Document 4402146

2.2.3 Определение физико-технических характеристик, состава и
количества свежей рабочей смеси и продуктов сгорания
В первой половине рабочего цикла карбюраторного двигателя рабочим
телом является рабочая смесь в составе воздуха, паров топлива и остаточных
газов. Во второй части рабочего цикла, после завершения окисления топлива
в процессе сгорания, рабочим телом является продукты сгорания. Для
определения параметров термодинамического состояния рабочего тела
после подвода теплоты в процессе сгорания необходимо определить состав,
количество и физико-технические характеристики его составляющих.
Определение выполняется в расчете на сжигание одного кг топлива.
Определяем теоретическое количество воздуха необходимое для
обеспечения полного сгорания одного кг топлива, с учетом его состава.
В килограммах:
l0 
1 8

  С  8H  OТ 
0,23  3

кг .Воздуха
кг .Топлива
(10)
где От – содержание кислорода в составе топлива;
С – содержание углерода в составе одного кг топлива (по заданию);
Н – содержание водорода в составе одного кг топлива (по заданию).
В киломолях:
1  C H OT  кмоль.Воздуха
  

(11)
0,208  12 4 32  кГтоплива
В зависимости от типа двигателя и режима работы количество
поступающего воздуха на каждый 1 кг топлива может быть меньше или
больше. Отношение действительного количества воздуха l д к теоретически
необходимому для обеспечения полного сгорания топлива l 0 , определяет
состав рабочей смеси и оценивается коэффициентом избытка воздуха -. Его
значение для проектируемого двигателя определяется заданием. Тогда
количество свежей смеси М1 при использовании одного кг топлива для
карбюраторных двигателей составит:
L0 
М 1  L0 
1
T
кмоль. раб.смеси
кг .топлива
(12)
где Т - молекулярная масса топлива.
Для дизельных двигателей:
М 1    L0
кмоль смеси
кг топлива
(13)
Теплота, которая выделяется при полном сгорании 1 кг топлива без
учета конденсации водяного пара в продуктах сгорания, принимается
согласно исходным данным – Hu (Кдж/кг топлива).
При выполнении расчетов для бензинового двигателя с использованием
, обогащенных смесей,   1 , происходит не полное выгорание топлива и
недовыделение теплоты. Недогорание носит химический характер в
результате недостатка воздуха и кислорода содержащегося в смеси.
Количество не выделившейся теплоты в процессе сгорания определяем
из зависимости
кдж
(14)
кг
Для режима работы двигателя на обедненных смесях   1 , количество
не выделившейся теплоты в процессе сгорания ΔHuхим равно нулю.
Количество выделившейся теплоты, в том числе с учетом химического
не догорания смеси, при сгорании смеси равно:
Нu ХИМ  119,95  1     L0  103
Нu раб.см 
Нu  Нu хим
М 1 (1   r )
(15)
Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия и в
интервале температур (0…1500)0С принимается равной
сV tt
C
0
 20,16  1,738 10 3  tC
кдж
кмоль  град
(16)
где tc –температура смеси в конце сжатия в градусах Цельсия, tc=Тс -273.
Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия при t c и
  1 равна
(c )tt
r
v
при
c
0
 18,42  2,6    1,55  1,38    10  t c
3
(17)
 1
с 
r tC
V t0
Средняя
выражения
мольная
с 
' tC
V t0
 20,1 
0,921 
1,38  3
 1,55 
  10 t c

 

теплоемкость


рабочей
смеси

1
сV ttC0   r сVr
1  r
(18)
определится

tC
t0

из
(19)
Состав и количество продуктов сгорания зависит от состава исходных
продуктов рабочей смеси и от коэффициента избытка воздуха. При полном
сгорании топлива  1, в состав продуктов сгорания М2 входят как продукты
сгорания углекислый газ СО2 и вода Н2О -, так и составляющие исходной
смеси избыточный кислород - О2 и инертный газ азот - N2,
при  1
кмоль.пр.сг.
кг.топлива
М 2  М СО2  М Н 2О  М О2  М N2
Количество отдельных компонентов и их суммарное значение
определяем из соотношений полученных согласно упрощенных реакций
окисления углерода и водорода при сжигании одного кг топлива.
С
М СО2 
где
- количество углекислого газа; кмоль
12
Н
М Н 2О 
- количество водяного пара, кмоль;
2
М О2  0,208    1L0 - количество кислорода, кмоль;
М N2  0,792    L0 - количество азота, кмоль.
При  = 1 присутствие кислорода считается равным нулю, Мо2 = 0.
При   1 , при избытке и неполном выгорании топлива , в состав
продуктов сгорания , входят: окись углерода СО, двуокись углерода СО2,
водяной пар Н2О, избыточный водород Н2 и азот воздуха - N2.
При   1 ,
М 2  М СО  М СО2  М Н 2О  М Н 2  М N2
кмоль.пр.сг.
кг.топлива
Количество отдельных компонентов в составе продуктов сгорания
определяем из соотношений:
1
1  К кмоль;
С
1
М СО2   0,416 L0 
12
1  К кмоль;
1
М Н 2  0,416  К  L0 
1  К кмоль;
Н
1
М Н 2О   0,416  К  L0 
2
1  К кмоль;
М N  0,792    L0 кмоль.
М СО  0,416  L0 
2
В процессе сгорания и химических преобразований происходит
изменение количества молей рабочей смеси
М  М 2  М1
Относительное изменение объема сгоревшей смеси характеризует
коэффициент молекулярного изменения
0 
М2
М
 1
М1
М1
(20)
Относительное изменение объема при сгорании рабочей смеси, с учетом
содержания остаточных газов, оценивается действительным коэффициентом
молекулярного изменения рабочей смеси
д 
0   r
1  r
(21)