Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

линии

сжатия

при tc.

В

цилиндре

карбюраторного двигателя в процессе сжатия нахо­

дятся

горючая

смесь и остаточные газы. Средняя мольная изохорная

газов)

на линии сжатия

с0= {crvcM0+

clM4) /(М0+Мч);

имея в

виду, что Мг = ^М0,

получаем после

сокращений

cv=

С " ^ ; с ; ,

о-ве)

максимальной мощности работают при а <

1. В этом случае было бы

неправильным вводить в уравнение сгорания всю теплоту

сгорания

топлива

Q„. Из теплоты сгорания

топлива

Q„ следует

вычесть

коли­

чество тепла AQ, которое не может быть выделено вследствие недо­

статка

кислорода.

Тогда уравнение сгорания изохорного цикла при

а К Р

<^ а < 1

примет

следующий вид:

; ( Q 5 - A Q )

, c v t c

cjz,

(3-87)

M i + -i)M0

или

: Г

(QP -

AQ)/[[x (1 +

T ) M0] +

U'Jy. = U"z.

(3-88)

Количество

тепла

AQ, теряемое при этом из-за неполноты

сго­

рания,

AQ = 285 ООО Мсо ,

(3-89)

где Мсо — теоретическое количество окиси

углерода

при

сгорании

Подставив в (3-89) значение Мсо. из (3-29) получим

AQ = 119 700 (1 — a) L 0 .

(3-90)

вытекающие из того, что количество рабочей смеси М0

газового дви­

гателя относят к

1 кмолю

горючего газа,

а теплоту сгорания

Я„ — к

1 м3

газа при 0° С и 1,03-105 Н/м2 , поэтому для приведения к одинако­

вой

размерности

необходимо

Я„ умножить

на 22,4 м3 /кмоль

(объем

1 кмоля при 0° С и 1,0 1 3 - 205

Н/м2 ), т.е. взять теплоту сгорания 1 кмоля

газового

топлива.

Тогда

уравнение

сгорания

газового двигателя

примет

вид

22,4

;г ЯР/[р-(1 + Т )

М0] + с0

tcl[x = cvtz,

(3-91)

или

22,4

lz

Ян р /[^ (1 +

т)

М0] + и'с/у. =

U"z.

(3-92)

Средняя

мольная

изохорная

теплоемкость рабочей смеси

газового

двигателя,

т. е. смеси воздуха, газового

топлива

и остаточных

газов,

с0

= (сг„с

М0

+ cv Т Л10 )/(УИ0

+ Т М 0

) .

Сократив на

М0,

получим

c; = (cr „c

+

T C ; ) / ( i

+

Т ) ,

(з-93)

где

с%'с

— средняя

мольная

изохорная теплоемкость

горючей

смеси

(смеси воздуха и газового

топлива)

при

температуре

конца

сжатия

4, определяется

по

(3-49); cv

— средняя

мольная изохорная

тепло­

емкость

продуктов

сгорания при tc.

Определение

температуры

конца

пламенного

сгорания.

Темпе­

ния сгорания (3-83),

(3-84), (3-87)

или (3-91). Однако

ввиду того, что

в уравнение сгорания

входят два

неизвестных — tz

и теплоемкость

газов при tz, значение

tz находят

путем подбора или

графо-аналити-

ческим способом.

графо-аналитическим способом tz

Для определения

при смешанном

му энтальпии продуктов сгорания

в зависимости

от

температуры

i" = / (/); при изохорном же цикле

(при тепловом

расчете

карбюра­

торных и газовых двигателей) строят диаграмму внутренней

энергии

продуктов сгорания в зависимости от температуры

U" = ср (/). Затем

подсчитывают значение левой части уравнения сгорания,

представляю­

использования тепла С2; в смешанном цикле,

кроме того, нужно

еще задаться и степенью повышения давления

X.

сгорания;

диссоциация газов.

В табл. 3-6 приводятся пределы изменения Сг, X pz и Тг

для раз­

личных двигателей при работе на номинальном

нагрузочном

режиме

Т а б л и ц а

3-6

Значение

Cz,

X, pz, Tz для различных

двигателей

Двигатели

Л

pz, бар

Tz, К

Тихоходные

дизели

0,754-0,85

1,54-1,7

504-60

18004-2000

Быстроходные дизели:

0,654-0,85

1,54-1,8 604-70

19004-2200

без

наддува

с наддувом

0,604-0,80

1,34-1,6 704-120

20004-2500

Карбюраторные

0,854-0,95

2,54-4

254-50

25004-2700

0,804-0,90

2,54-4

204-40

20004-2300

Отношение параметров рабочего газа в конце и в начале

сгорания

на основании (3-81) выражается

зависимостью

PzVj(pcVc)

= [(М + Mr)/(M0

+ Mr)]

(Tz/Tc).

