Referate noi - proiecte, esee, comentariu, compunere, referat
Referate categorii

Calculul rezistentei la inaintare. calculul si alegerea masinii de propulsie

CALCULUL REZISTENTEI LA INAINTARE. CALCULUL SI ALEGEREA MASINII DE PROPULSIE


1 Determinarea rezistentei la inaintare a navei


1.1. Calculul rezistentei la inaintare principale

Ca date initiale, avem:

Lungimea maxima a navei: Lmax = 242,11 [m]

Lungimea intre perpendiculare: Lpp = 230 [m]

Latimea navei: B = 40,06 [m]

Inaltimea de constructie: D = 18,03 [m]

Pescajul: T = 13,61 [m]

Raportul intre lungime si latime: L/B = 6,043

Raportul intre latime si pescaj: B/T = 2,943

Coeficientul de finete bloc al carenei: cB = 0,79

Volumul carenei: V = cB·L·B·T = 104281,88 [m3]

Aria suprafetei udate: S = 1,81·L·T+ (V/T) = 13626,312 [m2]

Coeficientul aditional de rugozitate: cAR = -0,1·10-3

Lungimea navei la plutire LWL [m]

CAR

100

0,4 . 10-3

150

0,2 . 10-3

200

- 0,1 . 10-3

250

- 0,3 . 10-3

300 si mai mult

- 0,4 . 10-3


Densitatea apei: ρ = 1025 [kg/m3]

Vascozitatea cinematica a apei: ν = 1,358·10-6 [m2/s]

Viteza de croaziera: v = 16 [Nd] = 8,236 [m/s]

Acceleratia gravitationala: g = 9,81 [m/s2]


Rezistenta la inaintare principala se poate determina prin mai mul- te metode:

metoda analitica;

metoda expermentarii pe model in bazinele de incercari;

metoda formulelor aproximative si a diagramelor;

metoda incercarilor prin remorcaj a navei in marime naturala;

In aceasta lucrare, rezistenta la inaintare principala va fi determinata utilizandu-se seriile de diagrame, considerandu-se ca acestea des- criu mai bine caracteristicile dinamice ale navelor de transport maritim actuale.

In vederea alegerii unei serii de diagrame corespunzatoare, s-au realizat o serie de determinari preliminare, astfel:

numarul Froude: Fr = 0,17

raportul B/T = 2,943

raportul L/B = 6,043

Analiza acestor rezultate a impus alegerea seriilor japoneze de diagrame in calculul rezistentei la inaintare principale.


a) Calculul rezistentei de frecare

Coeficientul rezistentei de frecare se calculeaza cu relatia:

cF = cF0 + cAR

cAR = -0,1·10-3

cF0 se determinea in functie de numarul Reynolds, cu formula lui Schoenherr.

Formula lui Schoenherr este data de ralatia:

Numarul Reynolds:  

viteza navei: v = 8,236 [m/s]

vascozitatea cinematica a apei: ν = 1,358·10-6 [m2/s]

lungimea navei: L = 242,11 [m]

Deci Re = 1,468·109 => CF0 = 1,46092·10-3 pentru v = 16 [Nd]


In concluzie:

CF = (1,46092·10-3) + (-0,1·10-3) = 1,36092·10-3 pentru v = 16 [Nd]


Pentru calculul rezistentei la frecare se utilizeaza relatia:

in care,aria suprafetei udate a carenei, S=13626,312 [m2]

Rezistenta la frecare va avea valoarea: RF=644,670 [KN],pentru v=16 [Nd].


b) Calculul rezistentei de presiune

Coeficientul rezistentei de presiune se determina astfel:

cunoscand valorile Fr, (LCWL/B) si CB corespunzatoare navei tip petro-lier, se alege din seria japoneza diagrama potrivita si se determina CP’ si CP , pentru B/T = 2,943 => CP’ = 0,0031; CP” = 0,0032

se calculeaza diferenta:   δCP = CP CP’ => δCP = 0,0001

se determina coeficientul rezistentei de presiune corectat, pentru raportul B/T al navei, utilizand in acest scop relatia:

rezistenta de presiune se calculeaza cu relatia:


c) Calculul rezistentei la inaintare principale

Se utilizeaza relatia:   R = RF + RP [KN]

=> R = 644,670 + 502,319 = 1147,088 [KN]

Pentru diferite viteze de mars ale navei, calculele sunt prezentate sub forma tabelara:


