2. Расчетные уравнения

2.1. Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании 1 кг топлива, кмоль / (кг _{топлива})

,

где  – коэффициент избытка воздуха при сгорании;

L₀ – количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива, кмоль /кг_{топлива} ;

С,H,S_т и О – доли углерода, водорода, серы и кислорода в 1 кг топлива (принимаются для выбранного сорта топлива).

2.2. Давление начала сжатия, МПа

р_ = р_s _,

где: р_s – давление наддувочного воздуха, МПа,

_ –коэффициент, учитывающий снижение давления воздушного заряда в цилиндре двигателя в начале сжатия из-за сопротивления во впускных органах (продувочных окнах).

2.3. Температура воздуха в продувочном ресивере, К

где р_о и Т_о – давление и температура воздуха в МКО, К, (прил.1);

n_к – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре, принимается от 1,45 до 1,6 – для поршневых компрессоров и от 1,7 до 1,8 – для центробежных компрессоров;

ΔТ_охл – снижение температуры наддувочного воздуха в охладителе наддувочного воздуха (ОНВ) после турбокомпрессора, выбирается так, чтобы

=( 310 – 315) К и =Т_р+(3÷4 К),

где Т_р - температура точки росы для условий в МКО, К, рассчитывается по формуле, приведенной в ПТЭ судовых дизелей 7,

Т_р=0,9·t_мко+0,3·+10·р_к–22+273

где t_мко - температура воздуха в машинном отделении, ⁰С (прил. 1);

 - относительная влажность воздуха в машинном отделении, % (прил. 1);

р_к - избыточное давление наддувочного воздуха перед ОНВ, кгс/см².

2.4. Температура воздушного заряда цилиндра (смеси воздуха с остаточными газами) в момент начала сжатия, К

,

где ΔT - степень подогрева воздушного заряда от стенок цилиндра, К;

γ_r - коэффициент остаточных газов;

T_r - температура остаточных газов, К, принимается от 650 до 700 К;

2.5. Коэффициент наполнения, отнесенный к полезному ходу поршня

,

где: ε - действительная степень сжатия.

2.6. Коэффициент наполнения, отнесенный к полному ходу поршня

,

где _s - потеря рабочего хода в долях от хода поршня.

2.7. Средний показатель политропы сжатия

Уравнение решается методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимаем (n₁-1)^*= 0,37. Решение найдено, если , гдеn = 0,0001 – погрешность вычисления показателя n₁.

2.8. Температура воздушного заряда в конце сжатия, К

Должно быть Т_с  ( Т_св + (100200 К)) = 700 – 800 К,

где Т_св – температура самовоспламенения топлива, указывается в сертификате на топливо, К.

2.9. Давление воздушного заряда в конце сжатия, МПа

2.10. Теплоемкость чистого воздуха в конце сжатия, кДж/(кмоль·К)

=19,26+0,0025·Т_с

2.11. Теоретический коэффициент молекулярного изменения

2.12. Доля топлива сгоревшего в точке z цикла

где: - коэффициент использования тепла в точкеz;

- коэффициент использования тепла в точке b цикла (в конце расширения газов).

2.13. Действительный коэффициент молекулярного изменения в точке z

2.14. Действительный коэффициент молекулярного изменения в конце сгорания

2.15. Коэффициенты уравнений теплоемкости

в конце видимого сгорания ;

в конце расширения

2.16. Степень повышения давления при сгорании

где p_z - максимальное давление при сгорании, МПа.

2.17. Уравнение сгорания

где

где Q_н - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Необходимо обоснованно выбрать марку (сорт) топлива [4,с. 276-277], выписать характеристики этого топлива [4,с. 266-27] и рассчитать Q_н по эмпирической формуле (прил. 2).

Уравнение решается методом последовательных приближений, причем в качестве первого приближения принимаем =2000 К. Решение найдено, если

,

где - погрешность вычисления температуры.

2.18. Степень предварительного расширения

2.19. Степень последующего расширения

2.20. Уравнения процесса догорания и расширения

(1.1)

, (1.2)

где n₂ - показатель политропы расширения;

T_b - температура газов в конце расширения, К;

a_νz=a_pz - 8,314

Систему уравнений (1.1) и (1.2) решаем методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимаем =1000 К, которое подставляется в правую часть уравнения (1.1). В результате, получаем (n₂ - 1), которое подставляем в уравнение (1.2).

Система уравнений решена, если

2.21. Давление в конце расширения, МПа

.

2.22. Среднее индикаторное давление расчётного цикла, отнесенное к полезному ходу поршня, МПа

.

2.23. Среднее индикаторное давление, отнесенное к полному ходу поршня, МПа

где φ_скр - коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

2.24. Среднее эффективное давление, МПа

р_е= р_i∙·η_м ,

где η_м - механический КПД двигателя.

2.25. Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт·ч)

2.26. Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт·ч)

g_е=g_i /η_м

2.27. Индикаторный КПД

2.28 Эффективный КПД

2.29. Размеры цилиндра

Диаметр цилиндра, м

,

где N_e - эффективная мощность двигателя, кВт;

C₁ = 13,1 - для 2-х тактных и C₁ = 6,55 - для 4-х тактных двигателей;

S - ход поршня, м;

n - частота вращения коленчатого вала, мин^-1;

i - число цилиндров.

Так как средняя скорость поршня , то

.

Ход поршня, м

S = d·D.

После определения D и S их необходимо округлить до значений в миллиметрах, оканчивающихся на цифры «0» или «5».

2.30. Частота вращения коленчатого вала, мин^-1

2.31. Уточненное значение эффективной мощности двигателя, кВт

Если расчетные параметры рабочего процесса двигателя по сравнению с данными прототипа признаны не удовлетворительными, то необходимо откорректировать ИД и повторить расчет.