modeliranje procesa u motorima - fsb.unizg.hr · diesel motor gubitke uslijed nepotpunog izgaranja...

MODELIRANJEMODELIRANJEMODELIRANJE MODELIRANJE PROCESA U MOTORIMAPROCESA U MOTORIMA

Dijagrami stvarnih procesaDijagrami stvarnih procesaDijagrami stvarnih procesaDijagrami stvarnih procesa

Slika 1. (p,V) dijagram (lijevo) i razvijeni dijagram tlaka (desno) u cilindru motora

Proračun toka tlaka i temperature Proračun toka tlaka i temperature ppu cilindru motora prema Vibeu cilindru motora prema Vibe--uu

Pretpostavke:• Takt usisa traje do donje mrtve točke• Tlak na usisu je konstantan tijekom takta usisa i jednak je tlaku na početku

kompresijekompresije• Kompresija u cilindru započinje u donjoj mrtvoj točki, a završava početkom

procesa izgaranja• Kompresija je predstavljena kao politropska promjena stanja s prosječnim

eksponentom politropske kompresije nk• Po završetku izgaranja nastavlja se ekspanzija koja je isto tako predstavljenaPo završetku izgaranja nastavlja se ekspanzija koja je isto tako predstavljena

kao politropska promjena stanja s prosječnim eksponentom politropske ekspanzije neEkspan ija traje do donje mrt e točke kada apočinje takt isp ha• Ekspanzija traje do donje mrtve točke kada započinje takt ispuha

• Tok tlaka i temperature za vrijeme taktova usisa i ispuha ispušta se iz razmatranja u ovom proračunu. Za potrebe proračuna, na osnovu iskustva,razmatranja u ovom proračunu. Za potrebe proračuna, na osnovu iskustva, samo se pretpostavlja tlak usisa i ispuha koji su polazne veličina za proces kompresije

Proračun toka tlaka i temperature u cilindru motora prema VibeProračun toka tlaka i temperature u cilindru motora prema Vibe--uu

M difi i i dij i tl k k d ih t t kiModificirani dijagrami tlaka nakon uvedenih pretpostavki

Slika 2. (p, V) dijagram (lijevo) i razvijeni dijagram tlaka (desno) matematičkog modela nakon uvođenja predpostavki Točka A predstavlja točku početka politropske kompresije točkanakon uvođenja predpostavki. Točka A predstavlja točku početka politropske kompresije, točka Y predstavlja početak izgaranja, točka Z kraj izgaranja, a točka B kraj politropske ekspanzije. U točki C dolazi do promjene iz kompresije u ekspanziju za vrijeme izgaranja.


Funkcija volumena ():Funkcija volumena ():

V

AVV

22 sin111cos1

211)( H

H 2 H


KompresijaKompresija

Tlak na početku kompresije pAPretpostavka

Temperatura na početku kompresije TA- iz bilance topline na početku kompresije

AipAiipiop TmmcTmcTTmc )()(

io TTTT

1

ioAT

11

11

i

o

AiA

i

TTT

ppp

pFaktor zaostalih plinova izgaranja

1 AiA p g j


St j j j

AiAo pppT 1

Stupanj punjenja

oo

i

oo

opu pppTT 1

Specifični volumen na početku kompresije vA

Z 1 Ottov motor

GZ

oA

A ZMM

ZTv

1

1 Ottov motor

AoA pZ 1

3206.32032.401.1285.137 oshcZo

ATv

AZ

AA pM

v

Diesel motor


Tlak na kraju kompresije (početku izgaranja)

n

Av k

AY

AY p

vvp

)( YA

Yvv Temperatura na kraju kompresije )( YY

p j p j(početku izgaranja)

n

Av k

1

AY

AY T

vvT


IzgaranjeIzgaranje

Slika 3. Shema podijele procesa izgaranja na male vremenske intervale.


