Главная | Обратная связь

Теоретическая часть

 

Практически для полго сгорания топлива требуется большее количество воздуха, чем теоретически необходимо, так как невозможно создать такую горючую смесь, где каждая частица кислорода воздуха соединялась бы при сгорании с топливом.

Кроме того, приходится учитывать и возможность работы дизеля с перегрузом. Часть воздуха не будет участвовать в горении, поэтому воздух надо подавать в избытке. Отношение действительного количества воздуха L к теоретически необходимому Lо называют коэффициентом избытка воздуха α = L/Lo α = 1,8 - 2,2.

 

Порядок выполнения работы:

Для определения параметров в конце сгорания (точка Z) составляют уравнение сгорания на линии CZ’Z. В процессе сгорания химическая энергия топлива расходуется на совершение внешней работы на линии Z’Z и повышение внутренней энергии газа. Из всего количества теплоты, выделившейся на линии сгорания Qн = Q₁’ + Q₁”, используется ξQн Дж/кг, где ξ – коэффициент использования теплоты. Коэффициент ξ учитывает потери от неполноты сгорания, теплопередачи стенкам цилиндра и диссоциации продуктов сгорания.

Значение ξ может быть определено только опытным путем. Оно зависит главным образом от качества смесеобразования, температурного режима, качества топлива, частоты вращения двигателя, а также конструктивных особенностей камеры сгорания. Чем лучше смесеобразование, тем меньше тепловые потери в камере сгорания. Чем быстрее происходит сгорание топлива, тем больше значение ξ.

Баланс энергии на линии CZ’Z для 1 кг топлива:

 

Uc + ξQн = Uz + Lz’z (15.8)

где Lz’z – работа газов на линии расширения, Дж/кг.

 

Внутренняя энергия газа в точке «С»

 

Uc = M₁C’μv Tc

 

где M₁ – количество молей смеси в конце сжатия, к моль/кг;

C’μv - средняя мольная теплоемкость газов при постоянном объеме, Дж/ (К моль ºС);

Tc – абсолютная температура газов в конце сгорания.

 

Внутренняя энергия газов после сгорания

 

Uz = M₂C”μv Tz

 

где M₂ – количество молей после сгорания;

C”μv - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме;

Tz – абсолютная температура газов в конце сгорания.

 

Величина работы Lz’z = PzVz – Pz’Vz’ Pz’ = λPc, где λ – степень повышения давления.

Vz’ = Vc Lz’z = PzVz – λPcVc = 8314M₂Tc - 8314M₁Tc PV = GRT

 

следовательно,

Lz’z = 8314M₂Tz – λ8314McTc

 

Подставим полученные значения Uc, Uz, Lz’z в формуле (15.8) и, произведя перегруппировку членов с учетом, что C”μv + 8314 = C”μp (C”μp – средняя мольная теплоемкость при постоянном давлении), получим

 

M₁Tc(C’μv + 8314λ) + ξQн = M₂ C”μv Tz

 

Разделим все члены на М₁ и, приняв во внимание, что М₂/М₁ = β (действительный коэффициент молекулярного изменения), окончательно получим

 

(C’μv + 8314λ)Тс + + (ξQн)/М₁ = β C”μр Tz (15.9)

 

Решение уравнения сгорания (15.9) позволяет определить температуру в конце сгорания. Конечная температура Tz для высокооборотных двигателей составляет 1900-2000 К.

Максимальное давление Рz можно определить Рz = λРс.

 

Процесс расширения

В идеальном цикле расширения газов происходит по адиабате, в действительном рабочем цикле – по политропе с показателем «n₂». При этом надо помнить, что тепловой поток в процессе расширения все время идет от газа к стенкам, а газ получает теплоту при догорании топлива.

На характер протекания процесса расширения оказывают влияние ряд эксплуатационных факторов:

1. При увеличении частоты вращения двигателя сокращается продолжительность процесса расширения, а, следовательно, уменьшается интенсивность теплоотдачи газ-стенка цилиндра. Кроме того, при возрастании частоты вращения процесс догорания распространяется на большем участке линии расширения. Это приводит к уменьшению «n₂» и увеличению значения параметров газа в конце расширения Рв и Тв.

2. При увеличении нагрузки на двигатель возрастают количество и температура продуктов сгорания и теплоотдача в стенки, что приводит к повышению показателя «n₂». однако при работе двигателя на гребной винт, когда с увеличением нагрузки возрастает частота вращения двигателя, значение показателя «n₂» может уменьшиться.

3. Износ топливной аппаратуры и связанное с этим ухудшение качества смесеобразования приводит к растягиванию процесса сгорания и значительному распространению процесса догорания топлива на линии расширения, что в свою очередь уменьшит и увеличит Рв и Тв. Тоже произойдет вследствие ухудшения воздухоснабжения двигателя вследствие влияния атмосферных условий или загрязнения воздушных (газовых) трактов двигателя.

Давление и температуру газов в конце расширения в точке «в» расчетного цикла определяют (по аналогии с процессом сжатия) из уравнения политропы расширения и PzVzⁿ² = PвVв ⁿ² и уравнений состояния газа PzVz = 8314 М₂Тz и PвVв = 8314 М₂Тв в точках «z» и «в».

Рв = Pz/δⁿ² ; Тв = Тz/δ^n2-1 , где δ = Vа/Vz – степень последующего расширения;

δ = ε/ρ; δ = ε и ρ = (β/λ)(Tz/Tc) – для цикла υ = const.

 

Содержание отчета:

1. Тема и цель лабораторной работы.

2. Материальное обеспечение.

3. Отчет о проделанной работе.

Заключительный контроль:

1. Охарактеризуйте 1 и 2 периоды горения топлива.

2. Охарактеризуйте 3 и 4 периоды горения топлива.

3. Что называют коэффициентом избытка воздуха?

4. Напишите и охарактеризуйте величины уравнения баланса горения для 1 кг топлива.

5. Значение величин Рz, Tz.

6. Какие величины влияют на эксплуатационные характеристики двигателя?

 

Литература:

1. Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ по дисциплине «Судовые энергетические установки и их эксплуатация», 1985.

2. Миклос А.Г., Чернявская Н.Г., Червяков С.П. Судовые двигатели внутреннего сгорания, 1986.