CALCULUL PROCESULUI DE ARDERE

CALCULUL PROCESULUI DE ARDERE

4.1 Adoptarea combustibilului utilizat si a parametrilor de calcul

Calculul procesului de ardere urmareste sa precizeze legea de variatie a presiunii p(α) în perioada degajarii caldurii de reactie în vederea:

determinarii presiunii maxime din cilindru, care defineste solicitarea mecanica a organelor;

precizarii temperaturii f 929c28j luidului motor, care defineste încarcarea termica a organelor în contact cu gazele fierbinti.

Se considera ca arderea se declanseaza cu un avans fata de p.m.i., în punctul d si se dezvolta în faza arderii rapide dupa evolutiile politrope d-c (c - punctul din ciclu, situat în p.m.i.) si c-y (y - punctul în care p=p_max); în faza arderii moderate sau finale, arderea continua dupa izobara y-z si dupa izoterma z-t.

Se admite în plus, variatia caldurilor specifice cu temperatura, dupa relatiile:

În cazul motoarelor cu aprindre prin comprimare se utilizeaza cu precadere combustibili lichizi (motorina). În conformitate cu tema de proiectare se adopta:

4.1.2 Parametrii de calcul

a). Consumul orar de combustibil. A rezultat din calculul procesului de admisie, .

b). Coeficientul de exces de aer. Se adopta λ=1,4.

c). Coeficientul gazelor reziduale. A rezultat din calculul procesului de admisie, .

d). Unghiul la arborele cotit corespunzator punctului d. A rezultat din calculul procesului de comprimare, .

e). Temperatura gazelor în punctul d. A rezultat din calculul procesului de comprimare .

f). Presiunea gazelor în punctul d. A rezultat din calculul procesului de comprimare .

4.2 Calculul oxigenului si aerului minim necesar arderii complete

4.2.1 Calculul oxigenului minim necesar arderii complete

Pe baza ecuatiilor chimice de ardere completa a substantelor initiale din combustibil (carbon si hidrogen) rezulta cantitatea minima de oxigen provenit din aerul atmosferic necesar pentru arderea completa a unui kg combustibil cu relatia:

(4.3)

unde: c, h, o - reprezinta participatiile masice ale carbonului, hidrogenului si oxigenului la 1 kg de combustibil. Cunoscând ca masa moleculara a oxigenului este , rezulta:

(4.3^*)

4.2.2 Calculul cantitatii de aer minim necesara arderii complete

Se determina cunoscând compozitia gravimetrica si volumetrica a aerului:

(4.4)

De asemenea, cunoscând ca masa moleculara a aerului este M_a=28,97, rezulta:

(4.4^*)

4.3 Calculul marimilor si indicilor caracteristici ai procesului de ardere

a). Numarul de kmol de substanta pentru 1kg combustibil este:

(4.5)

unde: Mc=masa moleculara a combustibilului.

b). Numarul de kmoli de substanta initial care participa la reactia chimica de ardere:

(4.6)

c). Fluidul motor este un amestec de gaze. Înainte de ardere, in admisie si comprimare, amestecul este format din aer, gaze reziduale, vapori de combustibil si se numeste amestec initial. Numarul de kmoli de amestec initial este:

(4.7)

d). Calculul coeficientului chimic de variatie molara. Întrucât combustibilii lichizi sunt alcatuiti din hidrocarburi (C_mH_n) cu n>4 rezulta ca arderea în motoare se desfasoara cu dilatatie molara. Pentru calculul arderii în motor este comod sa se calculeze coeficientul chimic de variatie molara: . Având în vedere ca λ>1 se va folosi relatia:

(4.8)

e). Numarul de kmoli de gaze arse:

(4.9)

f). Coeficientul total de variatie molara are relatia:

(4.10)

g). Caldura degajata ca urmare a arderii incomplete. Pentru mac (λ>1) arderea se considera completa; combustibilul degaja prin ardere întreaga putere calorica.

h). Puterea calorica a amestecului (Q_am) - reprezinta raportul dintre puterea calorica inferioara a combustibilului (pentru motorina Q_i=41850 kJ/kg) si masa de fluid proaspat ce revine la un kg de combustibil.

(4.11)

i). Caldura disponibila care se transforma în lucru mecanic si energie interna:

, (4.12)

unde: Q=Q_i, pentru λ>1;

ξ_u reprezinta coeficientul caldurii utile;

ξ_u=0,86 . 0,9 pentru mac Se adopta ξ_u=0,88.

j). Întârzierea la declansarea injectiei:

(4.13)

l). Durata întârzierii la aprindere:

(4.14)

4.3.1 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere în punctul c

a). Unghiul corespunzator punctului c:   

b). Presiunea gazelor în punctul c.    , (4.15)

unde: reprezinta viteza medie de crestere a presiunii (

c). Volumul gazelor în punctul c

d). Raportul de volum în timpul arderii rapide.

(4.16)

unde: a=0,9.

e). Exponentul politropic al arderii rapide:

(4.17)

f). Temperatura în punctul c.

(4.18)

4.3.2 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere în punctul y

a). Unghiul corespunzator punctului y: (4.19)

b). Presiunea gazelor în punctul y. (4.20)

d). Raportul volumetric în punctul y:

(4.21)

unde: a=0,9.

e). Exponentul politropic al evolutiei c-y: (4.22)

f). Temperatura în punctul y:

(4.23)

În faza arderii rapide, de la d la y, se elibereaza caldura de reactie - Q_dy= u_dy-L_dc+L_cy , care pe baza relatiilor care definesc variatia energiei interne si lucrul mecanic, devine:

unde: T_o=273 K, iar si se înlocuiesc cu relatiile de tip (4.2), respectiv (4.1), în care T=T_y, respectiv T=T_d.

=23,24+2,11·10^-3·T_y =23,24+2,11·10^-3·2281=28,05   

=19,67+2,51·10^-3·T_d =19,67+2,51·10^-3·1003=22.18 .

Daca se înlocuiesc aceste valori în ecuatia (4.25) se obtine Q_dy=30523 kJ/kg.

Fractiunea din Q_u care intra în reactie în faza d-y este:

(4.25)

Durata fazei de ardere rapida în ˚RAC, respectiv în secunde se poate determina cu relatiile:

(4.26)

(4.27)

Viteza medie de ardere, în faza arderii rapide este:

(4.28)