Конспект лекции «Процесс сжатия»


Автор: Малышев Юрий НиколаевичСсылка на страницу с работой: https://infourok.ru/konspekt-lekcii-process-szhatiya-666223.html§ 1.5. Процесс сжатия
Характер теплообмена. Степень сжатия. Показатель политропы. Параметры конца процесса
-64135124460Процесс сжатия происходит при перемещении поршня от начала закрытия выпускных органов (точка а) до ВМТ поршня (точка с). В дизелях можно допустить, что
89535105410Рис. 1.14. Схема изменения показателей процесса сжатия
00Рис. 1.14. Схема изменения показателей процесса сжатия
в процессе сжатия не происходит изменения состава и массы рабочего тела. Объем и масса впрыскиваемого в конце хода сжатия топлива составляют незначительную величину, утечки рабочего тела через уплотнительные кольца в исправном судовом дизеле практически отсутствуют.
Задачей расчета сжатия является определение давления и температуры рабочего тела (смесь свежего заряда воздуха и остаточных газов) в конце сжатия рс и Тс.
Сжатие представляет собой сложный процесс, который сопровождается в начальной стадии подогревом рабочего тела от нагретых деталей цилиндра. По мере сжатия давление и температура рабочего тела возрастают и в заключительной стадии направление теплового потока изменяется - тепло отводится от рабочего тела в стенки цилиндра.
Рис. 1.14 иллюстрирует качественную картину сжатия. Теоретическая кривая сжатия показана штриховой линией a-c. Так как в ходе сжатия температура возрастает, то показатель адиабаты сжатия к1 несколько снижается (показано штриховой линией). Действительная кривая сжатия на рисунке показана сплошной линией а-с.
Сопоставление кривых сжатия показывает, что в начальной стадии сжатия в связи с подогревом рабочего тела действительная кривая расположена выше теоретической. В некоторый момент (точка 1 на рисунке) она пересекает теоретическую кривую. В этот момент температура рабочего тела и стенок цилиндра равны и теплообмен отсутствует (квазиадиабатная точка), в дальнейшем линия сжатия проходит ниже теоретической из-за отвода тепла. В связи с отводом тепла давление и температура рабочего тела в конце сжатия в действительном цикле ниже, чем в теоретическом.
Для расчета параметров в конце сжатия используются уравнения политропного процесса
pVn = const и TVn-1 = const. (1.30)
Для точного описания действительного процесса сжатия показатель политропы п в уравнениях (1.30) должен быть переменным по ходу сжатия, как показано на рис. 1.14 (здесь n=п1'). По опытным данным для судовых дизелей диапазон изменения п1' - от 1,5 в начале сжатия, до 1,1 у ВМТ.
Расчет процесса сжатия с переменным показателем был бы чрезмерно сложным, поэтому в теории ДВС принято, что сжатие происходит по политропе с условным средним постоянным показателем политропы nх. Для минимизации погрешности в определении параметров рс и Тс величину nх выбирают таким образом, чтобы при расчете с выбранным значением постоянного показателя получалась та же работа сжатия, что и при истинном переменном показателе.
Наиболее простой метод определения среднего показателя политропы сжатия и состоит в следующем. При наличии экспериментальной индикаторной диаграммы по ней определяют давления в начале и конце сжатия - раэ и рсэ. Запишем уравнения политропного процесса для начала и конца сжатия раэ Van1= рcэ Vcn1..Прологарифмировав и преобразовав это уравнение, получим расчетную формулу в виде
2693035384175
Для двухтактных дизелей в уравнение (1.31) подставляется значение действительной степени сжатия. В расчетах при проектировании дизелей используют более сложную методику определения среднего показателя политропы сжатия.
По опытным данным в судовых малооборотных и среднеоборотных дизелях n1=1,34-1,37, в высокооборотных – п1=1,38-1,39. Значение среднего показателя политропы зависит от соотношения между количеством тепла, подведенного к рабочему телу в начале сжатия и отведенного в конце (см. рис. 1.14). В судовых дизелях с наддувом используется интенсивное охлаждение поршней, поэтому у них теплоотвод преобладает, и - среднее значение показателя адиабаты сжатия. В высокооборотных дизелях с неохлаждаемыми поршнями вследствие преобладания подогрева рабочего тела при сжатии значения n1 могут превышать k1Cp, а в дизелях с воздушным охлаждением цилиндров даже достигать значения 1,42.
Давление и температура рабочего тела в конце сжатия могут быть получены из уравнений политропных процессов, записанных в виде
Решим уравнения политроп относительно рс и Тс

