Тепловой и динамический расчет двигателя (прототип ЗиЛ-509)

1 Тепловой  расчет двигателя

 

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

 

Для заданного двигателя принимаем  АИ-80 (температура окружающего воздуха 0 °С и выше).

Низшая теплота сгорания топлива:

                (1.1)

 

где C=0,855 кг, H=0,145кг, O=0 кг – массовые доли углерода, водорода и кислорода

                                                                     в 1 кг топлива

    

 

 

1.2 Определение параметров рабочего тела

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма топлива:

 

                                                                                                                   

                                                                                                                                 (1.2)

 

 

                               (1.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество свежего заряда:

   

                                                                                                                 (1.4)

 

где α – коэффициент избытка воздуха  

 

 

 

Количество отдельных компонентов  продуктов сгорания топлива:

         оксида  углерода

 

  

углекислого газа

                                                                                                           

                                                                                                                                      (1.5)

 

   водяного пара

                                                                                                                                (1.6)

 

 

   водорода

                                                                                                                                     (1.7)

 

 

    азота

                                                                                                                                (1.8)

 

 

Общее количество продуктов сгорания:

                                                                                                                                (1.9)

 

                                                                    

1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

 

Так как двигатель без наддува, то параметры окружающей среды принимаем равными

                                                                                                                      

 

Температура остаточных газов: ТГ =1000 К

Давление остаточных газов:

 

                                                                                                                                    (1.10)

 

 

1.4 Расчет параметров процесса впуска

 

Давление заряда в конце  впуска – начале сжатия:

                                                                                                                                    (1.11)

 

где Δра - потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания

               скорости движения заряда в  цилиндре                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

 

Величина Δра  определяется из уравнения Бернулли:

 

                                                                                                                                           (1.12)

 

где β - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом

            сечении цилиндра;                                                                                                                                                                                                                                     

     ξВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее

             узкому ее сечению;

    ωВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной

               системы, м/с;

 ρК – плотность заряда на впуске, кг/м³

 

Плотность заряда на впуске:

                                                                                                                                           (1.13)

 

 где RВ =287 Дж/(кг град) – удельная газовая постоянная воздуха 

 

 

                          

Принимаем:

 

                        

Тогда

 

                          

                                                            

 

Величина ра при четырехтактном рабочем цикле должна лежать в пределах:

                                                                                                                                           (1.14)

                                                                   

 

Коэффициент остаточных газов:

                                         

                                                                                                                                                  (1.15)

 

где ΔТ - температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками    

             впускного  трубопровода и цилиндра;

       ε – степень сжатия

 

Принимаем: ΔТ = + 10°

 

 

                               

Температура заряда в конце процесса впуска:

                                                                                                                                         (1.16)

                                        

 

                                       

Коэффициент наполнения:

                                                                                                                                         (1.17)

 

 

 

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

 

Давление и температуру конца  процесса сжатия определяем из уравнения  политропы с постоянным показателем n1 :

                                                                                                                                                (1.18)

                                                                                                                                                                  

                                                                                                                                                (1.19)

 

где n1 – показатель политропы сжатия

 

Принимаем: n1 =1,36

 

 

                                             

 

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

 

Температуру в конце видимого сгорания определяем путем решения уравнения  сгорания:

                                                                                                                                          (1.20)

 

где ξz - коэффициент использования теплоты;

      Нраб.см - теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см;

      (mcV )c - средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объе-

                    ме, КДж/кмоль град;

      (mcp )z - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давле-

                    нии, КДж/кмоль град;

       μ – действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси;

       λ – степень повышения давления

 

Теплота сгорания рабочей смеси:

                                                                                                                                           (1.21)

 

                     

 

 

 

 

Средняя мольная теплоемкость свежего  заряда:

                                                                                                                                           (1.22)

 

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

                                                                                                                                           (1.23)

 

  

 

Действительный коэффициент молекулярного  изменения рабочей смеси:

                                                                                                                                           (1.24)

 

 

                                       

Принимаем коэффициент использования теплоты:

        ξz = 0,91;

Подставляя все полученные значения в уравнение (1.20) получаем:

                                        

 

После умножения получаем

 

 

Решая полученное уравнение определяем температуру в конце видимого сгорания:

 

 

Теоретическое давление в конце видимого сгорания:

 

                                                                                                                                            (1.25)

                                                      

 

Действительное давление:

                                                                                                                                            (1.26)

 

Степень повышения давления:

 

                                                                                                                                            (1.27)

 

 

1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска

 

Давление  и температура конца  процесса расширения:

                                                                                                                                           (1.28)

 

                                                                

                                                                                                                                                 (1.29)

 

где n2 – показатель политропы расширения;

Принимаем: n2 =1,3

                           

Тогда

 

 

 

 

 

Правильность предварительного выбора температуры остаточных газов проверяем  с помощью выражения:

                                                                                                                                                  (1.30)

 

 

 

 

 

 

 

Расхождение между принятой величиной ТГ и вычисленной