Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Колебательные процессы в тракторе

Колебательные процессы в тракторе. Структура низкочастотных динамических процессов в тракторе. Структурная схема САР угловой скорости вала двигателя , страница 2

Таким образом, крутильные колебания влияют в основном на показатели надежности трактора. Наряду с этим они создают вибрации отдельных деталей. Низкочастотные крутильные колебания являются возмущающими для САР двигателя, поэтому их изучают в разделе тяговой динамики трактора.

Источниками низкочастотных колебательных процессов наряду с отмеченными в самом тракторе являются внешние воздействия, включающие неровности профиля дороги, непрямолинейное движение, неравномерная нагрузка на крюке, рельеф поля и др. (таблицы 2.2-2.3). К низкочастотным относятся колебания в системах подрессоривания, регулирования частоты вращения коленчатого вала двигателя, управления направлением движения трактора.

Низкочастотные колебания подразделяются на установившиеся и переходные, или неустановившиеся. Переходные процессы возникают вследствие воздействия на трактор со стороны тракториста или разовых внешних воздействий. Наиболее типичные неустановившиеся процессы — трогание с места и разгон МТА.

Установившиеся колебания совершаются вокруг некоторого среднего установившегося положения и в зависимости от природы их возникновения могут быть периодическими и случайными, собственными и вынужденными.

Применительно к исследованию тяговых процессов в тракторе низкочастотными условно считают колебания в диапазоне частот 0-5 Гц. Именно эти частоты несут основную долю энергии колебательного процесса. Спектральная плотность тягового сопротивления на частотах свыше 4-5 Гц имеет низкий уровень энергии.

Из анализа динамических процессов, сопровождающих работу трактора, следует, что к области тяговой динамики относятся прежде всего низкочастотные колебания частоты вращения коленчатого вала двигателя в установившемся режиме и при разгоне; а также остова и направления движения трактора, которые приводят к снижению мощности двигателя и скорости трактора.

Можно выделить такие аспекты общей динамики трактора: динамика и надежность; динамика и условия труда тракториста; динамика и тягово-энергетические показатели; динамика и агротехника. Последние два аспекта следует рассматривать совместно, потому что тяговые и агротехнические свойства являются для трактора функциональными.

Следует отметить, что на возбуждение и поддержание всех колебаний в тракторе затрачивается энергия двигателя. Поэтому уровень и интенсивность всех колебаний при работе трактора влияют на его энергетические показатели, а следовательно, на производительность и топливную экономичность.

Только в процессе тяговых расчета и испытаний, выполненных с учетом колебаний, могут быть установлены действительные показатели, развиваемые трактором в реальных условиях эксплуатации, а также снижение этих показателей в сравнении с полученными статическим расчетом и статическими испытаниями. При этом можно более точно определить характеристики трактора, позволяющие на стадии его создания использовать «динамические» резервы конструкции и повысить развиваемые в условиях колебательных воздействий энергетические и тяговые показатели, приблизив их к потенциальным.

Влияние колебаний нагрузки на показатели двигателя при работе трактора в условиях сельскохозяйственной эксплуатации впервые рассмотрено акад. В.Н. Болтинским. На основании теоретических и экспериментальных исследований он доказал, что колебания нагрузки снижают мощность и топливную экономичность двигателя по сравнению с этими показателями при загрузке постоянным моментом. Он ввел понятие коэффициента использования мощности двигателя.

В. Н. Болтинский установил два способа снижения влияния колебаний нагрузки на эффективные показатели двигателя.

Первый способ — эксплуатационный. Он заключается в агрегатировании трактора с недогрузкой двигателя. Тогда показатели МТА снижаются менее существенно. На пахотных работах наименьшее снижение нагрузки тракторов от номинальной должно составлять 9 %, на пропашных работах— 7 %.

Энергетические показатели работы двигателя

Химическая энергия топлива выделяется при его сгорании в виде тепла, количество которого измеряется в калориях (Кал) или Джоулях (Дж). Калория представляет собой количество тепла, затрачиваемого на нагрев грамма воды на один градус. Одна калория равна 4,19 Дж. Суммарное количество тепла, выделяющееся при сгорании единицы массы (кг) или объема топлива (л), называется соответственно массовой или объемной теплотой сгорания (теплотворная способность, теплотворность). Так как в продуктах сгорания всегда содержится вода, то от ее состояния (жидкость или пар) зависит теплота сгорания. При конденсации воды в продуктах сгорания выделяется дополнительное количество тепла, с учетом которой получается высшая теплота сгорания. Температура отработавших газов двигателя выше температуры конденсации воды, поэтому для характеристики бензинов пользуются низшей теплотой сгорания. Разница между высшей и низшей теплотами сгорания составляет для углеводородных топлив около 2500 кДж/кг.

