Методичні вказівки до розрахункової роботи "Розрахунок робочого процесу поршневого двигуна внутрішнього згоряння"

Abstract

Робочий процес поршневого двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) – це сукупність циклічних термодинамічних та газодинамічних процесів, комплексу хімічних реакцій, процесів переносу маси та теплообміну, що протікають в об’ємі циліндра двигуна, обмеженому поршнем, гільзою та головкою циліндра. Моделювання його перебігу потрібне для визначення основних параметрів геометрії та роботи деталей циліндро-поршневої групи і основних систем двигуна, сукупність яких забезпечує його функціонування та надійну роботу. Саме на основі розрахунку робочого процесу при проєктуванні визначають оціночні величини найважливіших показників двигуна, таких як його потужність і споживання палива під час роботи. Вміння виконувати розрахунок робочого процесу і оцінювати отримані на його основі показники двигуна є важливою частиною курсу «Теплові двигуни та нагнітачі» і навичок бакалавра теплоенергетики. Моделювання робочого процесу може здійснюватись на різному рівні складності, з урахуванням різної кількості факторів. Під час вирішення розрахункового завдання передбачається розрахунок робочого процесу в нуль-вимірному вигляді, коли внутрішньоциліндровий простір вважається термодинамічною системою з однаковими значеннями параметрів стану, властивими усім її частинам в кожний окремий момент часу. Алгоритм такого моделювання передбачає розрахунок послідовної зміни стану речовини в циліндрі двигуна при її механічній взаємодії з поршнем, теплообміні зі стінками, виділенням теплоти під час згорання палива, а також обміну масою та ентальпією з середовищем за межами циліндру під час газообміну. Зазвичай, такий підхід є придатним для оцінки роботи двигуна лише на режимах роботи близьких до номінального, оскільки вплив на результат інших неврахованих факторів на часткових режимах буде занадто великим. Розрахункове завдання містить спрощену методику порівняно з розрахунком, призначеним для ідентифікації робочого процесу на основі експериментальних даних, чи прєктним розрахунком. Ряд параметрів, які зазвичай повинні бути підібрані в ітераційному розрахунку для замикання циклічного процесу (тобто забезпечення повернення системи в стан, що не відрізняється від початкового), а також із залученням даних двигунів конструкцій-аналогів, задаються безпосередньо як вихідні дані. Також у запропонованій методиці спрощено розглядаються процеси в циліндрі на тактах газообміну. Це пов’язано з тим, що визначення потоку маси крізь органи газорозподілу потребує інформації щодо геометрії останніх, кінематики їх роботи і розрахунку газодинамічних явищ у них.