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:
- Pв, Vв, Тв — параметры газа в точке b цикла;
- Pн, Vн — давление и объем в цилиндре в конце фазы свободного выпуска;
- Pт — давление в выпускном коллекторе;
- μ1 — коэффициент истечения.
Давления можно принять равными: Pн = (0,9 ÷ 0,95) Ps, Рт = (0,88 ÷ 0,96) Ps. В первом приближении принимается: Vн ≈ Vd, где Vd — 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 Vн 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:
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 III определится так:
Вес газов ςII равен разности между весом воздуха ςIII, поступающим в цилиндр, и весом газов ς1, вытекающим их цилиндра за период свободного выпуска (весом топлива, подаваемого в цилиндр, пренебрегаем):
ÇII ≈ ÇIII – ÇI
где ÇI = ((Pb Vb ) / (RTb ) – (Ph Vh ) / (RTh )) 104
Th = Tb (Ph / Pb )(m-1)/m
m — средний показатель политропы расширения; показатель может быть принят равным:
m ≈ 1,3
ÇIII = (Vs φг )
V0 = (RT0 ) / (Po 104 )
Ψв — функция перепада давления Рt / Pн:
Ψв = √2qk/(k – 1)[(Ph )2/k – (Pt / Ph )(k+1)/k
- μ2 — коэффициент расхода;
- Обычно находится в пределах: μ2 = 0,70 ÷ 0,75.
Время-сечение продувки IIII определяется аналогично III:
- Vs = (RTs) / (Ps 104) — удельный объем воздуха в продувочном ресивере;
- Ψпр — 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:
WI = ÇI Vo / AI
WII = (φг Vs – ÇI vo ) / AII
WIII = (φг Vs ) / AIII
Обычно WI = 180 ÷ 700, WII = 40 ÷ 250, WIII = 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.
Смотрите также:
а) Определение располагаемого время сечения