Marimea

Valori calculate

v [Nd]

16

17

18

19

20

v [m/s]

8,236

8,751

9,265

9,780

10,295

Re

1,468·109

1,560·109

1,652·109

1,744·109

1,836·109

CF0

1,4609·10-3

1,45·10-3

1,4404·10-3

1,4311·10-3

1,4223·10-3

CF

1,3609·10-3

1,35·10-3

1,3404·10-3

1,3311·10-3

1,3223·10-3

RF [KN]

644,725

722,16

803,653

889,219

978,826

Fr

0,1690

0,1795

0,1901

0,2006

0,2112

Cp

0,0031

0,0033

0,0035

0,0045

0,0055

Cp

0,0032

0,0034

0,0036

0,0047

0,0056

δCP

0,0001

0,0001

0,0001

0,0002

0,0001

CP

0,003261

0,003461

0,003661

0,004822

0,005661

RP [KN]

502,362

601,902

713,791

1047,516

1362,635

R [KN]

1147,088

1324,062

1517,445

1936,736

2341,461


Metoda seriei japoneze de determinare a rezistentei la inaintare principale, se aplica cu succes la navele mari, lente si cu forme pline.


1.2. Calculul rezistentei la inaintare suplimentara

Rezistenta la inaintare suplimentara reprezinta o fractiune din rezistenta la inaintare totala si este determinata de interactiunea dintre apa si apendici, de actiunea valurilor marii, respectiv a aerului atmosferic asupra corpului navei, la deplasarea acesteia cu o anumita viteza.

Ea se detrmina cu relatia:

RS = RAP + RVM + RAA [KN]

unde, RAP reprezinta rezistenta la inaintare datorata apendicilor;

RVM reprezinta rezistenta la inaintare datorata valurilor marii;

RAA reprezinta rezistenta la inaintare datorata aerului;

Rezistenta la inaintare datorata apendicilor poate atinge valori cuprinse intre 15 % si 25 % din rezistenta la inaintare principala. Ea este data de componenta dupa directia de deplasare a rezultantei fortelor hidrodinamice care apar la interactiunea dintre apa si apendici.

Rezistenta la inaintare totala a apendicilor existenti la o nava se determina cu relatia:

RAP = S RAPj , j = 1…n [KN]


faza initiala de proiectare, se recomanda utilizarea relatiei:

in care, coeficientul rezistentei apendicilor, CAP, se determina tabelar:


Tipul navei

CAP

Nave maritime cu o elice si apendicii corect proiectati

(0,05…0,15) . 10-3

Nave maritime cu doua elice si apendicii corect proiectati

(0,20…0,30) . 10-3

Nave maritime cu apendici mari incorect proiectati

(0,50…0,80) . 10-3

Nave fluviale cu o elice

0,1 . 10-3

Nave fluviale cu doua elice

(0,15…0,20) . 10-3

Nave cataraman

(0,05…0,10) . 10-3

Se adopta: CAP = 0,05. 10-3


Rezistenta la inaintare generata de valurile marii este data de componenta dupa directia de deplasare a rezultantei fortelor hidrodinamice suplimentare, exercitate de valurile marii asupra navei.

In faza initiala de proiectare, rezistenta la inaintare generata de valurile marii se determina cu relatia[5]:


care, coeficientul rezistentei valurilor marii, CVM, se determina tabelar:


Gradul de agitatie al marii(Beaufort)

CVM

1 … 2

(0,1…0,2) . 10-3

3 … 4

(0,3…0,4) . 10-3

5 … 6

(0,5…0,6) . 10-3


Se adopta: CVM = 0,3 . 10-3


Rezistenta la inaintare datorata aerului este data de componenta dupa directia de deplasare a rezultantei fortelor aerodinamice, exercitate pe suprafata emersa a corpului navei.

Ea reduce viteza navelor cu 0,2…0,3 Nd si se determina cu relatia:


in care, valorile coeficientului k aer se determina tabelar:


Tipul navei

kaer

Tancuri petroliere

0,01 … 0,03

Nave pt.transp.marfuri generale

0,01 … 0,02

Nave pt.transp.cherestelei

0,03 … 0,07

Nave militare

0,02 … 0,03


Se adopta: k aer = 0,01

AVQ este aria proiectiei suprafetei emerse a navei, pe planul transversal al cuplului maestru; R = rezistenta la inaintare principala [KN].


