=0

откуда t_Z=(-27,056+√27,056²+4·0,002287·82018)/(2·0,002287)=2502°С

6000 ξ_zН_раб.см+(mc'_v)·t_c=μ(mC"_v)·t_Z

0,88·78124+21,972·482=1,0855·(24,954+0,0021065t_Z)t_Z

или 0,001499t_Z²+29,909t_Z-70479=0

откуда t_Z=(-29,909+√29,909²+4·0,001499·70479)/(2·0,001499)=2129°С

1.7 Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения k₂ определяется по номограмме при заданном ε для соответствующих значений α и T_z, а средний показатель политропы расширения п₂ оценивается по величине среднего показателя адиабаты для карбюраторного двигателя при ε=8,5, α=0,96 и T_z=2933 К k₂=1,25, что позволяет принять п₂=1,251.