Реферат по предмету "Транспорт"


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

Теория и методика решения задачи
Задача сформулирована в прямой постановке, когда известны основные данные двигателя (диаметр цилиндра, ход поршня, степень сжатия, тип камеры сгорания), а также вид топлива и требуется определить показатели его эффективности и экономичности. На основе разработанной физико- математической модели (ФММ) с помощью персональной ЭВМ получают:
. расчётную индикаторную диаграмму двигателя, для этого рассчитываются
функции V(?); m(?); T(?); P(?);
. цикловые показатели двигателя (индикаторную работу цикла Li, индикаторную мощность Ni);
. удельные цикловые показатели (среднее индикаторное давление pi; индикаторный КПД ?i; удельный индикаторный расход топлива gi);
. данные о влиянии определенного фактора Z (конструктивного, режимного, регулировочного, эксплуатационного и т.д.) на показатели двигателя и на состояние рабочего тела в цилиндре.
Решение поставленной задачи завершается общей оценкой технических качеств двигателя, а также принятием инженерного решения (или выдачей рекомендаций) о рациональном выборе конкретных конструктивных, регулировочных и других характеристик. Если последнее невозможно, то ограничиваются констатацией выявленного влияния фактора Z на конечные результаты и объяснением физических причин этого влияния.
Методы решения задачи
Задача решается с помощью физико-математической модели 2-го уровня, включающей дифференциальные и конечные уравнения для определения четырёх параметров состояния рабочего тела (объёма V, массы m, температуры T и давления P). При разработке модели приняты следующие допущения:
1) процессы газообмена (выпуска, продувки, впуска) не рассчитываются, так как они протекают при малых перепадах давлений и вносят незначительный энергетический вклад в сравнении с другими процессами; влияние этих процессов на показатели двигателя учитывают на основе статистических данных путём выбора
начальных условий;
2) теплоёмкости рабочего тела принимаются различными для свежего заряда и для продуктов сгорания, но неизменными для процесса сжатия, а также для процессов сгорания-расширения; указанные теплоёмкости выбраны средними в диапазоне температур и состава рабочего тела;
3) температуры ограничивающих стенок (поршня, крышки и цилиндра) считаются одинаковыми в течение цикла;
4) параметры рабочего тела являются неизменными по объёму в любой момент времени;
Система дифференциальных уравнений дополнена соотношениями, описывающими реальные процессы сгорания и теплообмена со стенками. Решается система уравнений на персональной ЭВМ методом Эйлера. Начальные условия (параметры рабочего тела в цилиндре в начале счёта-Va, ma, Ta, Pa) задают, пользуясь опытными статистическими данными, и уточняют с помощью уравнения состояния. Граничные условия (давление Pk и температура Tk на впуске, давление Pт и температура Tт на выпуске, температура Tw ограничивающих стенок) оценивают по экспериментальным материалам. Уравнения выражают зависимости параметров рабочего (V, m, T, P) и некоторых других характеристик (закономерностей сгорания и теплообмена) от угла поворота коленчатого вала ?. Начало отсчёта угла ? выбирают в начале такта впуска при положении поршня в ВМТ, поэтому рас-
чёт рабочего цикла ведут в диапазоне ?=180…450°. Шаг интегрирования выбирают в пределах ??=1..5°.
Физико-математическая модель рабочего цикла
Основная система уравнений включает кинематические соотношения, характеризующие изменение объёма и поверхности цилиндра, уравнения материального и энергетического баланса, а также уравнения состояния рабочего тела.
Объём цилиндра изменяется в соответствии с закономерностями кривошипно- шатунного механизма (первое кинематическое уравнение): [pic], (1) где Vc-объём камеры сжатия, м3;
Fп-площадь поршня, м2; rk-радиус кривошипа, м;
?k-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Путём дифференцирования соотношения (1) получим приращение объёма:
[pic] (2) которое представляет собой первое кинематическое уравнение в дифференциальной форме.
Так как процессы газообмена не рассматриваются, то масса рабочего тела в цилиндре изменяется только за счёт испарения и сгорания топлива. В дизельном двигателе топливо поступает в цилиндр в жидком виде, и в таком состоянии оно
рабочим телом не является. Затем топливо испаряется и сгорает, образуя газообразные продукты сгорания. Различие по времени между испарением и сгоранием в реальных условиях ДВС невелико, поэтому будем считать, что увеличение массы рабочего тела за счёт топлива происходит в процессе сгорания.
Следовательно, приращение массы рабочего тела можно представить в виде: dm=?mтцЧdx, (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:
[pic], (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:
[pic], (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(?), m(?), T(?), P(?) и построить индикаторную диаграмму. Для этого дополняют соотношениями, описывающими закономерности сгорания и теплообмена.
Элементарное количество теплоты, подведенное к рабочему телу при сгорании: dQc=HuЧ?mтцЧdx, (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 ? ? 1 Hu=Huт при ?
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: [pic] (9) где m1 - эмпирический показатель сгорания, зависящий от типа двигателя (способа смесеобразования);
?с,?z - 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 ?c ? ? ? ?z, в других случаях, когда ? ?z, 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:
[pic] (10) где ?w - коэффициент теплоотдачи;
Fw - поверхность теплоотдачи;
Tw - температура стенок;
? - угловая скорость вращения вала.
В течение рабочего цикла ДВС возможны соотношения Tw >Т, то dQw>0, это означает, что тепловой поток направлен от стенок к рабочему телу. Если Tw
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:
[pic] (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:
[pic], (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 ?w 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:
[pic], (13) где ?w - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2ЧК);
Pк - давление наддува;
Pо - атмосферное давление.
При отсутствии наддува считают Pк = Ро.
Конечной целью расчёта является определение мощностных и экономических показателей двигателя. К мощностным показателям относятся: индикаторная работа цикла
Li = ?pЧdV, (14) среднее индикаторное давление
Pi = Li / Vh, (15) где Vh - рабочий объём цилиндра, м3; индикаторная мощность
Ni = LiЧn / ?, (16) где n - частота вращения вала;
? - коэффициент тактности (для четырёхтактных ДВС ?=2).
По формуле (16) определяется мощность в одном цилиндре.
В качестве экономических показателей служат: индикаторный КПД
[pic], (17) удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВтЧч)
[pic], (18)
Эффективные показатели двигателя определяют, используя механический КПД ?m, который оценивают по статистическим данным:
Pe = PiЧ ?m, Ne = NiЧ ?m,
?e = ?iЧ?m, ge = gi / ?m.
Систему уравнений, приведенную в данном разделе, решают численными методами с помощью ЭВМ. Для этого составляют алгоритм и программу расчётов.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Онкология РАК ШЕЙКИ МАТКИ
Реферат Изучение истории Новосибирской области: итоги и перспективы
Реферат Ландшафты родного края
Реферат Проектирование жилого дома с малыми квартирами в г. Мурманске
Реферат «Развитие творческих способностей и интеллекта младших школьников»
Реферат А. В. Ахутин. Поворотные времена
Реферат King Lear How Did He Die Essay
Реферат Дорожно-транспортное происшествие.
Реферат Оценка соответствия систем менеджмента качества (СМК)
Реферат Белорусская культура как тип структура функции универсалии ценности идеология техника
Реферат Маленький Клаус и Большой Клаус
Реферат Лечебная физическая культура при черепно-мозговых травмах сотрясениях мозга
Реферат А.В. Сухово-Кобылин. Значение трилогии для развития отечественной драматургии.
Реферат Проблемы и состояние страхового сектора в России
Реферат Применение полимерно-металлических труб при сооружении промысловых газонефтепроводов