В бензине содержится очень большое количество энергии. Чтобы его представить, достаточно сказать, что 70 кг бензина обладают энергией, способной поднять на 1 м 26-этажное здание Министерства иностранных дел, вес которого 300 тыс. т.

От теплоты сгорания зависит количество тепла, выделяющегося при сгорании топливно-воздушной смеси. Теплота сгорания топлива определяет энерговооруженность автомобиля: максимальное количество выполняемой на одной заправке транспортной работы и запас хода.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Кроме того, с теплотой сгорания связаны размеры и масса топливного бака, оказывающие влияние на эксплуатационные качества автомобиля для ряда топлив, особенно газообразных. Для большинства углеводородных топлив теплоты сгорания близки (табл. 1). При содержании в топливе кислорода или продуктов с пониженной теплотворностью теплота сгорания снижается.

Для сравнения различных топлив в качестве базы принята единица условного топлива (у. т.), имеющая теплоту сгорания 29,33 МДж/кг. По теплоте сгорания 1 т бензина эквивалентна 1,49 т у. т., дизельного топлива — 1,45 т у. т.

В качестве стандартного метода принято определение теплоты сгорания топлива по величинам его плотности и анилиновой точки. Анилиновой точкой называется минимальная температура, при которой обеспечивается растворение определенного количества анилина в определенном количестве топлива.

Широкое применение находит определение теплоты сгорания топлива экспериментальным путем — в специальных приборах, называемых калориметрами. Калориметрический метод определения теплоты сгорания жидких и твердых топлив основан на сжигании навески топлива в атмосфере кислорода с последующим поглощением выделившегося тепла водой в калориметре. Методика калориметрического определения теплоты сгорания стандартизирована ГОСТ 147—74.

В двигателе происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Выделяющееся количество тепла определяет мощ-ностные и экономические характеристики двигателя, в связи с чем является важным энергетическим показателем топлива. Этот показатель зависит как от теплоты сгорания самого топлива, как и от количества воздуха в смеси. Смесь, обеспечивающая полное сгорание топлива, называется стехиометрической, а количество воздуха, необходимое для полного сжигания 1 кг топлива, — стехиометрическим коэффициентом. Количество тепла, выделяющееся при сгорании единицы массы или объема стехиометрической смеси, называется массовой или объемной теплотой сгорания топливно-воздушной смеси.

С повышением теплоты сгорания топлива количество воздуха (или стехиометрический коэффициент) также повышается. Поэтому количество топлива в стехиометрической смеси будет снижаться, в результате чего теплота сгорания топливно-воздушной смеси сохраняется примерно на одном уровне.

Теплота сгорания стехиометрических бензовоздушных смесей составляет 3,44…3,48 МДж/м3, или 2,79… 2,83 МДж/кг. Однако обычно в двигателе выделяется меньшее количество тепла в связи с отклонением от стехио-метрического состава и избытка или недостатка воздуха.

Читать еще:  Em driver двигатель принцип работы

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное АВТОНОМНОЕ образовательное

учреждение высшего образования

«Севастопольский государственный университет»

Институт кораблестроения и морского транспорта

Гоголев Г.В.

Расчет и построение теоретической

Индикаторной диаграммы судового двс

Рекомендовано

Учебно-методическим советом института

в качестве методических указаний

для студентов очной и заочной форм обучения

специальности

26.05.06 – Э ксплуатация судовых энергетических установок и

очной и заочной форм обучения

ББК 39.46

Рецензенты: К.В. Перепадя, к.т.н., доцент каф. ОиК

В.А. Очеретяный, к.т.н., доцент каф. ЭМСС

Г.В. Гоголев , В.В. Душко

Расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы судового ДВС: методические указания к практическому занятию по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания». – Севастополь: ФГАОУВО «СевГУ», 2016. – 12 с.

Рассматривается расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы судовых двухтактных и четырехтактных дизельных двигателей.

Пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения Севастопольского государственного университета, института кораблестроения и морского транспорта, специальности 26.05.06 – Эксплуатация судовых энергетических установок.

