Движение газа в камере сгорания с плоским поршнем и плоской головкой

Как показывают экспериментальные исследования, основные потоки, образующие тепловую нагрузку деталей, окрущающих камеру сгорания (до 95%) формируются на тектах сжати-расширения, а не газообмена. Для этих процессов масса рабочего тела может считаться постоянной, т.е. М = const, поскольку органы газораспределения закрыты.

Простейший случай движения газа для таких условий характерен для камер сгорания с плоским поршнем и плоской головкой.

Свяжем ось z с головкой цилиндров и плоскостью ОО (см. рис. ХХ) выделим в камере сгорания контрольный объем некоторой фиксированной величины.

Рис. ХХ. Схема расчета плоскопараллельной камеры

Для всего объема КС параметры газа следующие: P, V, M, T; для контрольного объема – P, V ₀, M ₀, T, согласно положению о квазиравновесности заряда.

Запишем уравнение состояния газа для контрольного объема:

(83)

Для контрольного объема (КО) V ₀ = const, но M ₀ ¹ const. Если взять логарифмическую производную от уравнения состояния, получим:

(84)

Уравнение состояния для всего объема цилиндра:

После взятия логарифмической производной имеем:

(85)

Поскольку изменение давления одинаково для КО и КС,

следовательно

(86)

Последнее выражение показывает: относительное изменение массы в контрольном объеме обратно пропорционально относительному изменению объема цилиндра.

Перепишем полученное условие в следующем виде:

(87)

и рассмотрим процесс движения поршня от ВМТ к НМТ. Первоначальная масса газа в контрольном объеме будет падать, поскольку газ будет истекать из него.

Введем обозначение: F _п – площадь поверхности поршня. Подсчита-ем массу, заключенную в контрольном объеме:

Определим изменение массы в КО за некоторое время dt:

Знак “минус” в последнем выражении отражает потерю массы в котрольном объеме. Элементарная потеря массы составит:

(88)

Запишем выражения для объема и его приращения с использованием площади поверхности поршня F _п:

Подставим полученные выражения в (87):

Сокращая одинаковые переменные в последнем выражении и разворачивая его относительно U_z, получим:

,

где dH/dt – мгновенная скорость поршня, тогда

а

(89)

– есть функция геометрии КШМ и скоростного режима работы двигателя.

Сделаем вывод: для плоскопараллельной камеры сгорания в системе координат, жестко связанной с поверхностью головки цилиндра имеем линейное распределение скорости U_z вдоль поверхности гильзы цилиндра. В такой камере сгорания поршень инициирует движение только вдоль оси z. Направленного обтекания поверхностей поршня и головки нет.