Proračun toka tlaka

Prvi glavni stavak termodinamike za smjesu u cilindru u intervalu 1-2

2

122,121

v

v pdvTTcq1v

1122122,1 11 vpvpTTcv

12

12

2

2

vvpppdvv

2,1 1 2

1v

211221 xqxxqq 211221 xqxxqq zz


Uk k liči i k išt t li t k i jUkupna količina iskorištene topline tokom procesa izgaranja

dHKoeficijent iskoristivosti topline pri izgaranju

)1(1

o

dz Z

Hq Ottov motortopline pri izgaranju

U sebi sadrži:

•gubitke uslijed

dHq Diesel motor

•gubitke uslijed nepotpunog izgaranja

•gubitke uslijed hlađenja1)1( o

z Zq Diesel motor gubitke uslijed hlađenja

•gubitke uslijed disocijacije

Vibe-ova funkcija udjela izgorjelog goriva

č jk i j1

9086

m

m značajka izgaranja

908.61

zex relativan kut zakreta KV u datom trenutku

z trajanje izgaranja


1x (-)

m=0.5m=1

0 5

m=1.5

20.5

m=3m=2.5m=2

m=4m=3.5

m=3

0

m=4

0-30 0 30 (°KV)

Slika 4. Krivulje udjela izgorjelog goriva x za: duljinu trajanja izgaranja 60°KV irazličite vrijednosti značajke izgaranja m.


Sređivanjem izraza za prvi glavni stavakSređivanjem izraza za prvi glavni stavak

212,1

12,1 11

2

pxqv z

122,1

2,12 1

1

v

p A

122,1 1

2100005.0405.1 21

12,1xxaT 210000,


Proračun toka temperature

T AK JEDNADŽBATLAK JEDNADŽBA STANJA PLINA

TEMPERATURASređivanjem dobije se jednadžba:

YTpTtrenutni faktor promjene

količine plina

Y

yppT (pomoću njega u obzir se

uzima povećanje broja molova pri izgaranju) yp

Y molova pri izgaranju)


Trenutni faktor promjene količine plina Trenutni faktor promjene količine plina

x 11 x 11 max

1max

maxo

1max

Moh 1324

3241

oh

Otto > 1 Diesel

G

Go

Mohc

M1

3241221.0

3241max

3241221.0

3241max ohco

GM

ohcnn

132

5.012

112

G

Otto 1

G

Gzo

Mohc

Mn

nn1

3241221.0

3221211max


EkspanzijaEkspanzija

Proračun Tlak i temperatura u cilindru izgaranja na početku ekspanzije

pz, Tzpz, z

Ekspanzija je predstavljena kao politropska promjena stanja sa eksponentom politropske ekspanzija ne

nv eTl k k j

ZB

ZB p

vvp

Tlak na kraju

ekspanzije

n 1

Z

n

B

ZB T

vvT

e 1

Temperatura na kraju ekspanzije

Bv


RezultatiRezultatiProračun kompresije

Tlak i temperatura na početku i na kraju kompresije+

zakon promjene tlaka i temperature

Proračun izgaranja

Niz vrijednosti tlaka i temperature, u zavisnosti o kutu zakreta koljenastog vratila, koje se povezuju ravnim linijama

Proračun ekspanzijeProračun ekspanzije

Tlak i temperatura na početku i na kraju ekspanzijeTlak i temperatura na početku i na kraju ekspanzije+

zakon promjene tlaka i temperature


Primjer: Motor DMB 128APrimjer: Motor DMB 128AUlazni podaci

Dijagram tlaka Dijagram temperat reD=80 mmH=55 5 mm

MG=114 kg/kmolMZ=28.96 kg/kmol

1

Dijagram tlaka Dijagram temperature

H 55.5 mm=8.8h=0.23125T=40 K

=1nk=1.36ne=1.30

T=40 KTi=1000 KpA=90000 Pa

eHd=42000 kJ/kgc=0.855 h=0.145

pis=110000 PaTo=293 Kpo=101300 Pa

h 0.145o=0k=0.88 =59°po 101300 Pa

R =8314 J/kmolK

z=59poc=30°m=3.5


Primjer: Motor DMB 128APrimjer: Motor DMB 128A

Dijagram tlaka Dijagram temperat reDijagram tlaka Dijagram temperature

Ulazni podaci 30°Ulazni podaciD=80 mmH=55.5 mm=8 8

Ti=1000 KpA=90000 Pap =110000 Pa

R =8314 J/kmolKh=0.145o=0

poc=30°m=3.5MG=114 kg/kmol

nk=1.36ne=1.30Hd=42000 kJ/kg=8.8

h=0.23125T=40 K

pis=110000 PaTo=293 Kpo=101300 Pa

o 0k=0.88z=59°

G gMZ=28.96 kg/kmol=1

Hd 42000 kJ/kgc=0.855

modeliranje procesa u motorima - fsb.unizg.hr · diesel motor gubitke uslijed nepotpunog izgaranja...

Documents