Выполнение практической работы направлено на изучение следующих профессионально-специализированных компетенций (Конвенция ПДНВ):

ПСК-6 – Основные принципы конструкции и работы механических систем, включая судовой дизель.( Эксплуатация главных установок и вспомогательных механизмов и связанных с ними систем управления)

© Гоголев Г.В., Душко В.В. 2016

© Издание ФГАОУВО «СевГУ», 2016

Список принятых условных обозначений………………

Введение

Тепловой расчет двигателя завершается построением индикаторной диаграммы рабочего процесса в координатных осях p — V (давление – объём). Индикаторная диаграмма, изображенная в этих осях, представляет собой зависимость давления газов в цилиндре от его объема. При построении индикаторной диаграммы следует помнить, что рабочий процесс в четырехтактных двигателях происходит за два оборота коленчатого вала, т.е. за четыре хода поршня двигателя, а в двухтактных – за один оборот коленчатого вала, т.е. за два хода поршня.

Расчетная индикаторная диаграмма строится по значениям давлений и объемов в характерных точках расчетного цикла (a, b, c, d, y, z, f) и значениям показателей политроп сжатия и расширения (n 1, n 2). В качестве примера на рисунках 3.1 и 3.3 представлены индикаторные диаграммы 4- и 2-тактных двигателей соответственно.

Полученная расчетная (теоретическая) индикаторная диаграмма в дальнейшем будет исходным материалом для динамического и прочностного расчетов двигателя.

Список принятых условных обозначений

ДВС– двигатель внутреннего сгоранияV– объем цилиндра текущий
ВМТ– верхняя мертвая точкаVc– объем камеры сжатия
НМТ– нижняя мертвая точкаpa– давление в начале сжатия
p к – давление наддува (после компрессора)p т– давление перед турбиной турбокомпрессора
Δp к– сопротивление впускного трактаps– давление наддувочного воздуха перед органами впуска
pz– максимальное давление сгоранияа– начало процесса сжатия
p с – давление в конце сжатияb– открытие выхлопного клапана
pr– давление остаточных газов в цилиндре в конце процесса выпускаd– открытие продувочных окон (клапанов)
Δpr– аэродинамическое сопротивление выпускного трактаb ′– закрытие выхлопного клапана
p – атмосферное давлениеS– ход поршня
p 1 – среднее давление процесса сжатияp е – среднее эффективное давление
p 2 – среднее давление процесса расширенияpi – среднее индикаторное давление
p м – среднее давление механических потерьbi– индикаторный удельный расход топлива bi,
Vs– рабочий объем цилиндраVa– полный объем цилиндра

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС

Графическое изображение рабочего цикла, т.е. диаграмма, показывающая изменение давления р в цилиндре в зависимости от объёма цилиндра V (или хода поршня S) за цикл называется нормальной индикаторной диаграммой. Такую диаграмму снимают на работающем дизеле при помощи специального прибора – индикатора.

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление pi, индикаторная мощность Ni, индикаторный удельный расход топлива bi, и индикаторный к.п.д. h i.

Если бы давление было выражено в паскалях, а объем цилиндра в м 3 , то полезная работа была бы представлена заштрихованной площадью внут­ри индикаторной диаграммы (заштрихованная пло­щадь рисунок. 1.1 пропорциональна полезной работе цикла). Эту работу принято называть индикатор­ной работой — Li, Дж.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индикаторным давлением pi. Следовательно под средним индикаторным давлением подразумевается условное постоянное давление pi, действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла. Графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы, а основание – длине диаграммы. На рисунке 1.1 показана геометрическая интерпретация опреде­ления pi. Если площадь индикаторной диаграммы (косая штриховка) преобразовать в равновеликую площадь прямоугольника с длиной, рав­ной Vh (отмечено вертикальной штриховкой), то высота этого прямоу­гольника будет равна pi.

Среднее индикаторное давление, как удельная работа цикла, от­ражает эффективность использования рабочего объема цилиндра — чем больше pi, тем больше Дж полезной работы снимается с 1 м 3 рабочего объема цилиндра, тем выше эффективность двигателя как источника механической работы.

Мощность, получаемая в одном цилиндре за один рабочий цикл — ин­дикаторная цилиндровая мощность, определяется как:

,

где — время совершения одного рабочего цикла, с;

m, n -коэффициент тактности и частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Принимая , получим:

,

где -постоянная цилиндра.

