Тепловой расчет дизельного двигателя, паровой турбины, термодинамический расчет цикла газотурбинной установки (стр. 2 )

(1.8)

где        рк – давление наддува, МПа;

Выбирается расчетное давление окружающего воздуха

МПа.

Определяется давление в цилиндре в конце выпуска газа:

для двигателей с газотурбокомпрессором, МПа,

(1.9)

где        рр – давление газов в ресивере газотурбокомпрессора, МПа; его можно определить по формуле

,

где        в0 – химический коэффициент молекулярного изменения;

               зГТК=зкзт – КПД газотурбокомпрессора;

               Тт – температура газов перед турбиной;

               k – показатель адиабаты воздуха, k=1.41;

       kт – показатель адиабаты выхлопных газов.

Это уравнение получено из равенства Nт = Nк, справедливого для газотурбокомпрессора, в котором турбина и компрессор посажены на один вал, не связанный с валом двигателя.

Принимая допустимое по прочности лопаток турбины значение Тт и среднее значение зГТК, можно построить график (рис. 1) зависимости рр = f(рк), по которому и определяют значения рр.

8

Соответственно при рк = 0,135 МПа, рр = 0,1175 МПа.

Тогда по формуле (1.9):

Подсчитывается давление при входе в компрессор, МПа,

,  (1.10)

где        Дрк = 0,030,05 МПа;

.

Рисунок 1 – Зависимость давления газов в ресивере газотурбокомпрессора от давления наддува

Принимается температура окружающего воздуха Токр = 288 К.

Вычисляется температура воздуха при выходе из компрессора, К,

(1.11)

где        k – показатель адиабаты (для воздуха k = 1,41);

       ηад = ηк /ηм – адиабатный КПД компрессора (полный КПД компрессора ηк = 0,65, механический КПД ηм = 0,97),ηад = 0,65 / 0,97 = 0,67;

9

Вычисляется температура воздуха в цилиндре в конце всасывания с учетом нагрева от стенок цилиндра, К,

(1.12)

где        ΔТ = 13°С;

Температуру выпускных газов в цилиндре в конце выпуска принимаем

Тr = 800 К.

Определяется коэффициент остаточных газов:

(1.13)

Так как γ = 3,3 < 10 %, то расчет выполнен с допустимой погрешностью.

Вычисляется действительный коэффициент молекулярного изменения:

;  (1.14)

Температура смеси в цилиндре в начале сжатия с учетом остаточных газов, К, с достаточной степенью точности может быть определена по формуле:

(1.15)

Определяется коэффициент наполнения для дизелей:

(1.16)

1.2.2.        Процесс сжатия

Выбирается показатель политропы сжатия n1 = 1,33.

Вычисляется температура конца сжатия, К,

10

(1.17)

Определяется давление конца сжатия, МПа,

(1.18)

1.2.3.        Процесс сгорания

Подсчитывается низшая теплотворность топлива:

(1.19)

Где  Qн– низшая теплотворность топлива, кДж/кг;

В основу расчета процесса сгорания положен цикл со смешанным подводом тепла. Температура конца сгорания, ˚С, определяется по формуле:

(1.20)

  где μСpmz – теплоемкость в конце сгорания при постоянном давлении, кДж/(моль∙˚С);

  μСvmc – теплоемкость в конце сжатия, кДж/(моль∙˚С);

ξ – коэффициент видимого выделения тепла, в нашем расчете примем равным 0,8;

λ – степень повышения давления в процессе сгорания при постоянном объеме, в нашем расчете примем равным: , где Рz – допускаемое давление сгорания, Рz = 5, следовательно .

Значение теплоемкости в конце сжатия для дизелей может быть с достаточной степенью точности определено по формуле:

(1.21)

11

А значение теплоемкости в конце сгорания – по формуле:

(1.22)

Примечание. Так как температура сгорания неизвестна, то нужно задаться ориентировочным значением tz, определить μСpmz и затем получить расчетное значение tz. По полученному значению tz, если оно существенно отличается от принятого, нужно провести новый расчет и так до совпадения расчетного значения tz с принимаемым ориентировочно для определения μСpmz.

Произведя данные вычисления получим:

По найденной температуре tz определяется степень предварительного расширения:

(1.23)

Так как с больше 1, то принятое значение л соответствует допустимым пределам.

Расчет процесса сгорания заканчивается определением наивысшего давления цикла, Мпа:

1.2.4.        Процесс расширения

В двигателях высокого сжатия со смешанным сгоранием происходит предварительное расширение при постоянном давлении рm = рz (степень предварительного расширения с) и последующее политропное расширение (степень последующего расширения д).

(1.24)

 

12

Для расчета процесса расширения необходимо выбрать показатель политропы расширения n2. Показатель политропы расширения принимается равным 1,3.