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) īn perioada degajarii caldurii de reactie īn vederea:

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

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

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

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

Īn cazul motoarelor cu aprindre prin comprimare se utilizeaza cu precadere combustibili lichizi (motorina). Īn 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 īn punctul d. A rezultat din calculul procesului de comprimare .

f). Presiunea gazelor īn 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. Cunoscānd ca masa moleculara a oxigenului este , rezulta:

(4.3^*)

4.2.2 Calculul cantitatii de aer minim necesara arderii complete

Se determina cunoscānd compozitia gravimetrica si volumetrica a aerului:

(4.4)

De asemenea, cunoscānd 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. Īnainte 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. Īntrucāt combustibilii lichizi sunt alcatuiti din hidrocarburi (C_mH_n) cu n>4 rezulta ca arderea īn motoare se desfasoara cu dilatatie molara. Pentru calculul arderii īn motor este comod sa se calculeze coeficientul chimic de variatie molara: . Avānd īn 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 īntreaga 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 īn 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). Īntārzierea la declansarea injectiei:

(4.13)

l). Durata īntārzierii la aprindere:

(4.14)

4.3.1 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere īn punctul c

a). Unghiul corespunzator punctului c:   

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

unde: reprezinta viteza medie de crestere a presiunii (

c). Volumul gazelor īn punctul c

d). Raportul de volum īn timpul arderii rapide.

(4.16)

unde: a=0,9.

e). Exponentul politropic al arderii rapide:

(4.17)

f). Temperatura īn punctul c.

(4.18)

4.3.2 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere īn punctul y

a). Unghiul corespunzator punctului y: (4.19)

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

d). Raportul volumetric īn punctul y:

(4.21)

unde: a=0,9.

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

f). Temperatura īn punctul y:

(4.23)

Īn 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 īnlocuiesc cu relatiile de tip (4.2), respectiv (4.1), īn 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 īnlocuiesc aceste valori īn ecuatia (4.25) se obtine Q_dy=30523 kJ/kg.

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

(4.25)

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

(4.26)

(4.27)

Viteza medie de ardere, īn faza arderii rapide este:

(4.28)