Расчёт рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания автотракторного типа с помощью персональной ЭВМ

Следовательно, приращение массы рабочего тела можно представить в виде:

dm=∆mтц×dx, (3)

где ∆mтц - цикловая массовая подача топлива;

х-доля топлива, сгоревшего в цилиндре к данному моменту времени.

При отсутствии сгорания dx=0 и dm=0, то есть масса рабочего тела остаётся неизменной. Это наблюдается в процессах сжатия и расширения.

Соотношение (3) является уравнением материального баланса в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

Уравнение энергетического баланса в цилиндре составлено на основе первого начала термодинамики для закрытой нетеплоизолированной системы:

, (4)

где Cv - теплоёмкость рабочего тела при постоянном объёме;

dQc - элементарное количество теплоты, подведенное при сгорании;

dQw - элементарное количество теплоты, подведенное от стенок (отведенное в стенки);

К - показатель адиабат рабочего тела.

Система основных уравнений замыкается с помощью уравнения состояния рабочего тела, которое может быть использовано в дифференциальной форме:

, (5)

или в конечной:

pV=RmT, (6)

где R - газовая постоянная рабочего тела.

Система уравнений (1)-(6) позволяет рассчитать цикл ДВС, получить необходимые функции:V(φ), m(φ), T(φ), P(φ) и построить индикаторную диаграмму. Для этого дополняют соотношениями, описывающими закономерности сгорания и теплообмена.

Элементарное количество теплоты, подведенное к рабочему телу при сгорании:

dQc=Hu×∆mтц×dx, (7)

где Hu - действительная теплота сгорания топлива, зависящая от рода топлива и состава смеси (соотношения между количеством топлива и воздуха в смеси).

Величина Hu в свою очередь равна:

при α ≥ 1 Hu=Huт

при α < 1 Hu=Huт-120×106(1-α)Lo, (8)

где α - коэффициент избытка воздуха;

Huт - теоретическая теплота сгорания (при полном сгорании топлива);

Lo - теоретически необходимое мольное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

Закономерность тепловыделения при сгорании описывается эмпирической формулой Вибе, полученной путем обработки многочисленных опытных индикаторных диаграмм многих двигателей:

(9)

где m1 - эмпирический показатель сгорания, зависящий от типа двигателя (способа смесеобразования);

φс,φz - углы поворота вала двигателя, соответствующие началу и концу сгорания.

Коэффициент 6,908 в уравнении (9) получен при условии, что к концу сгорания доля сгоревшего топлива составляет 0,999. Расчёт функции х ведут в диапазо не φc ≤ φ ≤ φz, в других случаях, когда φ < φс или φ > φz, принимают dx=0, что соответсвует отсутствию сгорания.

Элементарное количество теплоты, подведенное к рабочему телу за счёт теплообмена со стенками, выражается с помощью формулы Ньютона-Рихмана:

(10)

где αw - коэффициент теплоотдачи;

Fw - поверхность теплоотдачи;

Tw - температура стенок;

ώ - угловая скорость вращения вала.

В течение рабочего цикла ДВС возможны соотношения Tw >< Т. Если Tw>Т, то dQw>0, это означает, что тепловой поток направлен от стенок к рабочему телу. Если Tw < Т, то dQw < 0, и тепловой поток направлен от рабочего тела в стенки.

В формуле (10) величина Tw представляет собой осреднённую температуру поверхностей. В случаях, когда температуры основных деталей (поршня, крышки, цилиндра, клапанов) сильно отличаются, учитывают локальные условия теплообмена и формулу записывают в виде:

(11)

где i - количество различных поверхностей теплообмена.

Площади поверхностей поршня и крышки зависят от их размеров и конфигурации и для данного двигателя постоянны, а площадь поверхности цилиндра является функцией угла поворота вала, что выражается вторым кинематическим уравнением:

, (12)

где D - диаметр поршня, м;

So - минимальное расстояние между поршнем и крышкой при положении поршня в ВМТ, м; во многих случаях величиной So можно пренебречь ввиду её малости.

Коэффициент теплоотдачи αw зависит от условий теплообмена на границе газ-стенки, то есть от многих факторов. Его определяют по эмпирическим зависимостям. В данной методике использована эмпирическая формула Пфлаума:

Статьи по теме:

Составление грузового плана. Распределение грузов на судне
В случае перевозки тяжелых грузов (руды) необходимо принять во внимание прочность палуб. Пароходство должно предписать нормы загрузки отдельных помещений судна. Грузы на судне должны располагаться по ...

Централизованные перевозки контейнеров
Централизованные перевозки организуют на технических железнодорожных станциях, где за сутки погружается и выгружается не менее 10 вагонов. При централизованном завозе (вывозе) грузов на железнодорожн ...

Мировая автомобилизация
Население индустриальных и постиндустриальных стран составляет всего 20% от населения планеты, однако доля автомобилей, приходящаяся на эти государства, достигает 80%. По обеспеченности машинами на д ...