Термодинамический расчет цикла двигателя внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Исходные данные

Топливо - автомобильный бензин.

Коэффициент избытка воздуха б = 1,1.

Степень сжатия е = 8,6

Мощность двигателя Pe=40кВт.

Число оборотов n=2800 об./мин.

Число тактов двигателя .

Число цилиндров .

Значение n-k= ±0,007.

Начальная температура Т1=365К.

Начальное давление р1=0,085МПа.



1. Основные характеристики жидких моторных топлив

1.1 Состав топлива

Вид топлива	Средний элементарный состав	Молярная масса паров, кг/(кг·моль)
	C	H	O
Автомобильный бензин	0,855	0,145	--	115

1.2. Теоретически необходимое количество воздуха

для сгорания 1кг топлива определим по формуле

, где Мо - количество воздуха (в кг), необходимое для сгорания 1кг топлива;

С, Н, О - массовые доли углерода, водорода, кислорода в топливе.

Мо = 11,59 [0,83 + 3 ? 0,145] = 14,95 кг.

1.3 Действительное количество воздуха, подаваемое для сгорания 1кг топлива

1.4 Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива

Если известны основные химические реакции, протекающие при сгорании топлива, и тепловые эффекты этих реакций, то легко записать формулу для вычисления суммарного количества теплоты, выделяющейся при сгорании 1кг топлива (Формула Менделеева):

МДж/кг; (3)

МДж/кг

Здесь обозначения такие же, как и в предыдущей формуле. При сгорании топлива часть теплоты уносится с водяными парами и не дает вклада в суммарное количество теплоты QH (низшая теплота сгорания топлива).



2. Расчет процесса сжатия

2.1 Молекулярная масса свежего заряда определяется по формуле

(4)

где mб, mв - массовые доли паров бензина и воздуха;

б=115, в=28,88 - молярные массы паров бензина и воздуха.

2.2 Состав свежего заряда

Масса свежего заряда

= 1кг бензина (паров) + 16,5 кг воздуха = 17,5 кг.

Массовая доля паров бензина

Массовая доля воздуха

.

Молекулярная масса свежего заряда из формулы (4):



2.2 Для расчета теплоемкости свежего заряда

учитывая малое содержание паров бензина в смеси, можно использовать формулу для теплоемкости воздуха (с достаточной для инженерной практики точностью).

Среднее значение молярной теплоемкости для изохорического процесса в интервале температур 0 - Т рассчитывается по формуле

= 20160 + 1,74 Т (5)

Отсюда легко получить формулу для расчета средней теплоемкости в заданном интервале температур.

Известно, что

(6)

где - среднее значение теплоемкости в интервале температур (Т1;Т2);

- среднее значение теплоемкости в интервале температур (0;Т).

Если записать линейную зависимость от Т в виде = А + ВТ, то получим

(7)

и окончательно

, (8) где .

Теплоемкость свежего заряда (задаемся значением Т2 = Т1+365=700К), по формуле (8):

Значение удельной теплоемкости вычисляется по формуле (Задаваясь значением Т2)

(9)

2.3 Показатель адиабаты для процесса сжатия

Газовая постоянная для свежего заряда вычисляется по формуле

(10)

Среднее значение теплоемкости при постоянном давлении

(11)

Показатель адиабаты для процесса сжатия

(12)

2.4 Показатель политропы для процесса сжатия равен

(13)

0,007;

Теперь можно определить все параметры в точке 2

Объём в процессе сжатия равен: (14)

Давление в процессе сжатия: (15)

Температура процесса сжатия: (16)

Из формул (14), (15), (16) соответственно:

Полученной значение Т2 достаточно хорошо совпадает с первоначально заданным значением (700К).



3.Расчет процесса сгорания

3.1 Состав продуктов сгорания

Из основных реакций при горении топлива следует также, что в результате реакций на 1кг С приходится

а на 1кг Н приходится

Учитывая эти соотношения, состав продуктов сгорания бензина будет следующий:

Подставив значения, получим:

Общая масса продуктов сгорания (кг):

Мп.с.= 3,67С + 9Н + 0,77М0 + (? - 1) М0, (17)



Подставив численные значения в формулу (17), получим:

Мп.с.= 17,5 кг.