Индикаторная мощность многоцилиндрового дизеля при условии идентичности рабочих процессов в цилиндрах определится умноже­нием правой части формулы на число цилиндров i:

.

Для расчета прочности коленчатого вала требуется определить крутящий индикаторный момент двигателя — М i. Расчетная формула для М i имеет вид:

,

где, кроме известных параметров — площадь поршня, м 2 ;

-радиус кривошипа коленчатого вала, м. При подстановке в фор­мулу pi. в МПа крутящий момент будет измеряться в МН∙м.

Показатели работы двигателя поддразделяются на индикаторные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре и эффективные (внешние), учитывающие помимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расширения газов через поршень и кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал двигателя.

Эффективная мощность двигателя определяется площадью индикаторной диаграммы 1, или равной ей площадью 3, механические потери – площадью 2.

Рисунок 1.1 – Теоретическая индикаторная диаграмма

При условии полного сгорания цикловой подачи топлива gц количество теплоты, подведенной к рабочему телу в цикле, составит , кДж ( — низшая удельная теплота сгорания топлива, КДжкг). Теплота, эквивалентная полезной работе цикла Q i=L i, кДж.

Отношение полезной теплоты к подведенной называют индика­торным КПД:

Читать еще:  Что такое разворота двигателя

.

Физический смысл индикаторного КПД состоит в том, что его численное значение, выраженное в долях от единицы или в процентах, показывает, какая часть от выделившегося при сгорании топлива тепла преобразована в полезную механическую работу в рабочем цикле. В современных судовых дизелях достигнуты значения h i = 0,53…0,55 (53…55%).

Индикаторный КПД отражает степень преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу. Затраты топлива на получе­ние полезной работы оцениваются показателем, получившим наиме­нование удельный индикаторный расход топлива:

,

где Gч — расход топлива на двигатель, кг/ч (часовой расход топлива). Очевидно, что g i имеет размерность кг/(кВт∙ч). Физический смысл удель­ного индикаторного расхода топлива ясен из его размерности: значе­ние g i показывает, сколько кг топлива затрачивается на получение 1 кВт∙ч полезной индикаторной работы.

Теоретическую индикаторную диаграмму строят по данным расчета рабочего цикла.

Дата добавления: 2019-01-14 ; просмотров: 1313 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Коэффициент полезного действия

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта») [1] . КПД является безразмерной величиной и часто выражается в процентах.

Содержание

  • 1 Определение
  • 2 Другие похожие показатели
    • 2.1 КПД котлов
    • 2.2 Тепловые насосы и холодильные машины
  • 3 Литература
  • 4 Примечания

Определение [ править | править код ]

Математически КПД определяется как

η = A Q , >,>

где А — полезная работа (энергия), а Q — затраченная энергия.

Если КПД выражается в процентах, эту формулу иногда записывают в виде

η = A Q × 100 % >times 100%> .

Здесь умножение на 100 % не несёт содержательного смысла, поскольку 100 % = 1 . В связи с этим второй вариант записи формулы менее предпочтителен (одна и та же физическая величина может быть выражена в различных единицах независимо от формул, где она участвует).

В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько затрачено энергии.

КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле

η = Q 1 − Q 2 Q 1 -Q_<2>>>>> ,

где Q 1 > — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q 2 > — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен

η k = T 1 − T 2 T 1 =-T_<2>>>>> .

Другие похожие показатели [ править | править код ]

Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.

КПД котлов [ править | править код ]

КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.

Тепловые насосы и холодильные машины [ править | править код ]

Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.

Эффективность машин характеризует холодильный коэффициент [en]

ε X = Q X / A >=Q_ >/A> ,

где Q X >> — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

ε Γ = Q Γ / A =Q_/A> ,

где Q Γ > — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

В идеальной машине Q Γ = Q X + A =Q_ >+A> , отсюда для идеальной машины ε Γ = ε X + 1 =varepsilon _ >+1>

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент

ε = T X T Γ − T X > over -T_ >>>> ,

где T Γ > , T X >> — температуры горячего и холодного концов, K [2] . Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

Беседы о ракетных двигателях

Просто о том, что кажется сложным

  • Привет!
  • Статьи
  • Ссылки
  • Об авторах
  • Карта сайта

Потери в камере ЖРД

Приветствую всех читателей нашего блога. Сегодня мы поговорим о способах учёта потерь в камерах ЖРД. Зачастую этому вопросу уделяется недостаточно внимания, и многие студенты, даже на старших курсах, путаются или не до конца понимают смысл тех или иных коэффициентов. Надеюсь, нижеследующий материал поможет в этом разобраться.

