Что такое среднее индикаторное давление двс

26.10.202330.04.2022 admin 0 Comments

Основы теплотехники

Энергетические и экономические показатели работы ДВС

Действительная индикаторная диаграмма

Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной.
Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме (рис. 1).
Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня). Как известно, точки с и z‘, полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из индикаторной диаграммы (пунктирная линия b’bb”).

Индикаторные показатели

Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров.
К индикаторным показателям относятся:

Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление – это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:

где L_i – работа газов за один цикл в одном цилиндре двигателя; p_i – среднее индикаторное давление; F – площадь поршня; S – ход поршня; V_h – рабочий объем цилиндра.

Тогда можно записать:

Т. е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования объема цилиндра.

Значения p_i могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам. При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:

Так как работа (и среднее индикаторное давление) действительных циклов на самом деле меньше, чем расчетных циклов, то с учетом коэффициента скругления φ_i индикаторной диаграммы:

С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь F_i :

где m_р – масштаб диаграммы по оси ординат; l – длина диаграммы по оси абсцисс.

Индикаторная мощность

Индикаторная мощность N_i – это мощность, которая развивается газами внутри цилиндра. В общем случае мощность – это скорость выполнения работы, т. е. работа, совершаемая в единицу времени. Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 мин рассчитывается по формуле:

где n – частота вращения коленчатого вала; τ – число тактов; i – число цилиндров.

Тогда работа, совершаемая газами за 1 сек, т. е. индикаторная мощность будет равна:

Индикаторный КПД

Индикаторный КПД η_i – это отношение теплоты, преобразованной в индикаторную работу Q_i к общему количеству теплоты затраченного топлива Q₁ :

где G_тц – цикловая подача топлива; H_и – низшая теплотворная способность топлива.

Для оценки степени уменьшения использования теплоты в действительном цикле по сравнению с термодинамическим циклом используют относительный КПД η_o :

Индикаторный удельный расход топлива

Другим показателем, характеризующим экономичность действительного цикла, является индикаторный удельный расход топлива g_i :

где G_т – часовой расход топлива.

Удельный индикаторный расход топлива и индикаторный КПД связаны между собой отношением:

Из уравнения (6) получим:

Подставив это выражение в уравнение (2), получим:

Выразив цикловую подачу топлива в зависимости от цикловой подачи воздуха и коэффициента избытка воздуха, и подставив эти выражения в предыдущее уравнение, получим:

Факторы, влияющие на индикаторные показатели

На индикаторные показатели оказывают влияние следующие факторы:

1. Топливо

Изменение фракционного состава топлива в зависимости от способа смесеобразования приводит к ухудшению или улучшению индикаторных показателей.

2. Состав смеси

Для дизельных и карбюраторных двигателей состав смеси оказывает различное влияние (рис. 2).
У карбюраторного двигателя наибольшее значение индикаторного КПД достигается при α = 1,05…1,1, когда имеет место полное и достаточно быстрое сгорание топлива.
У дизелей вследствие недостатков внутреннего смесеобразования топлива полностью сгорает при α = 2,5…4,0, чему способствует наибольшее значение индикаторного КПД. Уменьшение коэффициента избытка воздуха от указанных значений приводит к недогоранию топлива, увеличению тепловых потерь с воздухом, не участвующим в горении.

3. Угол опережения зажигания

С увеличением угла опережения зажигания увеличивается максимальное давление сгорания, «жесткость» работы, потери теплоты в окружающую среду. При позднем зажигании процесс сгорания смещается на процесс расширения, из-за чего падает давление и с ним индикаторная работа. Поэтому КПД снижается при любом отклонении угла опережения зажигания от оптимального.

4.Частота вращения коленчатого вала

Рост частоты вращения коленчатого вала приводит к увеличению индикаторного КПД, поскольку сокращается время цикла и суммарная теплоотдача в стенки цилиндров. Однако при некоторых максимальных значениях частоты вращения коленчатого вала индикаторный КПД падает, так как догорание топлива все более завершается на линии расширения (по индикаторной диаграмме).

5. Нагрузка

7. Степень сжатия

Степень сжатия влияет на индикаторный КПД также, как и на термодинамический КПД, поэтому при проектировании двигателей стремятся к увеличению степени сжатия. Однако у карбюраторных двигателей увеличение степени сжатия ограничено детонацией. У дизельных двигателей индикаторный КПД при увеличении степени сжатия более некоторых оптимальных значений будет изменяться незначительно.

8. Климатические условия (окружающая среда)

При увеличении температуры окружающей среды и снижении давления уменьшается наполнение цилиндров по массе. При неизменной подаче топлива уменьшается коэффициент избытка воздуха, что ведет к снижению показателей индикаторного КПД и индикаторного давления.

