1

1.2. Тепловой расчёт цикла модернизируемого дизеля

В качестве топлива для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо следующего элементарного состава:

– углерода C – 86%;

– водорода H – 13%;

– кислорода O – 1%.

Низшая теплотворная способность топлива принимается равной:

ккал/кг кДж/кг.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяется по формуле:

моль/кг.

Коэффициент избытка воздуха при горении для двигателя с неразделенной камерой сгорания принимается равным .

Действительное количество воздуха в цилиндре на 1 кг топлива:

моль/кг.

Количество продуктов сгорания 1 кг топлива:

моль/кг.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

Для более правильного выбора средней скорости поршня, величину которой необходимо знать для дальнейшего расчета цикла, производим предварительное определение основных размеров двигателя.

Диаметр цилиндра определяется по формуле:

м,

где л.с. – номинальная эффективная мощность двигателя;

кгс/см² МПа – среднее эффективное давление;

об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала;

– коэффициент, учитывающий тактность двигателя;

– число цилиндров;

Ход поршня будет равен:

м.

Средняя скорость поршня:

м/сек.

Для дальнейших расчётов принимаю:

– давление и температура наружного воздуха – кгс/см² МПа; К;

– среднее значение показателя политропы сжатия – ;

– среднее значение показателя политропы расширения – ;

– отношение площади сечения цилиндра к площади проходного сечения впускного клапана – ;

– cтепень сжатия – ;

– давление воздуха после нагнетателя – кгс/см² МПа.

Средняя скорость протекания воздуха в проходном сечении впускного клапана равна:

м/сек.

Температуру наддувочного воздуха определяют по формуле:

К,

где – адиабатный КПД компрессора.

Для снижения температуры наддувочного воздуха устанавливаем холодильник. Принимаем:

К.

Давление в начале сжатия при работе двигателя с наддувом, определяется по формуле:

кгс/см² МПа,

где – коэффициент, учитывающий вредные сопротивления во впускном тракте.

Температура воздуха в начале сжатия:

К,

где К – величина подогрева воздуха от стенок рабочего цилиндра;

К – температура остаточных газов;

– коэффициент остаточных газов.

Давление и температура в конце сжатия определяются по формулам:

кгс/см² МПа;

Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле:

Эффективный КПД двигателя определяется по формуле:

Удельный эффективный расход топлива равен:

кг/(э.л.с..ч) кг/(кВт.ч).

Действительный коэффициент молекулярного изменения будет равен:

Количество молей смеси свежего заряда воздуха с остаточными газами до горения равно:

моль/кг.

Количество молей продуктов сгорания 1кг топлива:

– водяных паров:

моль/кг;

– углекислого газа:

моль/кг;

– кислорода:

моль/кг;

– азота:

моль/кг.

Их сумма:

моль/кг.

Средняя мольная изохорная теплоёмкость воздуха в интервале температур от 0 до будет равна:

ккал/моль.град кДж/(моль.град).

Средняя мольная изобарная теплоёмкость смеси продуктов сгорания 1кг топлива определяется по формуле:

где моль.

Температура в конце сгорания определяется из уравнения:

В целях упрощения расчета для двигателей с небольшим коэффициентом остаточных газов можно принять, что теплоёмкость остаточных газов, обозначенная в уравнении сгорания , равна теплоёмкости воздуха, и приняв , уравнение сгорания примет упрощённый вид:

Степень повышения давления при сгорании , входящая в уравнение сгорания, определяется в зависимости от принимаемой величины максимального давления цикла .

Принимаем:

кг/см² МПа.

Тогда:

Также принимаю:

ккал/кг кДж/кг;

Таким образом, получается квадратное уравнение относительно :

К.

Степень предварительного расширения:

Температура и давление в конце расширения определяются с учётом по формулам:

кгс/см² МПа.

Среднее индикаторное давление расчётного цикла определяю по формуле:

кгс/см² МПа.

Учитывая неполноту индикаторной диаграммы, среднее индикаторное давление будет равно:

кгс/см² МПа,

где – коэффициент полноты диаграммы.

Принимаем механический КПД дизеля:

Определяем среднее эффективное давление:

кгс/см² МПа.

Удельный индикаторный расход топлива определяется по формуле:

кг/(и.л.с..ч) кг/(кВт.ч).

Удельный эффективный расход топлива:

кг/(э.л.с..ч) кг/(кВт.ч).

Соответственно индикаторный и эффективный КПД будут равны:

;

где 632 – тепловой эквивалент работы 1 л.с. в течение часа.

Окончательное значение диаметра цилиндра двигателя определяется по формуле:

м.

Окончательно принимаем:

мм.

Тогда длина хода поршня:

м мм.

Следовательно:

Среднее значение тепловой нагрузки цилиндра можно определить по формуле:

ккал/(м².ч) кВт/м².

где – коэффициент, показывающий, какая часть выделенного в цилиндре тепла передаётся охлаждающей жидкости.

При газотурбинном наддуве двигателя, когда турбонаддувочный агрегат кинематически не связан с валом двигателя, мощность газовой турбины, работающей на отработавших газах двигателя, равна мощности наддувочного компрессора.

Расход воздуха двигателем:

кг/сек,