Системы коэффициентов потерь в ЖРД

Для оценки качества протекания процессов в ЖРД можно использовать различные системы коэффициентов.

Энергетические коэффициенты (к.п.д.). Коэффициенты полезного действия оценивают совершенство преобразования исходной энергии в полезную работу. Совершенство процессов горения в камерах сгорания ракетного типа, широко используемых в различных технологиях, оценивают внутренним к.п.д. камеры. Этим коэффициентом оценивают величину действительной температуры газа в камере сгорания.

Импульсные коэффициенты. Коэффициенты, оценивающие потерю удельного импульса тяги вследствие некачественного протекания процессов преобразования энергии. В ЖРД более распространены импульсные коэффициенты, которые оценивают не потерю энергии, а потерю скорости истечения или удельного импульса, так как для двигателя важной характеристикой является его силовое воздействие на летательный аппарат.

Покажем смысл импульсных к.п.д. и связь их с энергетическими. Запишем скорость истечения wa следующим образом

Используя соответствующие обозначения запишем

где ηoi и ηt — внутренний и термический к.п.д. соответственно.

Более удобной исходной величиной, чем теплота сгорания топлива Hu, является теоретическая скорость истечения wa ид, определяемая термодинамическим расчетом. Тогда можно записать

Переходя к удельному импульсу тяги, запишем, используя также импульсный коэффициент

Отсюда видна связь между энергетическим к.п.д. и импульсным коэффициентом потерь. Для определения действительного удельного импульса тяги обычно используют значение удельного импульса тяги в пустоте, которое можно получить, как и скорость истечения, термодинамическим расчётом.

Читать еще:  Skoda octavia стук в двигателе

Потери удельного импульса тяги определяются потерями в камере сгорания и в сопле. Эти потери оценивают соответственно коэффициентом потерь в камере φк, коэффициентом сопла φс. Коэффициент суммарных потерь импульса определяется произведением этих коэффициентов

Таким образом, импульсные к.п.д. однозначно связаны с соответствующими энергетическими к.п.д., но предпочтительнее их по соображениям практического удобства. Они широко используются в теории и расчётах ракетных двигателей.

Оценка потерь в камере сгорания

Для определения коэффициента, характеризующего совершенство процессов смешения и сгорания, используют характеристическую скорость.

где pкр 0 — полное (заторможенное) давление в критическом сечении, μс — коэффициент расхода.

Коэффициентом камеры сгорания φк называют отношение действительной характеристической скорости в камере и идеальной, вычисленной при тех же значениях соотношения компонентов и давления в камере сгорания

Наряду с характеристической скоростью часто применяется непосредственно расходный комплекс. В отличие от характеристической скорости расходный комплекс представляет собой произведение давления в некотором сечении камеры сгорания на площадь критического сечения, отнесённое к секундному расходу топлива через камеру

Для оценки эффективности камеры сгорания используется относительная величина

Введением в формуле (7) полного давления в критическом сечении и коэффициента расхода учитывается неидеальность процессов в камере сгорания и в сужающейся части сопла при течении продуктов сгорания. Идеальные значения характеристической скорости и расходного комплекса равны между собой и определяются термодинамическим расчётом.

Действительное значение расходного комплекса достаточно просто можно определить в эксперименте, измеряя давление в камере и расход топлива через камеру. Согласно стандарту давление в камере сгорания измеряют в сечении у форсуночной головки, где измеренное статическое давление равно полному давлению (pк = pк 0 ). Для определения значения характеристической скорости необходимо провести дополнительно довольно сложные расчеты. Выражение для коэффициента потерь в камере сгорания запишется уравнением

где σf = pc 0 /pк — коэффициент потерь полного давления на участке от форсуночной головки до входа в сужающуюся часть сопла; σc = pкр 0 /pc 0 — коэффициент потерь полного давления на участке от входа в сопло до критического сечения.

Оценка потерь на тепловое сопротивление камеры.

