Эффективные показатели двигателя

Средняя скорость поршня при номинальной частоте вращения :

 

, м/с

м/с

где S – ход поршня, м.

n – номинальная частота вращения (таблица 1.2).

 

Среднее давление механических потерь:

, МПа

 

Среднее эффективное давление:

, МПа

МПа

 

Механический КПД двигателя:

 

Эффективный удельный расход топлива:

, г/(кВт× ч)

г/(кВт×ч)

 

Эффективный КПД двигателя:

 

Эффективная мощность при известном рабочем объеме двигателя:

 

, кВт,

где – тактность двигателя, .

Часовой расход топлива:

, кг/ч

 

Эффективный крутящий момент

, Н×м.

 

Расчет рабочего цикла дизеля

 

Параметры рабочего тела

Средний элементарный состав дизельных топлив:

-углерод C=0.870;

-водород H=0,126;

-топливный кислород O_m=0,004.

Низшая теплота сгорания H_u=42500 кДж/кг

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

 

кг;

 

кмоль.

 

Количество свежего заряда при заданном :

,

кмоль.

 

α – коэффициент избытка воздуха. Для дизеля с высоким наддувом можно принять α =1,8-2,0 в зависимости от давления наддува.

Общее количество продуктов сгорания:

.

 

Количество отдельных компонентов:

,

кмоль;

 

,

кмоль;

 

,

кмоль;

 

,

кмоль.

 

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

.

 

Процесс впуска

Принимаем, что давление окружающей среды p_o=0,1 МПа, температура окружающей среды T_o=288 К. Значения ряда параметров, необходимых при расчете, выбирают, исходя из следующих эмпирических зависимостей:

– давление наддува (перед впуском) р_к – по варианту задания;

– температура надувочного воздуха К;

– Т_о, р_о – параметры окружающей среды;

- давление остаточных газов p_r при газотурбинном наддуве для номинальной частоты вращения p_r =(0,90-0,98)p_k, МПа. Принимать в зависимости от n_ном, с уменьшением которого p_r снижается.

- температура остаточных газов T_r=700-900 К;

- подогрев свежего заряда ;

Плотность свежего заряда:

,

кг/м3,

 

– удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·град).

Давление в конце впуска:

 

, МПа

Pк

 

– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускного тракта м/с.

 

Коэффициент остаточных газов:

 

Температура в конце впуска:

, К

К

 

Коэффициент наполнения:

 

Процесс сжатия

Показатель политропы сжатия принимаем в пределах .

Примечание:Здесь и далее следует принимать средние значения из рекомендуемых пределов параметра (которым задаются) и с учётом получаемых результатов.

Давление в конце сжатия:

 

,

МПа

 

Температура в конце сжатия:

 

,

К

 

 

Процесс сгорания

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

 

.

Значения и см. выше.

Теплота сгорания рабочей смеси:

 

, кДж/кмоль.

Н_и – низшая теплота сгорания дизельного топлива (см. выше).

Температура цикла T_z определяется из уравнения сгорания:

 

.

 

Коэффициент использования теплоты для номинального режима быстроходных дизелей с газотурбинным наддувом выбирают в пределах , а степень повышения давления .

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия с допустимой для учебных целей погрешностью может быть определена по воздуху:

 

,

кДж/(кмоль×град),

 

где t_c – температура в конце сжатия в °С.

.

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

,

кДж/(кмоль×град).

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме:

, кДж/(кмоль×град).

 

После подстановки найденных значений в уравнение сгорания получим квадратное уравнение с одним неизвестным t_z, которое решается известным способом:

;

 

, °С.

 

а, ви с– числовые значения известных величин.

 

Температура сгорания:

, К

К

 

Максимальное давление сгорания:

,

МПа

 

Если полученное значение р_z превышает 12,5 МПа, то рекомендуется повторить расчёт процесса сгорания, уменьшив величину λ. В этом случае надо сохранить в пояснительной записке оба варианта расчёта.

Степень предварительного расширения:

 

.

Процесс расширения

степень последующего расширения:

.

 

Для современных дизелей с наддувом значение показателя политропы расширения принимают в пределах и находят давление и температуру в конце процесса расширения:

 

,

МПа

 

, К

К

 

Здесь следует оценить правильность ранее принятой температуры остаточных газов T_r по величине погрешности расчёта

%

 

Если величина Δ не превышает 5%, то погрешность допустима.