РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНА РОБОТА № 2. Теоретичний цикл ДВЗ.
«Розрахунково–графічне дослідження теоретичного циклу двигуна
внутрішнього згоряння».
Завдання. Розрахувати теоретичний цикл двигуна внутрішнього згорання та визначити його основні вихідні параметри (ефективну потужність і економічність) якщо:
р1= 0,1 МПа – початковий тиск робочого тіла;
t1=15 оС – початкова температура робочого тіла;
ε = 16,5 – ступінь стиску робочого тіла в двигуні;
λ = 1,6 – ступінь підвищення тиску робочого тіла в процесі підводу теплоти;
ρ = 1,5 – ступінь попереднього розширення робочого тіла;
D = 105 мм – діаметр циліндра;
S = 120 мм – хід поршня;
z = 4 – число циліндрів у двигуні;
n = 2000 об/хв. – частота обертання валу двигуна;
τ = 4 – тактність двигуна;
П = 39 % – втрати теоретичної роботи циклу;
ξ = 0,85 – коефіцієнт повноти згорання палива в двигуні;
термодинамічні характеристики робочого тіла:
cPm = 1,015 кДж/кг∙К; cVm = 0,725 кДж/кг∙К; k = 1,4; R = 287 Дж/кг∙К;
Нu = 43,0 МДж/кг – нижча теплота згоряння палива.
В процесі розрахунків:
1. Визначити:
а) параметри робочого тіла в характерних (вузлових) точках циклу;
б) роботу і теплоту в процесах, що складають цикл;
в) роботу і термічний ККД циклу.
2. Побудувати (на міліметрівці в масштабі) діаграму циклу в р–υ і Т–s координатах та через вимірювання його площі на діаграмі р–υ визначити теоретичну роботу циклу;
3. В залежності від конструктивних характеристик циліндро-поршневої групи, частоти обертання колінчастого валу, втрат енергії газів в двигуні, повноти згоряння палива в циліндрах двигуна, визначити ефективну потужність і питому витрату палива (економічність) в двигуні, що працює за розрахованим циклом (варіант видається викладачем див. додаток 2.1).
4. Привести коротку довідку про двигун–прототип (назву, тип, місце установки, основні дані, конструктивні особливості )та зробити порівняльну характеристику з розрахунковим двигуном (табл. 2.2, 2.3, 2.4).
Рішення.
1. Параметри робочого тіла в характерних точках циклу.
1.1. Параметри робочого тіла в точці 1 (на початку процесу стиснення):
р1=0,1 МПа, (кг/см2 ) – задано за умовою;
Т1=288 К, (оС ) – задано за умовою;
υ1 =
; υ1 = 
.1.2. Параметри робочого тіла в точці 2 (в кінці процесу стиснення):
р2 = р1 εk, МПа; р2 = 0,1∙106 ·16,51,4 =5 МПа;
Т2 = Т1 εk–1 ,К; Т2 = 288 ∙ 16,51,4–1=883,584 К;
υ2 =
; υ2 = 
;або υ2 =
; υ2 = 
.1.3. Параметри робочого тіла в точці 3/ для дизельного двигуна (в точці 3 для карбюраторного двигуна, тобто в кінці процесу підводу теплоти):
р3/ = р2 λ, МПа; р3/ = 5∙106·1,6=8 МПа;
Т3/ = Т2 λ, К; Т3/ = 883,584∙1,6=1413,734 К;
υ3/ = υ2 ,
; υ3/ = 0,05 .1.4. Параметри робочого тіла в точці 3 для дизельного двигуна (в кінці процесу підведення теплоти):
= 
, МПа; = 8 ∙106 МПа;Т3 = Т3/∙ρ, К; Т3 = 1413,734 ∙1,5 = 2120,601 К;
υ3 = υ3/ ρ,
; υ3 = 0,05 ∙1,5 = 0,075 .1.5. Параметри робочого тіла в точці 4 (в процесі розширення).
р4 = р3
, МПа; 
МПа;Т4 = Т3
, К; Т4 = 2120,601∙ 
К;υ4 = υ1 ,
; υ4 = 0,826 .2. Робота та кількість теплоти в процесах, які складають цикл.
2.1. Робота:
а) в процесі адіабатного стиснення робочого тіла:
б) в процесі ізохорного підводу теплоти:
;в) в процесі ізобарного підводу теплоти:
г) в процесі адіабатного розширення:
д) в процесі ізохорного відводу теплоти:
;2.2. Кількість теплоти:
а) в процесі адіабатного стиснення:
;б) в процесі ізохорного підводу теплоти:
;де q1 І– для дизельного двигуна,
в) в процесі ізобарного підводу теплоти:
;де q1
– для дизельного двигуна.
