Основные виды тепловыделения

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

Кафедра автомобилей и сервиса Дисциплина «Конструкция и основы расчеты автомобильных двигателей»

РЕФЕРАТИВНАЯ РАБОТА

«Основные виды тепловыделения»

Студент АХ2−121-ОБ А. С. Костенко Руководитель Канд. техн. наук, доцент А. И. Новиков Воронеж 2014

ВВЕДЕНИЕ

Сгорание является сложным физико-химическим процессом. На большую часть показателей двигателя влияют, однако, не физико-химические особенности процесса сгорания, а закономерности тепло выделения и вызываемого им изменения давления и температуры в цилиндре. Ими определяются энергетические, экономические и экологические показатели цикла, статические и динамические нагрузки на детали и т. п. Благоприятные показатели работы двигателя обеспечиваются на номинальном режиме при тепловыделении, начинающемся за 5…15° до ВМТ, вызывающем равномерное повышение давления в интервале углов поворота коленчатого вала 15…30° и в основном завершающемся за 45…50°.

В двигателях внутреннего сгорания наблюдается два основных вида тепловыделения:

— Однократное тепловыделение;

— Двукратное тепловыделение.

1. Однократное тепловыделение Наиболее общий случай однократного тепловыделения в дизеле, когда скорость тепловыделения имеет два ярко выраженных максимума, показан на рис. 1.1. Первый максимум обусловлен быстрым сгоранием паров топлива, которые образовываются в момент задержки воспламенения. Предпламенные реакции, протекающие в период задержки воспламенения, готовят смесь к тепловому взрыву[1].

Рис. 1.1 — Зависимость скорости однократного тепловыделения от времени с двумя максимумами:

1- кинетическая фаза; 2- диффузионная фаза При тепловом взрыве весь объем КС быстро охватывается пламенем, скорость тепловыделения за короткий промежуток времени стремительно увеличивается и, достигая определенного максимума, также быстро уменьшается. В гетерогенной топливовоздушной смеси в локальных зонах, где имеется избыток паров топлива, полностью расходуется окислитель, что приводит к резкому снижению скорости тепловыделения после достижения первого максимума. В этот промежуток времени преобладает кинетический механизм горения, поэтому первую фазу процесса сгорания называют кинетической фазой или кинетическим периодом. Кинетическая фаза характеризуется образование в КС локальных зон, внутри которых сосредоточены продукты сгорания, несгоревшие пары и капли топлива, снаружизоны с воздухом или смесью воздуха с продуктами сгорания. Скорость тепловыделения зависит от интенсивности взаимного проникания этих зон, т. е. от турбулентной диффузии. Доминирующим оказывается диффузионный механизм горения, поэтому вторую фазу процесса сгорания называют диффузионной. В диффузионной фазе решающую роль играют физические процессы, а в кинетическойхимические, и, как видно на рис. 1.1, в дизеле больше времени занимает диффузионный механизм горения[3].

В дизелях отличают три механизма диффузного горения:

— капельный;

— паров топлива в сплошном фронте пламени и смешанного горения;

— представляющий собой комбинацию их двух.

При капельном механизме диффузионного горения вокруг каждой капли образуется фронт пламени, внутри которой пары топлива, а снаруживоздух. В случае диффузионного механизма горения паров топлива в сплошном фронте считается, что воздух израсходован, поэтому расстояние между каплями заполняется продуктами сгорания и парами топлива. В результате протекающих процессов испарения и термического разложения капель образуется граница раздела между парами топлива в смеси и продуктами сгорания и разложения, которая и составляет единый фронт пламени[2].

Смешанный механизм диффузионного горения имеет место в реальных условиях, особенно при объемном смесеобразовании. Капли топлива находятся на достаточно близком расстоянии, поэтому фронты пламени, образующиеся вокруг капель, объединяются.

Скорость тепловыделения при кинетическом механизме горения в каждой локальной зоне зависит от локальных значений коэффициента избытка воздуха, температуры в текущий момент времени и массы паров топлива в этой зоне. Скорость тепловыделения в случае диффузионного механизма горения определяется в основном, турбулентной диффузией воздуха через поверхность раздела паров топлива и кислорода.

2 Двукратное тепловыделение Воспламенение в современных двигателях характеризуется особенностями, которые, безусловно, отражаются и на скорости тепловыделения. К этим особенностям, в часности, относится двукратное за цикл тепловыделение. Такой вид тепловыделения представлен на рис. 2.1

Рис. 2.1 — Зависимость скорости двухкратного тепловыделения от времени При этом прослеживается относительно небольшое, однако ярко выраженное предварительное тепловыделение со своим локальным максимумом скорости, уменьшающейся в конце почти до нулевого значения, после чего почти сразу наступает основное тепловыделение без четких признаков деления на кинетическую и диффузионную фазы. Двукратное тепловыделение особенно заметно при повышенных нагрузках и частоте вращения коленчатого вала[2].

Топливоподающая аппаратура современных дизелей позволяет осуществить не только двухкратное, но и многократное за цикл впрыскивание топлива, однако многократное за цикл тепловыделение не наблюдается и вряд ли существует необходимость в его реализации ЗАКЛЮЧЕНИЕ тепловыделение время двигатель сгорание Изучение параметров и закономерностей тепловыделения играет большую роль в совершенствовании современных ДВС. Нахождение оптимальных параметров тепловыделения позволяет уменьшить статистические и динамические нагрузки на детали, повысить энергетические, экономические и экологические показатели цикла, тем самым повысив КПД двигателя.

Список использованных источников

1 Алексеев В. П., Вырубов Д. Н. Физические основы процессов в камерах сгорания поршневых двигателей внутреннего сгорания. М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана. 1977.

2 Дьяченко Н. Х., Магидович Л. Е., Пугачев Б. П. Об аароксимации характеристик тепловыделения в цилиндрах дизелей // Тр. ЛПИ. Энергомашиностроение № 310. 1963. С. 73−76.

3 Вырубов Д. Н., Добров Н. В. Уравнение скорости тепловыделения при диффузионном горении с учетом мелкости распыливания топлива // Двигателестроение, № 5. 1980. С. 12−14.