Ca date initiale, avem:

- latimea navei : B = 40,06 [m];

- aria suprafetei udate : S = 13626,312 [m2];

- densitatea apei de mare : r = 1,025 [t/m3];

- starea marii : 3 [oB];

- viteza : v = 16 [Nd] = 8,236 [m/s];

- coeficientul rezistentei apendicilor  : CAP = 0,05 . 10-3 adoptat;

- coeficientul rezistentei valurilor marii : CVM = 0,3 . 10-3 adoptat;

- coeficientul : kaer = 0,01 adoptat;


In calculul rezistentei la inaintare suplimentare, se parcurg urmatoarele etape:

Se alege viteza navei: v = 16 [Nd]

Se calculeaza viteza navei in [m/s]: v = 8,236 [m/s]

Se determina rezistenta la inaintare datorita apendicilor

Se calculeaza rezistenta la inaintare generata de valurile marii:

Se determnia rezistenta la inaintare datorata aerului:

Rezistenta la inaintare suplimentara va fi suma rezistentelor la inaintare calculate anterior:

RS = RAP + RVM + RAA = 23,685 + 142,110 + 11,470 = 177,281 [KN]


Calculele, pentru diferite viteze de mars ale navei sunt prezentate sub forma tabelara:


Marimea

Valori calculate

v [Nd]

16

17

18

19

20

v [m/s]

8,236

8,751

9,265

9,780

10,295

RAP

23,6871

26,741

29,979

33,403

37,011

RVM

142,123

160,44

179,87

200,42

222,07

RAA

11,4709

13,241

15,174

19,367

23,415

RS

177,281

200,42

225,03

253,19

282,49


1. Calculul rezistentei la inaintare totala si a puterii instalatiei de propulsie a navei tip petrolier

Rezistenta la inaintare totala a navei se determina cu relatia:

RT = R + RS [KN]

in care:

R [KN] = rezistenta la inaintare principala

RS [KN] = rezistenta la inaintare suplimentara

Pentru viteza de proiect, v = 16 [Nd] = 8,236 m/s => RT = 1324,369 [KN]

Deplasarea navei prin apa, cu o anumita viteza constanta, se realizeaza cu ajutorul instalatiei de propulsie care, prin forta ce o dezvolta, trebuie sa invinga rezistenta la inaintare totala.

Puterea instalatiei de propulsie reprezinta lucrul mecanic realizat de aceasta, in unitatea de timp, pentru a invinge rezistenta la inaintare totala.

In general, instalatia de propulsie a navei cuprinde patru elemente principale (vezi Fig.2).

Fig.2

Semnificatia notatiilor din fig. 2 este:

1.     elicea sau alt tip de propulsor;

2.     axul port-elice;     

3.     arbore intermediar;

4.     masina principala de propulsie.

In continuare, se calculeaza puterile din lantul cinematic al instalatiei de propulsie.

PE = puterea de remorcare;

PD = puterea la elice;

PS = puterea la axul port-elice;

PB = puterea efectiva la flansa masinii principale;

Pi = puterea indicata a masinii principale

Fiecarui element principal, din lantul cinematic al instalatiei de propulsie, ii va corespunde o anumita putere. Acestea sunt:


Puterea de remorcare

Este produsa de elice si se determina cu relatia:

PE = RT . v [KW sau PE = 1,36 RT v [CP]


In tabelul urmator sunt prezentate rezultatele calcului rezistentei la inaintare totala si a puterii de remorcare.

Corespunzator valorilor calculate in tabel, sunt reprezentate curbele rezis-tentei la inaintare si a puterii de remorcare, respectiv, graficele functiilor RT = f (v) si PE = f (v).


Marimea

Valori calculate

v [Nd]

16

17

18

19

20

v [m/s]

8,236

8,751

9,265

9,780

10,295

RS [KN]

177,280

200,424

225,027

253,185

282,492

R [KN]

1147,088

1324,062

1517,445

1936,736

2341,462

RT [KN]

1324,369

1524,487

1742,473

2189,921

2623,954

PE [KW]

10907,98

13340,98

16145,58

21418,9

27014,78

PE [CP]

14834,85

18143,73

21957,99

29129,71

36740,1



Curba rezistentei la inaintare


Curba puterii de remorcare

Pentru calculul puterii corespunzatoare celorlalte elemente din lantul cinematic al instalatiei de propulsie, se considera viteza de proiectare a navei v = 16 [Nd] = 8,236 [m/s], pentru care avem calculate rezistenta la inaintare totala a navei si puterea de remorcare:RT = 1324,369 [KN] ; PE = 10907,98 [KW] = 14834,85 [CP]


Puterea la elice

Randamentul discului elicei sau propulsiv este:


hD = PE / PD                    

unde,

PD [KW] = puterea primita de elice, de la axul port-elice

Uzual, hD = 0,3 … 0,8. Adopt hD = 0,8.