Источник

Среднее индикаторное давление

Действительная индикаторная диаграмма

Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Действительные и расчетные индикаторные диаграммы:
а — карбюраторного двигателя; б — дизеля

(сплошная линия — расчетный цикл, пунктирная линия — реальный цикл)

Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня).

Как уже отмечалось в разделе 4.1, точки с и z’, полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из расчетной индикаторной диаграммы (пунктирная линия b’bb»).

В результате площадь действительной индикаторной работы (штриховые линии) оказывается меньше расчетной (сплошные линии).

Для получения действительной индикаторной диаграммы используют коэффициент скругления φ_i.

Значения коэффициента скругления в зависимости от типа четырехтактного двигателя от 0,92 до 0,97.

Индикаторные показатели

Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров. К индикаторным показателям относятся: индикаторная мощность N_i, среднее индикаторное давление р_i, индикаторный КПД η_i, удельный индикаторный расход топлива g_i.

Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление — это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:

, (4.1)

где L_i — работа газов за один цикл в одном цилиндре,

p_i — среднее индикаторное давление,

V_h — рабочий объем цилиндра.

,(4.2)

т.е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования рабочего объема цилиндра.

Значения р_i могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам.

При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:

,(4.3)

где L’_yz + L’_zb — индикаторная работа расширения расчетного цикла дизеля,

Работа процесса сгорания (кривая yz) при постоянном давлении рассчитывается по формуле

,(4.4)

и ,

Работа процесса расширения (кривая zb) рассчитывается по формуле

,(4.5)

После преобразования, учитывая, что

Работа сжатия (кривая ас) рассчитывается по формуле

(4.6)

Подставив полученные выражения для отдельных участков цикла из уравнений (4.4), (4.5) и (4.6) в уравнение (4.3) и вынеся за скобки произведение р_сV_с, получим выражение для общей работы расчетного цикла:

Подставив последнее выражение в уравнение (4.2), получим

где p’_i — среднее индикаторное давление расчетного цикла.

Так как V_c/V_h = (1/ε – 1), то окончательно для дизеля

Для двигателей с принудительным воспламенением ρ=1, V_b/V_z = ε, поэтому уравнение примет вид

С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь F_i:

где m_р — масштаб диаграммы по оси ординат;

l — длина диаграммы по оси абсцисс.

Дата добавления: 2017-02-13 ; просмотров: 7548 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Что такое среднее индикаторное давление двс

Главное меню

Судовые двигатели

Площадь внутри теоретической индикаторной диаграммы дизеля, построенной в координатах рV, представляет собой в некотором масштабе теоретическую работу L _i ’, совершаемую газами внутри цилиндра за один цикл. Работа L _i совершается переменным давлением.

Для удобства вычислений вводится понятие среднего теоретического индикаторного давления газа р _i ’, под которым понимают условное среднее постоянное давление в цилиндре, действующее на поршень в течение одного его рабочего хода и совершающего ту же работу L _i ‘.

L _i = p _i ’ V _s (147)

При отсутствии планиметра площадь F можно определить приближенно методом средних ординат. Длину диаграммы l=V _s делят на 10 равных частей (см. рис. 207, б ); затем условно принимают, что ординаты давлений p ₁ , p ₂ , p ₃ , …, p _10, заключенные внутри контура индикаторной диаграммы и расположенные посередине длины между вертикальными границами участка, постоянны для каждого отдельного участка. Тогда р _i находят по выражению:

Среднее теоретическое индикаторное давление р _i ‘ может быть также вычислено по параметрам, характеризующим работу двигателя и определяемых в расчете цикла. Из уравнения (147)

где L ₁ — работа газа на участке cz’ при V = const и L ₁ = 0;

L ₂ —работа газа на участке z’z (горение происходит при р = const)

Данное выражение для L _i ’ подставляют в уравнение (148) и, произведя ряд преобразований, получают расчетную формулу для определения р _i ‘ в цикле смешанного сгорания:

Это выражение пригодно для четырехтактных двигателей. Для двухтактных р _i относят к полному ходу поршня, причем для двухтактных с прямоточно-клапанной продувкой

Для двухтактных двигателей с другими типами продувок

р _i = р _i ‘(1 – ? _s ). (149б)

Действительная индикаторная работа газа в цилиндре за один цикл по аналогии с формулой (147)

L _i = р _i V _s . (150)

Общую формулу для четырехтактных и двухтактных двигателей получают, введя коэффициент тактности k , равный 0,5 для четырехтактных и единице для двухтактных простого действия.

Следовательно, индикаторная мощность в одном цилиндре

Подставив значение N _i из формулы (151), находят

Произведение p _і p _м = p _э называется средним эффективным давлением газа в цикле и представляет собой условное постоянное давление, действующее на поршень за цикл и совершающее работу, равную полезной работе на фланце коленчатого вала.

Таким образом, эффективная мощность двигателя