Скачать 71.11 Kb.
|
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:
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 задачиЗадача 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 φ. Начало отсчёта угла φ выбирают в начале такта впуска при положении поршня в ВМТ, поэтому рас- чёт рабочего цикла ведут в диапазоне φ=180…450°. Шаг интегрирования выбирают в пределах ∆φ=1..5°. Физико-математическая модель рабочего циклаОсновная 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): , (1) где Vc-объём камеры сжатия, м3; Fп-площадь поршня, м2; rk-радиус кривошипа, м; λk-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Путём дифференцирования соотношения (1) получим приращение объёма: (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=∆mтц×dx, (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: , (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: , (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(φ), m(φ), T(φ), P(φ) и построить индикаторную диаграмму. Для этого дополняют соотношениями, описывающими закономерности сгорания и теплообмена. Элементарное количество теплоты, подведенное к рабочему телу при сгорании: dQc=Hu×∆mтц×dx, (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 α ≥ 1 Hu=Huт при α < 1 Hu=Huт-120×106(1-α)Lo, (8) где α - коэффициент избытка воздуха; 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: (9) где m1 - эмпирический показатель сгорания, зависящий от типа двигателя (способа смесеобразования); φс,φz - 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 φc ≤ φ ≤ φz, в других случаях, когда φ < φс или φ > φz, 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: (10) где αw - коэффициент теплоотдачи; Fw - поверхность теплоотдачи; Tw - температура стенок; ώ - угловая скорость вращения вала. В течение рабочего цикла ДВС возможны соотношения Tw >< Т. Если Tw>Т, то dQw>0, это означает, что тепловой поток направлен от стенок к рабочему телу. Если Tw < Т, то dQw < 0, и тепловой поток направлен от рабочего тела в стенки. 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: (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: , (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 αw 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: , (13) где αw - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2×К); 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 = ∫p×dV, (14) среднее индикаторное давление Pi = Li / Vh, (15) где Vh - рабочий объём цилиндра, м3; индикаторная мощность Ni = Li×n / τ, (16) где n - частота вращения вала; τ - коэффициент тактности (для четырёхтактных ДВС τ=2). По формуле (16) определяется мощность в одном цилиндре. В качестве экономических показателей служат: индикаторный КПД , (17) удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт×ч) , (18) Эффективные показатели двигателя определяют, используя механический КПД ηm, который оценивают по статистическим данным: Pe = Pi× ηm, Ne = Ni× ηm, ηe = ηi×ηm, ge = gi / ηm. Систему уравнений, приведенную в данном разделе, решают численными методами с помощью ЭВМ. Для этого составляют алгоритм и программу расчётов. |
Направление подготовки и уровень образования Последующие: теория и методика физической культуры, теория и методика обучения базовым видам спорта, повышение профессионального... | Зачетные требования к уровню подготовки студентов III курса физб-о-д Анатомия, физиология, биомеханика, педагогика, психология, теория и методика физической культуры, теория и методика физического воспитания,... | ||
Учебно-методический комплекс дисциплины опд. Ф. 17 Теория и методика... ДС. 02. 1 «Ботаника» составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | «Теория и методика избранного вида спорта» Изучение данной дисциплины базируется на освоении студентами дисциплин базовой части профессионального цикла «Педагогика», «Теория... | ||
Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... ... | Статья начинается с разбора примера задачи принятия решения выбора... Орлов А. И. Теория принятия решений с позиций менеджмента. – Журнал «Современное управление». 2000. No С. 23-42 | ||
Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... «Теория и методика преподавания иностранных языков и культур» (031201. 65), «Перевод и переводоведение» (031202. 65), «Теория и практика... | Решение кафедры «Теория и методика обучения технологии», «Теория и методика обучения экономике и предпринимательствау» | ||
Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальной дисциплине... Направленность (профиль) программы аспирантуры Теория и методика профессионального образования | Программа дисциплины «Теория и методика обучения русскому языку» Опд. Ф. 04. Теория и методика обучения русскому языку и литературе (часть 1-ая — теория и методика обучения русскому языку) | ||
Учебно-методический комплекс по мдк методика триз (теория решения изобретательских задач) Составитель: Григорьева Александра Николаевна, преподаватель гбоу спо по «Опочецкий индустриально-педагогический колледж» | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Опд. Ф. 04. Теория и методика обучения русскому языку и литературе (часть 1-ая — теория и методика обучения русскому языку) | ||
Рабочая программа учебной дисциплины «Теория и методика избранного вида спорта» Пояснительная записка по изучению (модуля) «Теория и методика избранного вида спорта». (бокс) | Урок ознакомления с новым материалом Планируемый результат: учащиеся решат задачу на движение, используя ос решения текстовой задачи, продемонстрируют уровень усвоения... | ||
«Умножение и деление алгебраических дробей» Планируемый результат: учащиеся решат задачу на движение, используя ос решения текстовой задачи, продемонстрируют уровень усвоения... | Лозневая Надежда Сергеевна Проект урок Планируемый результат: учащиеся решат задачу на движение, используя ос решения текстовой задачи, продемонстрируют уровень усвоения... |