Din relatia de mai sus obtinem puterea la elice:

PD = PE / hD =10907,98/0,8 => PD = 13634,975 [KW] = 18543,566 [CP].

Puterea efectiva la flansa masinii principale

Randamentul liniei axiale este dat de relatia:

hS = PD / PB

unde,

PB [KW] = puterea primita de axul port-elice de la flansa masinii principale prin intermediul arborelui intermediar.

Valorile uzuale ale lui hS sunt: hS = 0,96 … 0,99. Adopt hS = 0,99

Din relatia precedenta obtinem puterea la flansa masinii principale:

PB = PD / hS = 13634,566/0,99 => PB = 13772,288 [KW] = 18730,312 [CP].

Puterea indicata a masinii principale

Puterea indicata a masinii princiaple se determina cu relatia:

in care,

RT [KN] reprezinta rezistenta la inaintare totala a navei

v [m/s] este viteza navei

hP este randamentul propulsiei, determinat cu relatia:

hP hD hS hM                        (28)

unde:

hD = 0,30…0,85 si reprezinta randamentul discului elicei;

hS = 0,96…0,99 si reprezinta randamentul liniei axiale;

hM = 0,75…0,95 si  reprezinta randamentul mecanic al masinii principale. Adopt hM = 0,9.

Prin urmare, hP = 0,7128 => Pi = 15302,333 [KW] = 20811,173 [CP].


2. ALEGEREA SI CALCULUL MOTORULUI PRINCIPAL

2.1. Caracteristici principale ale motorului

Pe baza datelor obtinute la paragraful 1, se va alege un motor principal cu urmatoari parametrii functionali:

Tipul motorului: Sulzer 7RND90

Diametrul cilindrului: Dcil = 900 [mm]

Cursa pistonului: S = 1550 [mm]

Nr. timpi ai ciclului de functionare: τ = 2

Nr. de cilindri: i = 7  (linie)

Viteza medie a pistonului: vmp = 6,25 [m/s]

Presiunea medie efectiva: pe = 10,64 [bar]

Turatia motorului: n = 122 [rot/min]

Putere/Cilindru: Pcil = 2133 [KW] = 2900,88 [CP]

Putere efectiva: Pe = 14931 [KW] = 20306 [CP]

Raportul Cursa/Alezaj: ψd = 1,722

Presiunea de supraalimentare: pS = 2 [Bar]

Randamentul mecanic: ηm = 0,9

Coeficientul de compactitate al mecanismului motor: λd = 0,25

Raportul de comprimare: ε = 13

2.2. Constructia motorului

Motorul este de tip diesel lent, cu 7 cilindri in linie, in doi timpi, cu simpla actiune, reversibil, cu supraalimentare la presiune constanta, adaptat pentru exploatare cu combustibil greu pana la 3500 sRI / 100 oF in conditii de mars si cu motorina la pornire si oprire.

Partile principale ale motorului sunt astfel concepute incat lucrarile de intretinere sa fie cat mai reduse, iar la revizie acestea sa poata fi usor demontate si montate cu ajutorul sculelor si dispozitivelor speciale livrate impreuna cu motorul de catre firma producatoare si cu ajutorul dispozitivelor de ridicare din compartimentul masini (CM).

Motorul principal functioneaza cu combustibil greu. Pentru racire se utilizeaza:

  • apa dulce, pentru racirea cilindrilor si a racitoarelor de aer si a uleiului pentru arborele cotit si circulatia motorului;
  • ulei, pentru racirea pistoanelor;
  • aer, pentru racirea turbosuflantelor.

