Общее количество продуктов сгорания
, кмоль/кг.
Химический коэффициент молекулярного изменения
.
3.1.2. Параметры окружающей среды и остаточных газов.
Принимаем атмосферные условия: давление окружающей среды p0=0,1 МПа, температура окружающей среды T0=293 К.
Давление остаточных газов:
pr=1,15p0.
Предварительно следует принять температуру остаточных газов из интервала Tr=900...1200 К.
3.1.3. Давление pa и температура Ta в конце процесса впуска.
Плотность заряда на впуске
p0= p0×106/(RвT0), кг/м3.
Потери давления на впуске Dpа подсчитывают по формуле (2.7), приняв вместо pk значение p0. Тогда давление в конце впуска определится по формуле (2.6).
Коэффициент остаточных газов gr определяется по формуле (2.8), приняв вместо Tk значение T0. Коэффициент наполнения hv подсчитывается по формуле (2.10).
Температура Ta в конце впуска определяется по формуле (2.9).
3.1.4. Давление pc и температура Tc в конце сжатия.
Расчет рс и Tс производится по формулам (2.11) и (2.12). Показатель политропы сжатия выбирается в пределах n1=1,33...1,38. Чем выше скорость поршня, тем больше n1.
3.1.5. Давление pz и температура Tz в конце сгорания
(расчет процесса сгорания).
Давление pz в конце сгорания
, МПа,
где b0 - расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.
,
где Mz= M2 + Mr - число молей газов после сгорания;
Mc= M1 + Mr - число молей газов в конце сжатия до сгорания;
Mr - число молей остаточных газов (Mr=agrL0).
Температура Tz определяется из уравнения
, (3.1)
где - средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания жидкого топлива;
mCv - средняя мольная теплоёмкость свежего заряда при постоянном объеме;
xТ - коэффициент использования теплоты (для карбюраторных двигателей xТ=0,85...0,95);
Hu - низшая теплота сгорания: для бензина Hu=43900 кДж/кг;
DHu - потеря теплоты в связи с неполнотой сгорания из-за недостатка кислорода при a<1, определяемая по формуле
DHu=119950(1-a)L0, кДж/кг.
Значения и mCv находятся из уравнений:
= (18,42+2,61a)+(15,4+13,83a)×10-4Tz, кДж/кмоль×град;
=20,16+1,738×10-3Tc, кДж/кмоль×град.
Остальные величины, входящие в уравнение (3.1), известны из предыдущих расчетов. После их подстановки и преобразований уравнение (3.1) приводится к квадратному уравнению вида (2.15 а) и определяется температура в конце сгорания Tz.
3.1.6. Давление pb и температура Tb в конце расширения.
Значения pb и Tb вычисляются по формулам (2.18) и (2.19). Для современных карбюраторных двигателей показатель политропы расширения n2=1,23…1,30, а степень предварительного расширения r=1. Оценка правильности выбора температуры Tr проверяется по формуле (2.20).
3.2. Построение и анализ индикаторной диаграммы.
Теоретическая индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя (рис. 3.1) строится в координатах p-V по методике, приведенной для дизелей. При этом учитывается, что у карбюраторных двигателей степень предварительного расширения r=1. Рекомендуемые масштабы: 1мм=0,025 МПа; 15...20мм = Vc.
Рис. 3.1. Теоретическая индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя.
Из построенной индикаторной диаграммы находится теоретическое индикаторное давление p’i. Полученное значение проверяется аналитическим путем
. (3.2)
Точность построения индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности (2.22), величина которого не должна превышать 3...5%, в противном случае необходимо повысить точность построения индикаторной диаграммы путем увеличения количества промежуточных точек диаграммы.
Дальнейший расчет основных размеров двигателя и показателей его топливной экономичности проводится по методике, приведенной для дизельных двигателей.
Результаты теплового расчета двигателей и его основных размеров заносится в таблицу по форме, приведенной при расчете дизеля.
3.3.Особенности теплового расчета двигателя, работающего
на газообразном топливе.
Методика расчета параметров впуска и выпуска газовых двигателей не отличается от рассмотренных выше. Значения p0, T0 принимаются такими же, как и для бензиновых двигателей. Величина Tr=750...1000 K, а e=7...8,5. Параметры конца впуска pа и Tа подсчитываются по формулам (2.6) и (2.9). Коэффициенты наполнения hv и остаточных газов gr - по формулам (2.10) и (2.8).
В качестве топлива для газовых двигателей используются сжиженные газы: СПБТЛ - смесь пропана и бутана техническая летняя и СПБТЗ - зимняя, хранящиеся под давлением 2 МПа. Основными компонентами этих смесей являются: пропан C3H6 (Hu=85500 кДж/м3) и бутан C4H10 (Hu=112000 кДж/м3), октановое число которых составляет 90...98. До 6% (по массе) в составе смеси могут присутствовать и другие газы: метан CH4 (Hu=35000 кДж/м3), этан и этилен. Теоретическое количество воздуха в молях, необходимое для сгорания 1 моля газового топлива
,
где Cn, Hm, Or - объемная доля данного компонента в газообразном топливе.
Для сжиженного газа, содержащего 52% пропана C3H8 и 48% бутана C4H10 (смесь СПБТЛ, Hu=98220 кДж/м3), r=0, а
.
Количество свежего заряда (горючей смеси) определяется по формуле:
.
Коэффициент избытка воздуха для газовых двигателей a=1...1,3.
Количество молей продуктов сгорания (при a³1)
М2=М1+DМ;
.
Для сжиженного газа принятого состава DM=1,24.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси
b0=M2/M1,
а коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси определяется по формуле
.
В уравнении сгорания (3.1) теплота сгорания должна быть отнесена к 1 молю газообразного топлива. Значение Hu, отнесенной к 1м3 топлива следует умножить на 22,4 (объём одного киломоля топлива составляет 22,4 м3). Уравнение сгорания для газовых дизелей принимает вид
.
Значение коэффициента использования теплоты xТ для газовых двигателей принимается в пределах 0,80...0,85, а значения теплоёмкостей свежего заряда и продуктов сгорания определяются по формулам для карбюраторных (бензиновых) двигателей.
При расчёте параметров в конце расширения значение показателя политропы расширения для газовых двигателей выбирается в пределах n2=1,25...1,30.
Индикаторный КПД газового двигателя определяется по формуле
,
здесь Hu - в МДж/м3.
Индикаторный удельный расход газового топлива:
, м3/(кВт×ч,)
а индикаторный удельный расход теплоты
gi=Vi×Hu, МДж/(кВт×ч).
Соответствующие эффективные показатели Vi и gi определяются путем деления индикаторных показателей на механический КПД, величина которого для газовых двигателей выбирается в пределах hm=0,76...0,85. Эффективный удельный расход теплоты gi для современных газовых двигателей находится в пределах 12...17 МДж/(кВт×ч).
Остальные параметры, не упомянутые в данном разделе, для газовых двигателей рассчитываются по методике расчета карбюраторных (бензиновых) двигателей.