Имея

в виду,

что

p.jpc

= X, VZIVC

= р, (М + МГ)/(М0

+ МГ) = ц,

получаем

Ц = \x(TzlTc).

(3-94)

Исследование коэффициента полезного действия термодинамиче­

ских циклов показывает,

что при увеличении

степени

предваритель­

ного расширения р от 1 до 1,5 к.п.д. цикла изменяется

крайне

незна­

чительно.

Как

известно,

большим

значениям р

соответствуют

меньшие

значения

степени

повышения

давле­

ния А и соответственно

меньшие ве­

личины

pz\

с уменьшением

послед­

него несколько

снижаются потери на

трение,

облегчаются условия

работы

кривошипно-шатунного

механизма,

что способствует

некоторому

повы­

шению

механического

к.п.д.

В ре­

зультате этого

увеличение р до 1,4 и

даже до 1,5 не

вызывает

заметного

Н.М.Т

изменения

эффективного

к.п.д.

и

среднего эффективного

давления, но

Рис. 3-22.

Графическое

опре­

способствует

улучшению

условий

деление

среднего

индикатор­

работы

двигателя.

В

связи

с этим

ного давления

некоторое

повышение

р оказывается

выгодным; хорошо доведенные дизели

работают обычно

при р =

1,3 ~

1,5.

Расширение.

Процесс

расширения

газов в

цилиндре

двигателя

изучают по индикаторной

диаграмме,

исследуя

участок

от точки

z

до точки Ь (рис. 3-22). Во время

расширения

происходит

охлаждение

личных

двигателей.

Вследствие трудности количественной оценки всех условий, влияю­

щих

на

показатель политропы, при тепловом расчете принимают,

что

весь

процесс расширения происходит с некоторым постоянным

средним

показателем политропы п2, обеспечивающим подсчет работы

ным

показателем

политропы.

п2,

Пользуясь политропным уравнением с постоянным показателем

напишем уравнение

процесса

расширения:

откуда

давление

в

конце

расширегия

Рь=рЖ\

(3-95)

где

б

—VbIVz

— степень

последующего

расширения.

Имея в виду, что Vz =pVc,

и принимая с достаточной для

тепло­

вого

расчета

точностью,

что

Vb =

Va,

получаем

б = е/р.

Д л я двигателей,

работающих

по изохорному

циклу, Vz = Vc

и

8 =

е;

следовательно,

Рь =

Pj*n>-

(3-96)

Для определения температуры газов в конце

расширения

вос­

пользуемся

характеристическими

уравнениями:

PzVz

=

GTRZTZ\

Р/Уь

=

GrRbT»

Приняв состав газа в процессе

расширения

постоянным,

т. е.

Rz =

Кь< и

разделив второе уравнение

на

первое,

получим

PbVb/(pzV2)

=

TbITz.

Tb = TJi"'-1;

(3-97)

для двигателей, работающих по

изохорному циклу,

Т„ =

TJ^-X.

(3-98)

Значения п2,р,8,Рь

и Т„ для различных типов двигателей

приве­

дены в табл. 3-7.

Т а б л и ц а 3-7

Значение п2,

р. 8, рь и Ть

для различных двигателей

Двигатели

п2

Р

6

Рь< бар

ть, К

Дизели

1,224-1,32

1,34-1,5

94-13

2,84-5

9504-1200

Карбюраторные

1,254-1,35

1

£

4,54-7

13004-1700

1,254-1,32

1

£

44-6

11004-1500

поршень, производит за один ход (такт) работу,

равную работе

газа

в цилиндре двигателя за один цикл.

Величина среднего индикаторного давления

характеризует

сте­

Pirn =

Lt/VA,

где

L i — работа газов в цилиндре

за цикл; Vh

— рабочий

объем ци­

линдра.

Полезная (индикаторная) работа газов в цилиндре за

цикл (см.

рис.

3-22)

L t = LZ'Z+Lzb-Lac.

(3-99)

При этом работу на участке z'—z можно

выразить как

Lsz=pz(Vz-Vf);

Lzb = ' J ^ T [1 - (VjVbr~l

] = ^

pcVc [1 - 1/8"'-1];

Lac =

П - ( W l = £ r i [1 ~ l / - " ' " 1 ] •