2. Echipamentul standard

Motorul este prevazut cu:

  • doua turbosuflante;
  • doua electrosuflante 3x380 V, 50 Hz;
  • doua racitoare de aer supraalimentare;
  • lagar de impingere;
  • pompe de injectie si echipament de asigurare a injectiei pentru combustibil greu;
  • regulator de presiune Woodward cu servomotor pentru uleiul de ungere;
  • viror cu actionare electrica, 3x380 V, 50 Hz, cu panou de comanda;
  • interblocare intre viror si pupitrul de comanda;
  • volant;
  • detector ceata de ulei;
  • regulator de turatie;
  • distribuitor pentru aerul de pornire;
  • valvula de reglare a presiunii de alimentare a combustibilului;
  • dispozitiv automat de oprire a alimentarii cu combustibil in caz de avarie; 
  • aparatura de masura si control, care ofera posibilitatea urmaririi functionarii motorului principal din timonerie, postul central de comanda din compartimentul masini si postul local de pe motor;
  • dispozitiv reglare pompe de injectie cu amplificator hidraulic;
  • post local lansare M.P.;
  • instalatie de protectie M.P.;
  • instalatie pentru insuflare aer in sistemul de racire pistoane;
  • ventil de siguranta pe chiulasa pentru pmax ardere;
  • ventil de siguranta pentru spatiul motor;
  • tubulatura de apa de racire, aer lansare, ulei ungere si combustibil, fixata pe motor;
  • instalatie de curatire a racitoarelor de aer;
  • instalatie de spalare a turbosuflantelor;
  • instalatie de supraveghere a temperaturii agent racire.

2.4 Calculul termic al motorului diesel naval SULZER 7RND90


Calculul urmeaza a fi efectuat pentru un motor de propulsie navala lent, cu cap de cruce, supraalimentat cu racire intermediara a aerului, in doi timpi.

Pentru efectuarea calculului termic, pe langa parametrii precizati in cadrul paragrafului 2.1, vor fi necesari urmatorii parametrii constructiv-functionali:

Puterea calorifica inferioara a combustibilului: Qi = 39762,2 [Kj/Kg]

Presiunea atmosferica: p0 = 1 [atm]

Temperatura mediului ambiant: T0 = 30 [sC]

Coeficientul de scadere a presiunii de admisie: ζa = 0,935

Temperatura gazelor arse reziduale: Tr = 760 [K]

Incalzirea fluidului in contact cu motorul: ΔT = 15 [K]

Racirea intermediara a aerului de supraalimentare: ΔTrac = 50 K]

Coeficientul de exces de aer: α = 2

Coeficientul gazelor arse reziduale: γr = 0,02

Coeficinetul de utilizare a caldurii la volum cnst.: ξV = 0,8

Coeficientul de utilizare a caldurii la presiune cnst.: ξp = 0,7

Coeficientul de rotunjire a diagramei indicate: φr = 0,98

Coeficientul cursei utile: ψu = 0,85

Unghiul de avans la injectie: β = 15 [sRAC]

Unghiul de corectie a duratei arderii: ξθ = -3 [sRAC]

Exponentul politropic al comprimarii pentru turbosuflante: nS = 1,7


2.4.1 Calculul procesului de admisie

Cantitatea de oxigen necesara arderii complete a unui kilogram de combus- tibil are valoarea:

[kmoli O2]

Cantitatea corespunzatoare de aer este:

[Kmoli aer]

rezultand cantitatea reala de aer utlizata pentru arderea cantitatii de un kilo- gram de combustibil:

[Kmoli de aer]

In urma arderii combustibilului rezulta urmatoarele produse:

bioxid de carbon:

[Kmoli CO2]

vapori de apa:

[Kmoli H2O]

oxygen:

[Kmoli O2]

azot:

[Kmoli N2]

Cantitatea totala de gaze rezultate din arderea cantitatii de un kilogram de combustibil este:

[Kmoli g.a.]

Gazele arse reziduale vor avea urmatoarea compozitie:

bioxid de carbon:

[Kmoli CO2]

vapori de apa:

[Kmoli H2O]

oxygen:

[Kmoli O2]

azot:

[Kmoli N2]

cantitatea totala fiind:

[Kmoli g.a.r.]

In compozitia fluidului motor intra aerul si gazelle arse reziduale. Masa flui- dului are valoarea:

[Kg]


Masele moleculare ale componentelor fluidului motor


Nr. Crt.