Массовые доли составляющих продуктов

(18)

(19)

(20)

(21)

Подставив значения в формулы (18), (19), (20), (21) соответственно получим:

3.2 Молярная масса продуктов сгорания вычисляется по формуле

(22)

3.3 Средняя в интервале температур (0; Т) мольная теплоемкость продуктов сгорания

Среднюю мольную теплоемкость в интервале температур (0;,Т) будем рассчитывать по формуле:

для ? ? 1, (23)

где

Задаемся значением Т3 = 2925 К, и делаем расчет по формуле (23) т.к. g=1,1:

(24)

3.4 Параметры в конце процесса сгорания

Температура в конце сгорания вычисляется по формуле



(25)

где - коэффициент подвода теплоты, его значение для карбюраторного двигателя берем равным 0,86;

- учитывает меньшее выделение теплоты при ? ? 1 ( берем равным 1)

Полученной значение Т3 достаточно хорошо совпадает с первоначально заданным значением (Т3= 2925К)

Давление в процессе сгорания:

(26)



4.Расчет процесса расширения продуктов сгорания

двигатель сгорание теплота

4.1 Показатель адиабаты

Задаемся значением температуры в конце процесса расширения

(27)

Задаемся значением Т4 = 1300К, тогда по формуле (27):

Вычисление средних значений молярных теплоемкостей (в интервале температур) производится по формуле (23):

Удельная теплоемкость вычисляется по формуле (24):

Среднее значение теплоемкости при постоянном давлении:

(28)



Показатель адиабаты для процесса сгорания:

(29)

4.2 Показатель политропы

n2 =k2+ (30)

n2 =1,25+0,007=1,257

4.3 Параметры в конце расширения

Объем в конце расширения:

(31)

Давление в конце расширения из формулы (31):

(32)

Подставив значения в формулу (32) получим:



Температура в конце расширения Т4 находится из уравнения состояния идеального газа:

(33)

Полученной значение Т4 не достаточно хорошо совпадает с первоначально заданным значением

Делаем еще одно приближение (задаемся значением Т4= 1500)

2.

n2 =1,25+0,007=1,257

Полученное значение Т4 хорошо совпадает с заданным, поэтому приближение больше не нужно.



5. Энергетические характеристики цикла

5.1 Теплота и работа в процессе сжатия

(34)

(35)

5.2 Теплота и работа в процессе расширения

(36)

(37)

5.3 Полезная работа

(38)

5.4 Доля отведенной теплоты в процентах

(39)

5.5 Теплота, отведенная в процессе (4-1)

(40)

Среднее значение молярной теплоемкости вычисляется по формуле (23):

Удельную теплоемкость найдем по формуле (24):

Подставив значения в формулу (40) получим теплоту, отведенную в

процессе 4-1:

Общее количество полученной энергии в цикле

(41)

5.6 Общий баланс энергии в цикле

Проводится сопоставление количества теплоты, выделившейся в процессе сгорания 1кг свежего заряда q2,3 и суммы полезной работы и отведенной теплоты qИ. Совпадение этих величин указывает на правильность проведенных вычислений. При несовпадении этих величин следует подсчитать относительную величину дисбаланса в %. При ошибке большей пяти процентов все расчеты следует проверить.

Количество теплоты, выделившейся при сгорании 1кг свежего заряда

(42)

Подставив значения в формулу (42) получим:

Дисбаланс находим по формуле

(43)



5.7 Среднее теоретическое индикаторное давление

(44)

Среднее индикаторное давление представляет собой некоторое условное постоянное давление, при воздействии которого на поршень в течение одного хода совершается работа, равная работе за цикл. Этот параметр характеризует напряженность работы двигателя.

Действительная индикаторная диаграмма меньше теоретической за счет отличия действительных процессов от теоретических. Уменьшение площади индикаторной диаграммы можно учесть с помощью коэффициента полноты диаграммы 0,92 - 0,97 (берем равным 0,95), а механические потери относительным механическим КПД м = 0,95 - 0,99 (берем равным 0,97).

Среднее эффективное давление цикла

(45)

Обычные значения pe составляет (0,6 - 1,1) МПа (для карбюраторных ДВС).



5.8 Термический КПД цикла

(46)



6. Геометрические характеристики двигателя

6.1 Рабочий объем цилиндра

, (47) где z - число цилиндров, ф = 4 - тактность, n - число оборотов в секунду, Pе - эффективная мощность двигателя (кВт), pe - среднее эффективное давление цикла (Па).

6.2 Определение диаметра цилиндра и рабочего хода поршня

При заданном значении S/D = в (берем равным 1).

(48)



Рис.1 Цикл карбюраторного двигателя

Vh-рабочий объём цилиндра; Vc-рабочий объём камеры сгорания; процесс 1-2-сжатие рабочей смеси; процесс 2-3-сгорание рабочеё смечи; процесс 3-4-расширение продуктов сгорания: процесс 4-1-отвод теплоты



Список использованной литературы

1. СТП СГУПС 01.01.-2000. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2000. 41с.

2. Теория двигателей внутреннего сгорания / Под ред. Н. Х. Дьяченко. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд., 1974. С 132.

Размещено на Allbest.ru