Конспект лекции Процесс расширения

3

§ 1.7. Процесс расширения

Характер теплообмена. Показатель политропы. Параметры в конце процесса расширения

Расчетная схема процесса расширения должна учитывать продолжающееся после точки z тепловыделение в цилиндре вследствие догорания топлива. Если пренебречь неполнотой сгорания топлива (в дизелях менее 1 % от цикловой подачи), то количество теплоты, выделяющееся в начальной фазе процесса расширения будет равно теплоте, не выделившейся в процессе сгорания в точке z - . Теплоотдача в стенки происходит в течение всего процесса расширения. На рисунке 1.16 схематично показано изменение давления в цилиндре в процессе расширения. Штриховой линией показан теоретический процесс расширения, происходящий без учета теплоподвода и теплоотвода. В нем учтено только изменение показателя адиабаты расширения k₂ вследствие снижения температуры рабочего тела в процессе расширения. При температуре в начале расширения для топлива среднего состава и коэффициента избытка воздуха α = 2, k₂ ≈ 1,27; в конце процесса расширения k₂ ≈ 1,32. Среднее значение показателя адиабаты расширения примерно равно 1,295.

Подвод тепла к рабочему телу в начале процесса расширения обусловливает повышение давления относительно линии адиабатного расширения (на рисунке 1.16 действительная кривая расширения показана сплошной жирной линией). Поскольку в течение всего процесса расширения происходит отвод тепла, то в точке 2 теплоотвод и теплоподвод становятся равными, действительная линия расширения пересекает теоретическую кривую.

Показатель политропы.

Если описывать действительную кривую расширения уравнением политропы с переменным значением показателя п'₂, то он должен изменяться по ходу расширения так, как показано на рисунке 1.16. Расчеты показывают, что п'₂ изменяется от 1,1 в начале расширения до 1,5 в конце процесса. Теплоотвод, преобладающий в процессе расширения, обусловливает меньшее значение давления в конце расширения р_ь по сравнению с его значением при адиабатном процессе расширения р_ь,.

По аналогии с процессом сжатия, для определения параметров рабочего тела в процессе расширения используют политропу с усредненным показателем п₂, постоянным для всего процесса и дающим такую же работу, как и при действительном расширении с переменным показателем политропы п'₂.

В расчетах при проектировании дизелей среднее значение показателя политропы расширения определяют из уравнения первого закона термодинамики. В упрощенных расчетах его принимают из рекомендованных диапазонов: 1,2÷1,3 для судовых средне- и малооборотных дизелей с охлаждаемыми поршнями; 1,1÷1,25 для высокооборотных дизелей.

Из рассмотренной выше схемы процесса расширения очевидно, что величина п₂ зависит от баланса подведенного и отведенного тепла в течение процесса. Увеличение подвода тепла приводит к уменьшению n_2. преобладание отвода - к его увеличению. Поскольку подвод тепла в процессе расширения определяется неполнотой сгорания топлива в точке z, то очевидна связь между ξ_z и п_2, чем меньше тем больше тепла будет выделяться в процессе расширения и тем меньше будет п₂ и наоборот.

В связи с отмеченным, выбор величины п₂ при расчетах должен координироваться с величиной ξ_z, т. е., принимая меньшее значение коэффициента использования тепла из рекомендуемого диапазона, надо принимать также меньшее значение показателя политропы расширения и наоборот.

Отмеченное обстоятельство, наряду с необходимостью принимать значение максимального давления сгорания по данным двигателя-прототипа, является «слабым» местом в методике теплового расчета ДВС по методу «Гриневецкого-Мазинга».

Параметры в конце процесса расширения

Из четырех термодинамических параметров рабочего тела в точке b известны масса рабочего тела (М_ь =М_z) и объем V_b=V_a. Для определения неизвестных давления и температуры в конце процесса расширения запишем уравнения политропных процессов в виде

Параметры рабочего тела в конце процесса расширения определятся как

(1.37)

(1.38)

Как следует из уравнения (1.37), величина р_b пропорционально связана с максимальным давлением сгорания. Для современных высокофорсированных дизелей р_b - 9-12 бар. Температура рабочего тела в конце расширения составляет 900-1100 К.

Тепловой расчет двигателя завершается определением его показателей и построением расчетной индикаторной диаграммы.

Литература

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с. Стр. 37-39.

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с. Стр. 47-50

Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев - М.:Транспорт, 1990. - 360 с Стр. 236-239