Очень большое влияние на параметры камеры сгорания оказывает соотношение между площадями камеры сгорания Fк и критического сечения Fкр. Отношение Fк/Fкр = F к называют безразмерной площадью камеры. В уравнениях тяги и удельного импульса, полученных теоретически, предполагалось, что скорость движения газов в камере равна нулю, а полное давление газов по длине камеры неизменно. Эти условия реализуются при очень больших значениях безразмерной площади камеры. Реальная камера сгорания имеет конечные геометрические размеры, и процесс в ней представляет собой течение сжимаемого газа в цилиндрической трубе с подогревом. При этих условиях возникает тепловое сопротивление, приводящее к потерям полного давления в камере сгорания и снижению её тяги и удельного импульса.

Потери полного давления зависят от безразмерной площади камеры. При F к = 1,0 (полутепловое сопло) потери полного давления достигают максимальной величины σf = 0,78…0,82. При выборе площади камеры сгорания необходимо учитывать потери на тепловое сопротивление. С увеличением безразмерной площади потери полного давления уменьшаются: при F к = 2…3, σf = 0,94…0,98, а при F к > 3 коэффициент восстановления полного давления σf → 1, тогда ими можно пренебречь.

Существенным ограничением при выборе малых значений F к является сложность процесса смесеобразования. Так как с уменьшением F к растёт величина расходонапряжённости r = ṁ /Fк. Для современных камер сгорания расходонапряжённость с ростом рк увеличивается.

Для определения расходонапряжённости камеры [кг/(c·м 2 )] можно принять эмпирическую формулу r = (0,8…1,3)·10 -4 рк. В этой формуле давление в Паскалях. По величине расходонапряжённости можно скорректировать или определить площадь камеры сгорания.

На величину потерь в камере оказывает влияние коэффициент расхода сопла (см. (10)). Коэффициент расхода учитывает толщину вытеснения пограничного слоя и неоднородность поля скоростей в критическом (минимальном) сечении камеры. Основная составляющая коэффициента расхода при различной форме дозвукового сопла мало зависит от показателя изоэнтропы, но зависит от радиуса входной части (r2 = R2/Rкр). При r2 = 1,5…2,0 μс = 0,993…0,998. Уменьшение коэффициента расхода сопла, связанное с толщиной вытеснения пограничного слоя, зависит от показателя изоэнтропы, величины r2 и числа Рейнольдса. Расчёты и эксперименты показывают, что при Re > 10 5 …10 6 это уменьшение составляет 0,001…0,002. Низкие числа Re характерны для двигателей малой тяги.

При научных исследованиях процессов в камерах сгорания и при опытной отработке вновь создаваемых двигателей для оценки их совершенства применяют, как правило, характеристическую скорость, а при испытаниях серийных двигателей, когда его конструкция уже отработана, в целях определения эффективности камер сгорания применяют расходный комплекс.

При проектировании камер сгорания обычно используют статистические данные значений коэффициента потерь в камере φк = 0,96…0,99, полученные на многообразии двигателей с различными параметрами и топливными компонентами.

Оценка потерь в сопле

Для оценки совершенства процессов в сопле, а также вклада его доли в создание тяги используются такие относительные показатели как тяговый комплекс и коэффициент тяги.

Тяговым комплексом KP называют отношение тяги камеры к произведению давления в камере на площадь критического сечения сопла

Знаменатель этой формулы представляет первую составляющую тяги камеры. Если разделить числитель и знаменатель на расход топлива через камеру, то получим следующее выражение тягового комплекса

Физический смысл тягового комплекса – во сколько раз тяга камеры больше её первой составляющей. Тяговый комплекс является характеристикой сопла. Чем больше его величина, тем больше роль сопла в создании тяги. Характерный диапазон значений KP = 1,2…2,0.

Наряду с тяговым комплексом используется коэффициент тяги KT:

Отношение действительного коэффициента тяги в пустоте к идеальному есть не что иное, как коэффициент сопла. Покажем это, используя уравнения (4), (5) и (7)

Так же как и характеристическую скорость, коэффициент тяги можно определить теоретически и в эксперименте. Сравнение экспериментальных значений с теоретическими значениями используется для анализа совершенства процессов в сопле.

Основные составляющие потерь в соплах следующие: потери тяги из-за трения; газодинамические потери, связанные с формой и особенностью профиля сопла; потери термодинамического характера, которые зависят от степени неравновесности, степени расширения газов в сопле и рода топлива.

При хорошо спрофилированных и изготовленных соплах потери в них составляют от 2,5 до 6,0%, то есть полный коэффициент сопла может принимать значения в диапазоне. φc = 0,940…0,975.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector