Подставляя полученное соотношение вместо dGg в выражение для dp, получаем
k Т
dp = -fXg - - ppfeWgdt.
Подстановка в уравнение вместо We его выражения иэ уравнения (254) и интегрирование в пределах выбранного участка времени дает:
k Т
{Wgj+wo) e
(Wgl- Wo)
Так как интегрирование проводится вдоль линии тока, то для возможности нахождения несложной расчетной формулы, выражающей зависимость между основными величинами, приходится вводить допущение о постоянстве по времени величины w„ (перепада давлений) в рассматриваемом промежугке времени.
Подсчет давлений связан с делением периода времени, соответствующего процессу очистки - наполнения цилиндра, на промежутки длительностью а = 5 7° угла поворота кривошипа; за этот промежуток величина может считаться постоянной.
Подстановка е = и позволяет привести подинтсгральное выражение к рациональной дроби. Интегрирование и подстановка пределов приводит к выражению:
k Т
Pi - Р\ = ~Ve -у Y~
(255)
Учитывая приведенные выше выражения, нетрудно определить расход газа Gg за время t:
Ge = {Pz - Pi)
\Wo J \ Wo I
Применяя аналогичную методику, можно найти изменение давлений и расход газа во время продувки - наполнения
§ 12. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И НАПОЛНЕНИЯ ЦИЛИНДРА
Целью экспериментальных исследований процесса очистки и наполнения цилиндра обычно является установление конструктивных и термодинамических параметров, обусловливающих хорошее качество указанных процессов. К таким факторам в первую очередь относятся форма, размеры и расположение органов распределения, впускных и выпускных систем, давление, температура и количество продувочного воздуха, давление в цилиндре в моменты открытия и закрытия продувочных органов и в начале сжатия. Экспериментальные работы помогают также уточнить расчетные формулы и установить значения термодинамических параметров и коэффициентов, входящих в эти формулы.
Критериями качества процесса очистки и наполнения, кроме коэффициентов наполнения и остаточных газов, являются коэффициент использования продувочного воздуха -п, называемый иначе количественным к. п. д. продувки, и степень очистки -ц, называемая также качественным к. п. д. Параметр представляет собой отношение количества продувочного воздуха, оставшегося в цилиндре после продувки, к количеству G воздуха.
поданного через продувочные окна за цикл. К. п. д. tqq определяется отношением:
где - количество остаточных газов в цилиндре после продувки. Величину G3 определяют экспериментально, часто на основе анализа проб газа, взятых из цилиндра во время процесса сжатия в различных точках при помощи установленных в стенках цилиндра управляемых клапанов.
Для оценки качества процесса газообмена применяют также коэффициент продувки 9, представляющий собой величину, обратную ti„.
Исследование проводят на построенных двигателях или на специальных моделях. Выявление факторов, относящихся непосредственно к процессам очистки и наполнения, на работающем двигателе весьма сложно. Поэтому проводятся опыты на моделях, позволяющих ориентировочно выявить влияние того или иного элемента конструкции и определить рациональную его форму. Этот метод применяется при проектировании двигателя оригинальной конструкции, когда до постройки двигателя (или отсека) имеет смысл предварительно наметить конструктивные формы группы распределения.
Применяются модели следующих типов: плоские статические, объемные статические и объемные динамические.
Наиболее просто проводить исследовапие на плоской статической модели. В этом случае при эксперименте выявляется характер потоков в цилиндре,, наличие мертвых и вихревых зон, качество очистки. Роль продувочного воздуха выполняет вода или другая жидкость, которая должна быть подкрашена. Последнюю впускают в модель под небольшим напором. Для обеспечения четкой картины распределения потоков в цилиндре могут быть также применены опилки, подмешиваемые к жидкости до впуска ее в модель цилиндра. О качестве процесса судят по характеру потоков, которые фотографируются или снимаются на киноленту.
Несмотря на большую примитивность экспериментов, по ним можно ориентировочно наметить для предварительной компоновки форму и размеры окон. Подобные эксперименты можно проводить для тех петлевых схем, в которых основными профилирующими процесс потоками являются плоскопараллельные потоки. Петлевые эксцентричные и прямоточные схемы необходимо исследовать на объемных моделях, в которых легче приблизить характер потоков газов к характеру потоков в цилиндре работающего двигателя.
Эксперименты на объемных статических моделях проводятся одним иа следующих методов
Нередко применяется метод, при котором цилиндр, выполненный прозрачным, продувается вентилятором. Деталь, выполняющую роль поршня„ фиксируют последовательно в равных положениях. Характер потока в ци« линдре может быть установлен при использовании дыма в качестве продувочного агента. Характер потоков можно установить также по наблюдениям за цветными шерстяными или шелковыми нитями, висящими на поперечных проволоках; последние укрепляют на стальном стержне, установленном по оси цилиндра. Нити одного цвета целесообразно располагать по окружности одинакового радиуса. Подобное устройство, наряду с направлением воздушного потока, позволяет выявить вихри, обнаруживаемые по неопределенному колебательному движению тех нитей, которые расположены в вихревых зонах.
Воздушные потоки в цилиндре можно установить также путем введения бенгальских огней в продувочные окна или же легких тел: деревянных шариков, обрезков бумаги, опилок, хлопьев метальдегида и т. п.
Скоростное поле в цилиндре выявляется путем измерений давлений в различных точках в цилиндре с помощью трубок. .
Для приближения условий протекания процесса внутри цилиндра модели к условиям внутри цилиндра работающего двигателя модель выполняют динамической.
Кривошипный (или какой-либо другой) механизм приводится в движение от электродвигателя. Привод может быть осуществлен также при помощи сжатого воздуха, падающего груза и т. д. Качество процесса определяется наиболее часто методом анализа газов. Перед опытом модель наполняют угле-
Фиг 104. Динамическая модель для исследования очистки и наполнения.
кислотой или другим газом, заменяющим продукты сгорания. После этого через специальный клапан из цилиндра берут пробу в газоанализатор. Далее цилиндр продувается воздухом или газом, заменяющим продувочный воздух, после чего вновь берут пробу.
Цилиндр может быть изготовлен из прозрачного материала, как и при исследовании статических моделей. Данный метод не является единственным. Потоки газов могут быть сделаны видимыми одним из указанных выше способов.
Примером динамической модели непрерывного действия служит модель для исследования петлевой продувки (фиг. 10-1).
Размеры цилиндра модели: D = 140 мм, S = 140 мм; число оборотов вала модели 500 в минуту (число оборотов вала двигателя 2000 в минуту).
Ци.линдр модели выполнен из двух частей. Для наблюдения и фотографирования потоков верхняя часть цилиндра изготовлена из плексигласа, нижняя часть -.из стали. Обе части обхвачены буксой, притягиваемой к кар-