;г) в процесі адіабатного розширення:
;д) в процесі ізохорного відводу теплоти:
;
.3. Робота і термічний ККД циклу.
3.1. Робота циклу:
,де n – кількість процесів, які складають цикл.
.3.2. Кількість теплоти, яка корисно використана в циклі.
;
=384,359+717,47-380,083=721,746 
.Перевірка: ℓо = qо,
; 714,278 ≠721,746Похибка розрахунку:
Δ =
‹ 5%.Термічний ККД циклу: ηt=1–
, де для дизельного двигуна q1 = q1/ + q1// ,
; ηt = 1 –
; q1= 384,359+ 717,47=1101,829
.Перевірка: ηt = 1−
;
.Робота циклу ℓо=q1·ηt=1101,829·0,655=721,746
.Як і повинно бути ℓо = qо,
.4. Діаграма циклу в р–υ координатах та її аналіз.
4.1. Додаткові точки для побудови адіабати процесу стиску:
рдод = р1
МПа; рдод = 0,1∙106
МПа;Таблиця 2.2 Значення додаткових точок
| υдод , м3/кг | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |
| рдод , МПа | 1,922 | 0,728 | 0,412 | 0,275 | 0,201 | 0,156 |
4.2. Додаткові точки для побудови адіабати процесу розширення
рдод = р3
МПа; рдод = 8∙106
МПа.Таблиця 2.3 Значення додаткових точок.
| υдод , м3/кг | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |
| рдод , МПа | 5,344 | 2,024 | 1,152 | 0,768 | 0,56 | 0,432 |
4.3. Побудова діаграми циклу в р–υ координатах (рисунок 2.8).
Масштаби: μυ =
; μP=
;μF =
.4.4. Планіметрування (визначення площі) діаграми і визначення роботи циклу за діаграмою: ℓограф = F ∙ μF , кДж/кг;
ℓ0граф =
, кДж/кг.Діаграма будується на міліметровому папері формату А4.
4.5. Похибка побудови діаграми:
Δ =
% = 
‹ 5%.4.6. Для побудови діаграми циклу в координатах Т–s визначаємо:
а) зміна ентропії робочого тіла в процесі підводу теплоти:
; 
; 
; 
; б) зміна ентальпії робочого тіла в процесі відводу теплоти:
; 
. Як і повинно бути:
4.7. Будуємо на міліметрівці в масштабі діаграму (рисунок 2.9).
5. Оцінка основних даних двигуна, який працює за розрахованим циклом.
5.1. Робочий об’єм циліндрів двигуна (літраж двигуна):
VДВ=
л; VДВ=
.5.2. Маса робочого тіла, яке потрапляє в циліндри двигуна:
кг (…… грам); 
,де ηін – коефіцієнт, який враховує інерційність паливно – повітряної суміші, що потрапляє в циліндри двигуна.
ηін = 2,4–2,7 для карбюраторних ДВЗ.
ηін = 1,2–1,4 для дизельних ДВЗ.
5.3. Робота двигуна за один цикл:
Lо = ℓо∙m, кДж; Lо = 714,278∙0,00685=4,892 кДж.
5.4. Кількість циклів, які здійснює двигун за 1 секунду:
і =
; і = 
.5.5. Теоретична робота двигуна за 1 секунду (теоретична потужність):
Lt = Nt = L0∙і ,
,кВт; Lt = Nt = 4,892∙16,667=81,535 , кВт.5.6. Ефективна робота двигуна за 1 секунду (ефективна потужність):
Le=Ne=Lt
, кВт; Le=Ne=81,535
, кВт. 5.7. Часова витрата палива в двигуні:
GT=
;GT=
5.8. Питома ефективна витрата палива (економічність двигуна):
Ge =
Ge =
6. Коротка довідка про двигун – прототип (найменування, тип, місце установки, основні дані, конструктивні особливості та ін.).
Таблиця 2.4 Порівняльна характеристика розрахункового двигуна з прототипом.
| № п/п | Основні показники | Розрахунковий двигун | Двигун–прототип Д–145Т |
| | Потужність Nе, кВт | 49,736 | 55,2 |
| | Ступінь стиску ε | 16,5 | 16,5 |
| | Кількість обертів за хвилину n, об/хв. | 2000 | 2000 |
| | Літраж V, л | 4,193 | |
| | Кількість циліндрів Z та їх розташування | 4 | 4Р |
| | Діаметр циліндра D, мм | 105 | 105 |
| | Хід поршня S, мм | 120 | 120 |
| | Максимальний тиск рmax, атм і температура tmax, оС в циліндрах | 8 (2120,6-273) | |
| | Масова витрата палива Gт, кг/год | 12,39 | 13,10 |
| | Питома витрата палива, г(палива)/кВт·год | 249 | 238 |