- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •1. Цель курсового проекта
- •2. Основные допущения
- •3. Требования к содержанию и оформлению пояснительной записки
- •4.2. Краткое описание идеализированного цикла теплового двигателя
- •4.2.1. Термодинамический процесс политропного сжатия рабочего тела. Уравнения обмена механической и тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой. Энтропия рабочего тела
- •4.2.1.1. Уравнение термодинамического политропного процесса сжатия [1]
- •4.2.1.2. Энергия в механической форме, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда (в нашем случае это работа изменения объёма), описывается интегральным соотношением [1]
- •4.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
- •4.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
- •4.2.4. Термодинамический процесс политропного расширения рабочего тела
- •4.2.5. Термодинамический изохорный процесс отвода тепловой энергии
- •4.2.6. Методические рекомендации по расчёту тепловой энергии и изменения энтропии в термодинамических процессах
- •5. Определение параметров двигателя
- •5.1. Результирующая работа цикла
- •5.2. Суммарная тепловая энергия цикла
- •5.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •5.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •5.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •5.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
- •6. Индикаторная и тепловая диаграммы цикла
- •7. Индикаторная диаграмма двигателя
- •8. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •Пример термодинамического расчета идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
- •1. Исходные данные:
- •Значения параметров состояния рабочего тела в точке c (в конце процесса сжатия a-c)
- •3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
- •3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
- •4. Проверка правильности вычислений параметров состояния рабочего тала в характерных точках цикла
- •5. Результирующая работа цикла, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •6.2. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
- •6.3. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
- •6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
- •6.5 Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
- •6.6 Результирующие параметры обмена тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в цикле
- •6.6.1 Суммарное количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу в цикле
- •6.6.2 Количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в цикле
- •6.6.3.Количество тепловой энергии преобразованной в механическую работу за один цикл в одном цилиндре двигателя Контроль расчётов тепловой энергии в термодинамических процессах цикла
- •7 Расчёт параметров двигателя
- •7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.
- •8. Изменение энтропии в термодинамических процессах цикла
- •9.1. 9. Построение индикаторной и тепловой диаграмм цикла
- •9.2. Последовательность построения индикаторной и тепловой диаграмм цикла и результаты расчётов параметров для построения диаграмм
- •10. Индикаторная диаграмма двигателя
- •11. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •12. Выводы
- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №2
10. Индикаторная диаграмма двигателя
В методическом пособии дано представление об индикаторной диаграмме двигателя, описана её значимость для анализа цикла и доводки двигателя, а также приведены основные методические подходы, зависимости и указания для построения индикаторной диаграммы двигателя.
Индикаторная диаграмма двигателя представляет собой зависимость давления рабочего тела в термодинамическом цикле от угла поворота кривошипа (угла поворота коленвала двигателя).
Ранее уже были получены зависимости для расчёта давления от объёма рабочего тела для всех термодинамических процессов, составляющих цикл. Поэтому, здесь обратим внимание главным образом на последовательности и расчёте объёма рабочего тела в зависимости от угла поворота кривошипа.
Методически выберём следующую последовательность расчёта.
1. Определяем интервал изменения угла поворота кривошипа в каждом термодинамическом процессе, составляющем цикл.
В процессе политропного сжатия угол поворота кривошипа φ изменяется от 0° до 180°. Изохорные процессы подвода и отвода тепла происходят при неизменном значении угла поворота кривошипа. Значение угла поворота кривошипа в изохорном процессе подвода тепла равно 180°, а в изохорном процессе отвода тепла - 360°. Неизвестным остаётся только лишь угол поворота кривошипа, при котором заканчивается изобарный процесс подвода тела и начинается политропное расширение рабочего тела.
Именно это значение угла поворота кривошипа и следует определить для того, чтобы установить интервалы изменения угла в изобарном процессе подвода тепла и в процессе политропного расширения рабочего тела (см. далее).
2. Изменяем с достаточно малым шагом угол поворота кривошипа внутри каждого интервала и для каждого угла определяем объём рабочего тела и его давление.
В методическом пособии приведена упрощенная зависимость 7.1, позволяющая рассчитывать объём рабочего тела при изменении угла поворота кривошипа
V = Vc*(1 + 0.5*(ε-1)*(1+cosφ)).
В этом уравнениии
V – текущий объём рабочего тела;
Vc – объём рабочего тела в конце термодинамического процесса сжатия;
ε – степень сжатия;
φ – угол поворота кривошипа.
Видоизменив эту же зависимость, получим соотношение для определения угла поворота кривошипа в конце изобарного подвода тепла – в начале политропного расширения рабочего тела
cosφz = 2*(Vz/Vc -1)/(ε - 1) - 1
Из этого уравнения
cosφz = 2*(0.00022/0.00015 -1)/12 – 1.
Этому соотношению удовлетворяют два угла поворота кривошипа в конце изобарного процесса подвода тепла
φz = 201° или
φz = 159°.
Из работы кривошипно –шатунного механизма понятно, что
φz = 201°
Приведём результаты выполненных расчётов.
Термодинамический процесс сжатия рабочего тела (интервал изменения угла поворота кривошипа - 0° - 180°).
φ, градус |
P, МПа |
φ, градус |
P, МПа |
φ, градус |
P, МПа |
φ, градус |
P, МПа |
0 |
0.083 |
48 |
0.105 |
96 |
0.224 |
144 |
1.015 |
12 |
0.084 |
60 |
0.119 |
108 |
0.301 |
156 |
1.641 |
24 |
0.087 |
72 |
0.142 |
120 |
0.427 |
168 |
2.472 |
36 |
0.094 |
84 |
0.174 |
132 |
0.642 |
180 |
2.934 |
Для графического изображения термодинамических процессов подвода тепла при постоянном объёме и при постоянном давлении достаточно иметь по две точки в каждом процессе.
Процесс изохорного подвода тепла.
φ = 180°, P=2.934МПа; φ = 180°, P=4.401МПа.
Процесс изобарного подвода тепла.
φ = 180°, P=4.401МПа; φ = 201°, P=4.401МПа.
Политропный процесс расширения рабочего тела
φ, градус |
P, МПа |
φ, градус |
P, МПа |
φ, градус |
P, МПа |
φ, градус |
P, МПа |
201.0 |
4.401 |
244.4 |
1.112 |
287.7 |
0.483 |
331.1 |
0.326 |
215.5 |
2.683 |
258.8 |
0.793 |
302.2 |
0.406 |
345.5 |
0.309 |
229.9 |
1.670 |
273.3 |
0.602 |
316.6 |
0.357 |
360.0 |
0.304 |
Для графического изображения термодинамического изохорного процесса отвода тепла при постоянном объёме достаточно иметь две точки.
φ = 360°, P=0.304МПа; φ = 360°, P=0.083МПа.
Приведенные расчёты позволяют построить индикаторную диаграмму двигателя (см. рис.3 приложения).