Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементтов конструкции тепловозного двигателя

где РS` - давление наддувочного воздуха в МПа.

M1ц=(0,1463*0,0057*0,809*106)/(287*370)=0,0063 (кг)

Масса рабочего тела в цилиндре в конце наполнения:

, кг

Мац=((0,0057+0,00024)*0,147/(0,128*390))*106=17,5 кг.

Давление воздуха в конце сжатия:

, МПа (28)

Pc=0,147*24,61,34=10,74 Мпа.

Температура воздуха в конце сжатия:

, К (29)

Tс=390*24,60,34=1159 K.

По условию возможности надежного самовоспламенения топлива значение температуры ТС должно быть не менее 750 К.Условие самовоспламенения выполняется.

2.3. Процесс сгорания

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры ТZ и давления РZ рабочего тела в точке расчетной индикаторной диаграммы и степени предварительного расширения .

При расчетах рабочего цикла весовой состав дизельного топлива по химическим элементам принимается:

углерода С = 0,86, водорода Н = 0,13 и кислорода О = 0,1.

Коэффициент избытка воздуха  оказывает непосредственное влияние на качество процесса сгорания топлива, а, следовательно, и на величину индикаторного КПД двигателя. Для дизелей с наддувом при определенных значениях коэффициента избытка воздуха удельный расход топлива достигает минимального значения.

Ориентировочно можно принимать, что расчетная величина коэффициента избытка воздуха находится в пределах для комбинированных двигателей

 =2,2,

Определяем цикловую подачу топлива:

, кг/цикл (30)

ġц=0,0063/2,2*14,35=0,0001 кг/цикл

Цикловая подача современных тепловозных двигателей находится в пределах 0,305 - 1,46 г/цикл. Для определения температуры газов в конце "видимого" сгорания топлива точка “z” расчетной индикаторной диаграммы используют уравнение сгорания:

, (31)

где xZ - коэффициент использования теплоты в точке “z”;

mCV’ - средняя молярная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, кДж/моль.К;

mCР’ - средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении в точке “z”, кДж/моль.К;

Z - расчетный коэффициент молекулярного изменения в точке “z”;

ТZ - температура рабочего тела в точке “z”, К;

L0 - количество киломолей воздуха, необходимое для сгорания I кг топлива при к = 1 (L0 = 0,486).

Так как величины теплоемкостей приближенно являются линейными функциями температуры, то уравнение (31) является квадратным относительно ТZ.

Рекомендуется следующий порядок определения величин, входящих в уравнение (31).

2.3.1. Определяют коэффициент молекулярного изменения при полном сгорании:

, (32)

β=1+((8*0,13+0,1)/32*2,2*0,468)*0,980392156=1,054

2.3.2. Выбирают значение коэффициента использования теплоты в пределах:

· для дизелей средней быстроходности x = 0,75 - 0,85;

· для быстроходных дизелей x = 0,8  0,9.

2.3.3.Выбирают коэффициент выделения теплоты ХZ в конце "видимого" сгорания. Для двигателей средней быстроходности можно принять ХZ = 0,65 - 0,9; для быстроходных дизелей ХZ = 0,75 - 0,85.

2.3.4.Подсчитывают коэффициент использования теплоты в точке Z:

, (33)

ξz=0,8*0,9=0,72

2.3.5.Коэффициент молекулярного изменения в точке Z:

, (34)

βz=(((1,054-1)*0,9)/(1+0,02))+1=1,04764

2.3.6.Выбирают значение степени повышения давления при сгорании , от которой зависят экономичность дизеля, его динамические характеристики и весовые показатели. В существующих конструкциях дизелей  колеблется в пределах 1,2 - 2,2. Для дизелей с наддувом с целью обеспечения минимальных удельных эффективных расходов топлива целесообразно на расчетном режиме вести рабочий процесс при  =1,3 - 1,8. Необходимо учитывать, что получившаяся максимальная величина давления сгорания РZне должна превосходить РZ = 12 - 14 МПа, так как при более высоких значениях РZ возрастает вес дизеля и деталей кривошипно-шатунного механизма.

2.3.7.Для определения значений средних молярных теплоемкостей свежего заряда воздуха mCV’ может быть использовано приближенное соотношение:

, (35)

mC’v=18,576+0,0025*1159=21,473

2.3.8.Определение значений средней мольной теплоемкости продуктов сгорания производится с учетом теплоемкостей смеси чистого воздуха и чистых продуктов сгорания (чпс):

, (35)

mC’’v=(21,473(2,2-0,9)+25,966*0,9)/2,2=23,311

где mCVчпс - мольная теплоемкость чистых продуктов сгорания;

(-х) - доля чистого воздуха в продуктах сгорания;

х - доля чистых продуктов сгорания, численно равная коэффициенту выделения тепла:

, (37)

mCчпсv=19,487+0,0036*1800=25,966

2.3.9.Учитывая, что:

mC’’p=8,312+23,311=31,623

из выражения (36) в точке “z” получим значение mC’’РZ:

, (38)

mC’’pz=8,312+(19,487*0,9)/2,2+(18,576(2,2-0,9))/2,2+[0,0036*0,9+0,0025(2,2-0,9)]*1800/2,2=32,571

Задаваясь в первом приближении температурой в точке Z равной 1800 К, определяют теплоемкость mC’’РZ и температуру ТZпо уравнению (31). При отклонении ТZ от 1800 К более, чем на 50 К, расчет повторяют.

Tz=59922/(1,04764*326654)=59,922/34,22157966=1751 K.

Температура ТZнаходится в пределах 1750  1950 К.

Более высокие значения ТZнежелательны во избежание существенных потерь теплоты от значительной диссоциации молекул газов.

Максимальное давление сгорания РZ и степень предварительного расширения  определяют из соотношений:

, (39)

Pz=1,3*10,74=13,962 Мпа.

, (40)

ρ=(1,04764/1,3)*(1751/1159)=1,217

2.4. Процесс расширения

По углу открытия выпускных органов газораспределения jВ определяютобъемрабочеготела VВ в точке “в”:

 Скачать реферат