Судовые двигатели внутреннего сгорания

курсовая работа

1. Определение основных параметров рабочего процесса двигателя; расчёт мощности, расхода топлива, воздуха и газов двигателем

Определим давление и температуру рабочего тела в цилиндре в характерных точках индикаторной диаграммы.

Индикаторная диаграмма представляет зависимость давлений в цилиндре от его объема или угла повороте кривошипа . Характерными точками расчетной индикаторной диаграммы являются:

начало сжатия рабочего тела;

конец сжатия и начало сгорания;

конец сгорания и начало расширения;

конец расширения рабочего тела.

На рисунке 1 приведена схема расчетной индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя.

Рисунок 1. Расчетная индикаторная диаграмма для четырехтактного двигателя.

Точка всегда соответствует наименьшему объему цилиндра определяемому положением поршня в верхней мертвой точке (в.м.т.) положения поршня.

Определим объемы цилиндра, соответствующие точкам с индикаторной диаграммы.

Рабочий объем цилиндра в

где подставляются в ;

Геометрическая степень сжатия е есть отношение:

Действительная степень сжатия есть отношение объема цилиндра, соответствующего положению поршня в момент закрытия органов газораспределения, к наименьшему объему цилиндра:

Из выражения для е определяем объем камеры сжатия в

где задано = 16,5 (см. исходные данные).

Для двухтактного двигателя доля потерянного хода ц на процессы газообмена определяется из соотношения, связывающего геометрическую е и действительную степени сжатия:

где задано = 13,5 (см. исходные данные).

Определяем объемы цилиндра, соответствующие точкам а и в:

.

При расчете рабочего процесса используют много опытных коэффициентов. Поэтому соответствие между опытными и расчетными данными будет существенно зависеть от выбора этих коэффициентов.

Давление в начале сжатия по опытным данным принимают

где расчитано (смотреть задание).

Коэффициентом остаточных газов г называют отношение количества газов к свежему заряду .

Температура рабочего тела в начале сжатия

где температура воздуха перед впускными органами дизеля, К ); =0,10 - задан (см. исходные данные).

По опытным данным можно принять:

(см. методические указания)

(см. методические указания)

Коэффициентом наполнения называют отношение действительного количества воздуха, поступающего в цилиндр к началу сжатия, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме при параметрах воздуха перед впускными органами давлении и температуре .

Коэффициент наполнения для двухтактного двигателя определяется из выражения

Определяем коэффициент наполнения для двухтактного двигателя, отнесенный к рабочему объему цилиндра.

Как следует из определения, коэффициент наполнения двухтактного двигателя учитывает параметры рабочего тела в начале сжатия ().

Давление и температуру рабочего тела в конце сжатия (точка ) определим по формулам:

где степень сжатия геометрическая ;

средний показатель политропы сжатия (.

Параметры конца сгорания (точка ) характеризуются давлением и температурой при этом значение =15 (см. исходные данные). Прежде чем определить температуру , необходимо вычислить некоторые характерные величины, относящиеся к процессу сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха в к/молях для сгорания 1 кг топлива .

Количество газов в к/молях, образующихся при сгорании 1 кг топлива заданного состава с теоретически необходимым количеством воздуха ().

где содержание углерода и водорода в топливе (см. исходные данные).

Количество воздуха в кмолях, расходуемого на сжигание 1 кг топлива,

где коэффициент избытка воздуха для сгорания (см. исходные данные).

Количество продуктов сгорания в кмолях, образующихся при сгорании 1 кг топлива с заданным коэффициентом избытка воздуха,

Объемные доли газов и избыточного воздуха в продуктах сгорания

Коэффициент молекулярного изменения при сгорании топлива

Действительный коэффициент молекулярного изменения

где задан (см. исходные данные).

Степень повышения давления при сгорании

где задано (см. исходные данные),

Температура рабочего тела в конце сгорания определяется из уравнения сгорания

где универсальная газовая постоянная, ;

средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме для продуктов сгорания в точке ;

коэффициент эффективного выделения тепла до точки (см. исходные данные);

низшая теплота сгорания топлива (см. исходные данные);

средняя молярная теплоемкость при постоянном объеме для воздуха и остаточных газов в точке , кДж/(кг);

температуры рабочего тела в точке , , К;

Для вычисления теплоемкостей используют следующие их зависимости от температуры :

Воздух

"чистые" продукты сгорания ()

В эти формулы значения температур подставляют для тех точек (), в которых вычисляют теплоемкости.

Теплоемкости и определяем из соотношений: при и

Так как зависит от температуры то уравнение решаем методом приближений со сходимостью

Вычисляем при температуре

Обозначаем правую часть уравнения через D, тогда

Примем первое приближение

Тогда

Проверяем сходимость

т.е. сходимость обеспечивается и

После вычисления определяем степень предварительного расширения

Так как по определению степень предварительного расширения

Заданное значение и расчетные значения и полностью определяют параметры, и положение точки в координатах давление -объем .

Давление и температура рабочего тела в конце расширения (точка ) определяются из соотношения :

степень последующего расширения продуктов сгорания

где геометрическая степени сжатия, ;

средний показатель политропы расширения.

По опытным данным Величина зависит от интенсивности охлаждения цилиндра и его газоплотности.

После определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Средним индикаторным давлением называют отношение работы газов за цикл к рабочему объёму цилиндра для двухтактного двигателя.

Геометрическая интерпретация (рисунок 2): среднее индикаторное давление соответствует высоте прямоугольника, основанием которого служит полезный объём цилиндра, при этом площадь прямоугольника равновелика площади индикаторной диаграммы .

Рисунок 2. Геометрическая интерпретация для двухтактного двигателя.

Расчетное среднее индикаторное давление в МПа определим по формуле

где действительная степени сжатия, принимаемые в зависимости от тактности двигателя ();

при ;

Среднее индикаторное давление действительного цикла меньше расчетного вследствие наличия скруглений в точках индикаторной диаграммы и в конце расширения.

Поэтому

двигатель коленчатый вал форсунка

Где коэффициент полноты диаграммы.

По опытным данным значения принимают для двухтактного двигателя

Индикаторная мощность двигателя в кВт

где выражено в .

Индикаторным КПД (в цилиндре) называют отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу, к затраченному количеству теплоты.

Удельный индикаторный расход топлива

Эффективные мощность в кВт, КПД удельный расход топлива в определим из выражений:

где задан (см.исходные данные).

Если расчеты рабочего цикла произведены внимательно и удачно выбраны опытные коэффициенты, то расчетные значения эффективной мощности и удельного расхода топлива должны быть близки с точностью .

Часовой расход топлива дизеля в кг/ч

Расход воздуха дизелем в кг/ч

где коэффициент продувки (см. исходные данные).

Количество отработавших газов в кг/ч

Делись добром ;)