Определение параметров двигателя

 

4.1. Результирующая работа цикла

Как было установлено ранее, механическая работа совершается в трёх термодинамических процессах цикла – в политропном сжатии рабочего тела, в процессе адиабатического расширения и в политропном расширении рабочего тела. Результирующая механическая работа цикла – это алгебраическая сумма указанных работ (работа сжатия отрицательна, т.к. она производится окружающей средой над рабочим телом).

Wрез = Wa-c + Wc-y+ Wy-z + Wz-b + Wb-a = Wa-c + Wy-z + Wz-b 4.1

 

4.2. Суммарная тепловая энергия цикла

Во всех термодинамических процессах, составляющих цикл, рабочее тело обменивается энергией в тепловой форме с окружающей средой. В изохорном процессе c-y и в изобарном процессе y-z теплота подводится к рабочему телу. В этих процессах тепловая энергия положительна. В изохорном процессе b-a теплота отводится от рабочего тела и эта теплота имеет отрицательный знак. В политропных процессах сжатия и расширения тепловая энергия, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда, может быть и положительной и отрицательной (знак тепловой энергии определяется соотношением показателей политроп и адиабат процессов). Суммарная удельная тепловая энергия, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда за цикл, равна алгебраической сумме значений удельной теплоты во всех термодинамических процессах

 

Σq = qa-c + qc-y + qy-z + qz-b + qb-a, 4.2

 

а суммарная полная тепловая энергия равна

 

ΣQ = Nмол*Σq, 4.3

 

где количество молей вещества “Nмол” в одном цилиндре двигателя определяется из уравнения состояния идеального газа 3.2.

Т.к. в контрольной работе рассчитывается замкнутый термодинамический цикл, то из первого закона термодинамики следует, что результирующая работа цикла равна суммарной тепловой энергии, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда. Это позволяет студенту проконтролировать точность выполненных расчётов!

 

4.3. Термический коэффициент полезного действия цикла

Удельная тепловая энергия, подведенная к рабочему телу из окружающей среды – qподв, определяется по уравнению 4.2, в котором следует оставить только лишь положительные слагаемые. Тогда, полная тепловая энергия, подведенная к рабочему телу, равна

 

Qподв = Nмол * qподв

Термический коэффициент полезного действия цикла рассчитывается на основании определения

 

η t= Wрез/Qподв 4.4

 

Это значение эффективности цикла можно оценить, сравнивая термические кпд рассчитываемого цикла и цикла Карно, реализованного в этом же диапазоне температур.

 

ηК = 1 –Ta/Tz

 

4.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя

Среднее индикаторное давление рабочего тела – это параметр, который показывает, насколько компактным может быть изготовлен двигатель. Для такой оценки следует учитывать и особенности термодинамического цикла, по которому работает двигатель, и заданные исходные данные для расчёта. По определению, среднее индикаторное давление равно

 

Pi = Wрез/(Va – Vc) = Wрез/Vh, 4.5

 

где Vh – это объём, описываемый поршнем двигателя за один ход.

В соответствии с определением 4.5: среднее индикаторное давление цикла Pi - это такое условное значение давления рабочего тела, произведение которого на описываемый поршнем объём за один ход, равно результирующей работе цикла.

Индикаторная мощность четырёхтактного двигателя может быть определена по уравнению

 

Ni = i*Wрез*(N/60/2)/1000 [кВт], 4.6

 

в которой

i– количество цилиндров двигателя;

N– частота вращения коленвала двигателя в об/мин;

N/60/2 – количество совершаемых циклов за 1 секунду в одном цилиндре двигателя (частота вращения коленвала N задана в об/мин).

 

4.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха

Принимая низшую теплотворную способность (теплоту горения) дизельного топлива равной 10400 ккал/кг и используя известные соотношения между единицами энергии, получим расход топлива в одном цилиндре двигателя за один цикл (цикловой расход топлива)

 

Gтц = Qподв/9.81/427/10400 [кг/цикл] 4.7

 

Количество воздуха, наполняющего один цилиндр двигателя за один цикл, определится из простейшего соотношения

 

Gвц = µ* Nмол /1000 [кг/цикл], 4.8

 

где µ = 28.96 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха, а Nмол – количество молей воздуха в одном цилиндре двигателя.

Учитывая, что для полного сгорания 1 килограмма дизельного топлива необходимо 14.8 килограмм воздуха [2], запишем соотношение для коэффициента избытка воздуха

 

α= Gвц/Gтц/14.8 4.9

 

Коэффициент избытка воздуха чрезвычайно важный параметр двигателя, от которого в значительной мере зависят качество горения топлива, экологические характеристики двигателя и его компактность. Студенту предоставляется возможность самостоятельно прокомментировать полученное в его варианте проекта значение коэффициента избытка воздуха.

 

4.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива

Расход топлива – Gт = Gтц*i*N*60/2 [кг/час], 4.10

 

где i*N*60/2 – количество циклов, совершаемых рабочим телом во всех цилиндрах двигателя за 1 час.

Мощность двигателя определим с учётом его механического коэффициента полезного действия и полагая, что полнота наполнения цилиндров двигателя рабочим телом учтена значением давления воздуха в начале процесса сжатия.

 

Pemax= Ni*ηм 4.11

 

Механический коэффициент полезного действия примем в соответствии с рекомендациями [2] равным ηм = 0.76. Это значение механического коэффициента полезного действия учитывает, в том числе, затраты мощности на собственные нужды, работу вентилятора системы охлаждения, зарядку аккумулятора и др.

По определению удельный расход топлива двигателя равен

 

qe = 1000*Gт/Pemax [г/кВт*час] 4.12

 

Смысл удельного расхода топлива можно трактовать двояко.

1. Удельный расход топлива тепловым двигателем – это расход, затрачиваемый на производство единицы мощности.

2. Удельный расход топлива – это количество топлива, затрачиваемого на производство 1кВт*часработы

 








Дата добавления: 2015-06-05; просмотров: 649;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.012 сек.