Время-сечения фаз газообмена и его определение

Теоретически необходимое время-сечение рассчитывается на основе уравнения расхода:

dÇ = μF√(P / V) Ψdt

В судовых двигателях свободное истечение газов происходит как в надкритической, так и в подкритической области. С учетом этого можно после ряда преобразований получить такую зависимость для теоретически необходимого время-сечения свободного выпуска:

$I_{1} =^{t u} \int_{t n} ƒ_{B} d t = \frac{V_{b} + V_{h}}{2 μ \sqrt{T_{b}}} [(0.496 + 0.102 \frac{P_{T}}{P H}) {(\frac{P_{B}}{P_{T}})}^{0.115} — 0.59 — 0.09 I_{n} \frac{V_{h}}{V_{b}}]$

P_в, V_в, Т_в — параметры газа в точке b цикла;
P_н, V_н — давление и объем в цилиндре в конце фазы свободного выпуска;
P_т — давление в выпускном коллекторе;
μ₁ — коэффициент истечения.

Давления можно принять равными: P_н = (0,9 ÷ 0,95) P_s, Р_т = (0,88 ÷ 0,96) P_s. В первом приближении принимается: V_н ≈ V_d, где V_d — объем цилиндра в момент открытия продувочных окон (или у 4-тактных двигателей — объем цилиндра при положении поршня в НМТ). Величина коэффициента расхода обычно находится в пределах: μ₁ = 0,65 ÷ 0,85. После расчета I₁ объем V_н уточняется, расчет производится во 2-м приближении.

Уравнение (5) позволяет решить и другую задачу — найти величину давления в цилиндре в момент открытия продувочных окон (или в нижней мертвой точке — у 4-тактных двигателей). Для этого в уравнение необходимо подставить располагаемое время-сечение А₁ и решить его относительно давления Pd:

$P_{d} = \frac{0.102 P_{T}}{[μ_{1} 2 \sqrt{T_{B} A_{1} / (V_{b} + V_{d}) + 0.59 + 0.09} I_{n} (V_{d} / V_{b})] {(P_{t} / P_{b})}^{0.115} — 0.496}$

При расчете теоретически необходимого время-сечения принужденного выпуска в 2- тактных двигателях предполагается, что во время всего процесса выпуска давление в цилиндре и в выпускном коллекторе не изменяется, истечение — адиабатное подкритическое. Тогда время-сечение I_II определится так:

$I_{I I} =^{T n} \int_{t H} ƒ_{B} d_{t} = \frac{G_{I I}}{μ_{2} ψ_{B} \sqrt{P_{H} / V_{H}}}$

Вес газов ς_II равен разности между весом воздуха ς_III, поступающим в цилиндр, и весом газов ς₁, вытекающим их цилиндра за период свободного выпуска (весом топлива, подаваемого в цилиндр, пренебрегаем):

Ç_II ≈ Ç_III — Ç_I

где Ç_I = ((P_b V_b ) / (RT_b ) — (P_h V_h ) / (RT_h )) 10⁴

T_h = T_b (P_h / P_b )^(m-1)/m

m — средний показатель политропы расширения; показатель может быть принят равным:

m ≈ 1,3

Ç_III = (V_s φ_г )

V₀ = (RT₀ ) / (P_o 10⁴ )

Ψв — функция перепада давления Рt / Pн:

Ψ_в = √2qk/(k — 1)[(P_h )^2/k — (P_t / P_h )^(k+1)/k

μ₂ — коэффициент расхода;
Обычно находится в пределах: μ₂ = 0,70 ÷ 0,75.

Время-сечение продувки I_III определяется аналогично I_II:

$I_{I I I} =^{t n} \int_{t H} ƒ_{п р} d t = \frac{G_{I I I}}{μ_{3} ψ_{п р} \sqrt{P_{s} / V_{s}}}$

V_s = (RTs) / (Ps 10⁴) — удельный объем воздуха в продувочном ресивере;
Ψ_пр — функция перепада давления Pн / Ps; рассчитывается по формуле (13) или принимается по графикам.

Для оценки достаточности проходных сечений органов газообмена в 2-тактных дизелях находится отношение располагаемого и теоретически необходимого время-сечения фаз газообмена. Обычно это отношение больше 1, т.к. в теоретических расчетах не учитывается динамика газовоздушного потока. Кроме того, необходимо обеспечить запас проходных сечений в процессе эксплуатации. Однако в ряде случаев отношение А₁ / I₁ может быть меньше I, что указывает на возможность заброса газов в продувочный ресивер.

Оценка достаточности проходных сечений может быть сделана и другим путем — расчетом средних условных скоростей истечения газов и воздуха:

W_I = Ç_I V_o / A_I

W_II = (φг V_s — Ç_I v_o ) / A_II

W_III = (φг V_s ) / A_III

Обычно W_I = 180 ÷ 700, W_II = 40 ÷ 250, W_III = 60 ÷ 200 м/сек; верхние значения относятся к высокофорсированным двигателям. Если скорости слишком велики, а отношение А / I меньше I, то это косвенно указывает на плохое качество газообмена из-за недостаточности проходных сечений.

В 4-тактных двигателях достаточность проходных сечений в период принужденного выпуска, продувки и наполнения цилиндра может быть оценена расчетом скоростей истечения за каждую фазу газообмена.