Componenta

Masa moleculara
[u.a.m]

1

Aer

28,8503

2

Bioxid de carbon

44,00950

3

Valori de apa

18,0153

4

Bioxid de sulf

64,0628

5

Oxigen

31,9988

6

Azot

28,0134


La randul ei, constanta cararcteristica a fluidului motor este:

[J/Kg∙grd]

Temperatura aerului la iesirea din suflanta agregatului de supraalimentare are valoarea:

[K]

Prin urmare, la intrarea in cilindru, aerul va avea temperatura:

[K]

Entalpia specifica a aerului pentru aceasta temperatura rezulta:

[kj/kmol]

In mod similar, entalpiile specifice ale gazelor arse reziduale aflate la tem- peratura Tr = 760 [K] vor fi:

- bioxid de carbon:

[kj/kmol]

vapori de apa:

[kj/kmol]

oxigen:

[kj/kmol]

azot:

[kj/kmol]

Se poate astfel determina entalpia fluidului motor in procesul de admisie:

[kj]

Adoptand temperaturile arbitrare T1 = 350 [K] si T2 = 400 [K], se determina entalpiile corespunzatoare:

[kj]

[kj]

Cu ajutorul acestor valori, se reprezinta grafic functia Iam = f(T), considerata ca avand o variatie liniara.

Pe baza constructiei grafice din Anexa 1 rezulta valoarea temperaturii fluidului motor la sfarsitul admisiei: Tagr = 374,5 [K]. Valoarea exacta a tempera- turii determinata pe aceasta cale este:

[K]

Pe baza componentei fluidului motor, se poate obtine valoarea analitica a acestui parametru:

[K]

Intre cele doua valori obtinute exista o eroare procentuala care nu depaseste limita admisibila de doua procente:

Presiunea fluidului motor pe parcursul procesului de admisie are valoarea:

[Pa]

Drept urmare, la sfarsitul admisiei, fluidul motor va ocupa volumul:

[m3]

In sfarsit, coeficientul de umplere are valoarea:

Valorile obtinute se incadreaza in limitele experimentale indicate in literatu-ra de specialitate. Astfel in cazul motoarelor supraalimentate, pa = (1,24,0) ∙ 105 [Pa]. De asemenea, in cazul motoarelor supraalimentate, temperatura Ta ia valori cuprinse intre 310 si 420 [K], iar coeficientul de umplere λv intre 0,85 si 1,10.


3.2.4.2           Calculul procesului de comprimare

Pentru determinarea exponentului mediu politropic al procesului de com- primare, se calculeaza initial expresiile caldurii specifice medii molare ale fluidului motor. Utilizand expresiile caldurilor specifice ale componentelor si compozitia fluidului motor, rezulta:

[Kj/Kmol∙grd]

[Kj/Kmol∙grd]


Coeficientii caldurilor specifice medii molare cj = aj + bj ∙ T pentru procesul de comprimare

Componenta

Intervalul (273…Tc) [K]

aj
[kj/kmol·grd]

bj
[kj.kmol·grd2]

Aer

19,67

2,51∙10-3

Benzina

101,98

219,46∙10-3

CO2

27,62

11,72∙10-3

CO

19,25

3,35∙10-3

H2O

23,01

5,44∙10-3

SO2

30,97

11,72∙10-3

H2

20,09

1,26∙10-3

O2

19,25

4,6∙10-3

N2

19,67

2,510-3

Prin urmare, ecuatia de determinare va avea expresia:

Exponentul mediu politropic al comprimarii ia valori in intervalul nc = 1,321,38. Atribuind succesiv, din 0,01 in 0,01, diverse valori exponentului nc se calculeaza valorile celor membri ai ecuatiei de determinare. Rezultatele obtinute in urma efectuarii calculelor sunt prezentate in urmatorul tabel:


Valorile membrilor ecuatiei de determinare a exponentului mediu politropic al comprimarii

nc

[kj/kmol∙grd]

[kj/kmol∙grd]

1,32

26,50195

23,23382

1,33

25,69886

23,29076

1,34

24,94302

23,34917

1,35

24,23036

23,40910

1,36

23,55729

23,47059

1,37

22,92061

23,53368

1,38

22,31743

23,59841


Cuajutorul acestor valori, in anexa 1 sunt reprezentate variatiile celor doi membrii ai ecuatiei in functie de exponentul politropic nc. La intersectia celor doua curbe rezulta valoarea aproximativa:

nc = 1,3612

Pentru cresterea preciziei de determinare se utilizeaza metoda iterative ce urmareste obtinerea diferentei absolute minime dintre valorile celor doi membri. Au fost obtinute rezultate din urmatorul table:


Determinarea valorii exacte a exponentului mediu politropic al comprimarii


nc

Ms

Md

ΔM

1,361

23,492041

23,47683577

0,015205224

1,362

23,42714586

23,483088

-0,055942141

1,3612

23,47903322

23,47808494

0,000948287

1,36121

23,47838321

23,47814741

0,000235801

1,361212

23,47825321

23,47815991

0,000093308


Rezulta astfel valoarea exacta a exponentului mediu politropic al comprimarii:

nc = 1,361212

Prin urmare, marimile de stare ale fluidului motor la sfarsitul comprimarii vor fi:

presiune:

[Pa]

volumul:

[m3]

temperatura:

[K]


Valorile uzuale ale acestor parametri, in cazul motoarelor supraalimentate, sunt: pc = 510[Mpa] si, respectiv, TC = 750950 [K]. Asadar, rezultatele obtinu- te se incadreaza in limitele specificate.


3.2.4.3           Calculul procesului de ardere izocora

In momentul declansarii injectiei de combustibil, fluidul motor ocupa volumul:

[m3]

Acest moment fiind situate in cadrul procesului de comprimare, presiunea si temperatura fluidului motor vor avea valorile:

[Pa]

[K]

Pentru calculul intarzierii la autoaprindere, se utilizeaza presiunea in mo- mentul injectiei, exprimata in unitati de masura ale Sistemului Tehnic:

[kgf/cm2]

Rezulta astfel:

[s]

Conform datelor experimentale, la motoarele navale acest parametru are va- lorile τaa = 0,001…0,005 [s]. Prin urmare, valoarea obtinuta se incadreaza in intervalul indicat. Ei ii corespunde unghiul de rotatie:

[°RAC]

Durata totala a arderii ii va corespunde unghiul:

[°RAC]

rezultand astfel cantitatea de combustibil care arde izocor in ipoteza arderii candtitatii gtot = 1 [kg] combustibil pe ciclu):

[Kg]

In urma arderii acestei cantitati de combustibil rezulta urmatoarele produse:

bioxid de carbon:

[Kmoli CO2]

vapori de apa:

[Kmoli H2O]

oxigen:

[Kmoli O2]

azot:

[Kmoli N2]

cantitatea totala fiind:


[kmoli g.a.]

Drept urmare, pe parcursul arderii izocore, fluidul motor are compozitia urmatoare:

bioxid de carbon:

[Kmoli CO2]

vapori de apa:

[Kmoli H2O]

oxigen:

[Kmoli O2]

azot:

[Kmoli N2]

Cantitatea totala de gaze care formeaza fluidul motor va fi:

[kmoli g.a.]

Masa fluidului motor are valoare:

[Kg]

La randul ei, constanta caracteristica a fluidului motor este:

[J/kg∙grd]

Utilizand valorile indicate in tabele de specialitate, se determina energiile interne specifice ale componentelor fluidului motor pentru temperature Tc = 943,6588 [K]:

bioxid de carbon:

[KJ/kmol]

vapori de apa:

[KJ/kmol]

oxigen:

[KJ/kmol]

azot:

[KJ/kmol]

Pe baza acestor valori, rezulta energia interna in starea “c”:

[KJ]

Ca urmare a arderii izocore a combustibilului, energia interna a fluidului motor ajunge la valoarea:

[KJ]

Pentru determinarea temperaturii Ty se adopta temperaturiile arbitrare T’1 = 1150 [K] si T’2 = 1200 [K]. Utilizand energiile specifice ale componentelor din tabelele de specialitate, rezulta energiile interne ale fluidului motor pentru cele doua temperature:

[KJ]

[KJ]

Pe baza ipotezei simplificatoare conform careia energia interna variaza liniar in functie de temperature, in anexa 2 este reprezentata graphic aceasta variatie. Corespunzator energiei interne Uam”y”  rezulta temperature Ty =1150,23 [K]. Valoarea exacta a acestei temperaturi este:

[K]

Deoarece procesul decurge izocor:

[m3]

Presiunea fluidului motor la sfarsitul arderii izocore va fi:

[Pa]

Se realizeaza astfel un raport de crestere a presiunii:

Valorile obtinute corespund limitelor experimentale intre care se incadreaza parametrii fluidului motor in starea “y”. Astfel conform literaturii de specialitate, temperature Ty variaza intre 1000 si 1500 [K]. De asemenea, presiunea in starea “y”, pentru motoare lente, este py = 6…9 [MPa].