Тепловые двигатели и нагнетатели. Ляшков В.И. - 40 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

идеализируют, заменяя, как это объяснялось выше, процессы газообмена в цилиндре изохорным процессом
отвода тепла. Сложные процессы, протекающие при сгорании топлива, заменяют суммой двух простых: изо-
хорным и изобарным процессами подвода теплоты. Процессы сжатия и расширения предполагаются проте-
кающими без теплообмена, т.е. адиабатически, потери теплоты в стенки цилиндра и поршня в процессе сгора-
ния топлива тоже не учитываются, принимаются также еще ряд других упрощений. Термодинамический расчёт
по такой модели позволяет определить теоретическую работу, совершаемую двигателем, количество подведён-
ного за цикл тепла и термический КПД цикла, характеризующий его термодинамическую эффективность. При
этом в расчёт включаются приведённые ранее основные безразмерные характеристики цикла.
Ориентируясь на прототип или среднестатистические значения этих безразмерных характеристик, рассчи-
тывают параметры всех характерных точек идеализированного цикла, работу за цикл и термический КПД цик-
ла. При таких упрощениях величина термического КПД рассчитывается по формуле [3]:
)]1()1[(
1
1
1
−ρλ+−λε
−λρ
−=η
−
k
k
k
t
,
где k – показатель адиабаты рабочего тела.
Для теоретической работы в идеализированном цикле на основании известных термодинамических соотно-
шений можно получить следующую расчётную формулу [18]:
ε
−−
δ
−λρ
−
+−ρλ=
−− 11
33
1
1
1
1
1
1
)1(
kk
i
k
VpL
,
где δ = ε /ρ – степень последующего расширения в цилиндре.
Для карбюраторных машин ρ = 1, а для машин, работающих по циклу Дизеля λ = 1, и приведённые форму-
лы соответственно упрощаются.
При более точных инженерных расчётах (второй подход) процессы газообмена (всасывание рабочего тела
и выталкивание продуктов сгорания) рассчитываются с учётом реальных особенностей этих процессов и, в пер-
вую очередь, считая, что они проходят по закону политропы. Понятно также, что из-за гидравлических сопро-
тивлений и дросселирования потока во всасывающем тракте не удаётся заполнить цилиндр свежим зарядом
массой m
т
= V
h
ρ. Поэтому при расчётах вводится коэффициент наполнения цилиндра η
ν
= m
д
/ m
т
, и расчёт ведут
по m
д
. Аналогично при организации газообмена не удаётся полностью удалить из цилиндра дымовые газы, и
какая то часть их остаётся после выталкивания в камере сгорания. Отношение массы остаточных газов к массе
свежего заряда, поступившего в цилиндр, называют коэффициентом остаточных газов η
γ
= m
ог
/ m
д
.
Наполнение цилиндра и параметры в конце этого процесса зависят ещё от степени нагрева заряда в ре-
зультате теплообмена с нагретыми деталями двигателя и подмешивания достаточно горячих остаточных газов.
Величина этого подогрева лежит в пределах 10…40 °С (большие значения у карбюраторных машин с чугунны-
ми поршнями, меньшие – у дизельных с алюминиевыми поршнями).
Чтобы учесть внешние и внутренние потери в процессах сжатия и расширения, их рассчитывают как неко-
торые политропные со средним за процесс показателем политропы n
cж
. Так, величину показателя политропы
сжатия рекомендуется определять по эмпирической формуле в зависимости от частоты вращения коленчатого
вала n в об/мин [14]:
)/100(41,1
сж
nn
−
=
.
Интервал значений n
cж
лежит в пределах 1,32…1,39.
Процессы сгорания рассчитывают по упрощённым моделям (как изохорный и изобарный процессы), но с
учётом зависимости теплоёмкости от температуры и вводя коэффициент использования тепла ψ (ψ =
0,7…0,85), учитывающий, что только часть выделяемого при сгорании тепла идёт на нагрев газов и совершение
работы, а часть (1 – ψ) через стенки цилиндра и крышку цилиндра передаётся охлаждающей воде и уходит в
окружающую среду, включая и ту часть, которая передаётся через днище поршня и тоже отдаётся затем окру-
жающей среде.
При расчётах процесса расширения учитывают, что масса дымовых газов больше массы воздуха в конце
процесса сжатия на величину массы впрыснутого топлива. Для этого используется коэффициент молекулярного
изменения, представляющее собой отношение средних молекулярных масс рабочего тела до и после сгорания ξ
= µ
п с
/ µ
д с
(обычно ξ = = 1,02…1,05). При расчётах учитывается также, что расширение заканчивается до НМТ
и что в течение процесса расширения происходит теплообмен со стенками цилиндра. В начале процесса темпе-
ратура газов намного выше температуры стенки и теплота отдаётся от газов в стенку. В соответствии с прави-
лом адиабаты эту часть процесса можно представить некой политропой с показателем n < k. По мере расшире-
ния температура газа уменьшается и, когда она приближается к температуре стенки, небольшая часть процесса
протекает адиабатно при n = k. По мере дальнейшего уменьшения температуры направление теплообмена меня-

Страницы