В формулах (1.33 и 1.34) для двухтактных двигателей записывается действительная степень сжатия.
Из полученных формул следует, что параметры рабочего тела в конце сжатия пропорциональны их значениям в начале сжатия и зависят от степени сжатия. В современных высокофорсированных дизелях рс на полной нагрузке достигает 120-140 бар при степени сжатия 12-14. Это обусловлено тем, что давления рс, ра и рs связаны между собой примерно пропорциональной зависимостью. По этой же причине при уменьшении нагрузки дизеля рс снижается, достигая значений 35-37 бар на режиме малого хода (или холостого хода при работе с постоянной частотой вращения).
В отличие от давления, Тс изменяется незначительно и для разных дизелей составляет 850-950 К ( при изменении нагрузки дизеля Тс также существенно не изменяется). Постоянство Тс объясняется тем, что температура в начале сжатия не изменяется вследствие поддержания температуры надувочного воздуха в продувочном ресивере в узких пределах, так как Та примерно пропорциональна Ts.
При пуске холодного двигателя из-за усиленного теплоотвода в стенки цилиндра п1 снижается до 1,2-1,25, поэтому температура в конце сжатия будет низкой. В связи с этим степень сжатия при проектировании дизелей выбирают достаточной для обеспечения устойчивого самовоспламенения топлива на пусковых режимах. Нижний ее предел для судовых дизелей составляет εmin =11, что обеспечивает Тс не менее 800° К и гарантирует их надежный пуск при температуре воздуха в машинном отделении +7°С (это требование к судовым дизелям выдвигается классификационными обществами, в частности Российским Морским Регистром Судоходства). В высокооборотных дизелях с полуразделенными и разделенными камерами сгорания, имеющими относительно большую суммарную поверхность теплоотвода для обеспечения пуска степень сжатия может составлять 18-23.
Верхний предел для ε обусловлен необходимостью ограничения максимального давления сгорания, которое связано с величиной давления надува В современных судовых дизелях с наддувом pz = 140-180 бар и более, поэтому для его ограничения степень сжатия составляет 14-15. По мере совершенствования конструкции, будет обеспечиваться прочность и надежность двигателя при больших значениях pz, поэтому верхний предел ε может изменяться в сторону увеличения.
Отмеченное касается дизелей с обычной организацией рабочего процесса, когда топливо подается в цилиндр до ВМТ поршня и действительный цикл имеет своим аналогом идеальный термодинамический цикл со смешанным подводом тепла. Некоторые дизелестроительные концерны (например, финский концерн «Вяртсиля») оптимизировали рабочие циклы судовых среднеоборотных дизелей с целью снижения образования в цилиндрах экологически вредных оксидов азота. Для этого применяется позднее начало подачи топлива в цилиндр, а для сохранения КПД существенно повышается степень сжатия (см. раздел 1.1). Величина степени сжатия подбирается с таким расчетом, чтобы рс достигло уровня pz (180-190 бар). Вследствие поздней подачи топлива его сгорание происходит после ВМТ и рz лишь незначительно превышает рс. Рабочий цикл в этом случае похож на идеальный цикл Дизеля.
Литература
1.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с. Страницы 30-33
2.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с. Страницы 38-43
3.Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев – М.:Транспорт, 1990. - 360 с
Страницы 217-220

Приложенные файлы

  • docx file136
    Размер файла: 69 kB Загрузок: 0