Тепловой баланс дизельного двигателя с наддувом

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 10Следующая ⇒

Тепловой баланс в общем виде (87):

Q=Q_е+Q_г+Q_в+Q_ост.

Количество располагаемой (введенной) теплоты (88)

Q = G_тQ^н = 0,00529×42,438×10³ = 224,50 кВт.

Теплота, превращенная в полезную работу (89),

Q_e = N_е = 85 кВт.

Теплота, передаваемая охлаждающей среде, определится по
формуле (91):

кВт,

где с - коэффициент пропорциональности, с = 0,45…0,53 для четырехтактных двигателей; поскольку двигатель с наддувом, примем с = 0,5

i= 4 - число цилиндров;

D= 12см - диаметр цилиндра;

n = 2500 мин^-1- заданная частота вращения коленчатого вала двигателя;

m - показатель степени, m = 0,5…0,7 для четырехтактных двигателей, примем m = 0,65.

Теплота теряемая с отработавшими газами (92):

Q_г =G_т{М_пс×[(mc_v)_пс + R]×t₆ – aМ₀×[(mc_v)_в + R]×t_к} =

= 0,00539{0,832 ×[24,432 +8,314]×528 – 0,794 ×[20,829 + 8,314]×88 } = 77,66 кВт,

где G_т = 0,00539 кг/с — расход топлива;

М_пс = 0,832 и aМ₀ = 0,794— расходы продуктов сгорания и воздуха в расчете на 1 кг топлива, кмоль/кг;

t₆= (Т₆ – 273) =801 - 273 =528 ^оС и t_к = (Т_к – 273) = 361 – 273 = 88 ^оС — температуры отработавших газов и поступающего воздуха,;

(mc_v )_пс = 23,432 кДж/(кмоль⋅град) - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания (определяется методом интерполяции из приложения табл. П3 для дизелей при a = 1,6 и температуре t₆ = 800 – 273 =528 ^оС);

(mc_v )_в= 20,829 - средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме при температуре, исходя из следующих значений: - при температуре t₀ = 0°С (mc_v )_в = 20,759 кДж/(кмоль⋅град);

- при температуре t₀ = 100°С = 20,839 кДж/(кмоль⋅град);

R = 8,314 кДж/(кмоль·град) – универсальная газовая постоянная.

Остаточный член теплового баланса (94)

Q_ост = Q – (Q_e + Q_охл + Q_г ) = 224,50 – 85 –59,70 - 77,66 = 3,14кВт.

Таблица 9 - Основные величины теплового баланса двигателя

Составляющие теплового баланса	Q, кВт	q, %
Количество располагаемой (введенной) теплоты	224,50	100
Теплота, превращенная в полезную работу	85	37,86
Теплота, потерянная с охлаждающим агентом	59,70	26,59
Теплота, потерянная с отработавшими газами	77,66	34,59
Остаточный член теплового баланса	3,14	1,40

Тепловой расчет карбюраторного двигателя

Выполнить тепловой расчет четырехтактного карбюраторного двигателя. Двигатель четырехцилиндровый (i=4). Система охлаждения жидкостная закрытого типа.

Исходные данные:

- мощность двигателя при n = 5200 об/мин, N_е – 65 кВт;

- степень сжатия ε = 8,5;

- коэффициент избытка воздуха α = 0,9;

- топливо - бензин (С = 0,855; Н = 0,145; Н/С=0,17);

- молекулярная масса μ_т = 114;

- плотность топлива (жидк.) ρ_ж = 594 кг/м³.

Определить:

- количество воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива;

- количество (кмоль) свежей смеси и продуктов сгорания;

- параметры (р и Т) процессов впуска, сжатия, сгорания и расширения;

- среднее эффективное давление цикла;

- механический, индикаторный и эффективный КПД;

- индикаторный, эффективный и секундный расходы топлива.

Рассчитать тепловой баланс.

Решение:

Низшая теплота сгорания Q^Н = 33,913С + 102,995Н – 10,885(О – S) – 2,512d = 33,913×0,855 + 102,995×0,145 = 43,930 МДж/кг = = 43930 кДж/кг.

1. Рассчитаем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива (15-16):

2. С учетом коэффициента избытка воздуха α = 1определим по формулам действительное количество воздуха, участвующего в сгорании 1 кг
топлива (18):

α·п₀ = 0,9·14,96 = 13,464 кг,

α·М_о = 0,9·0,512 = 0,461 кмоль.

3. По формуле (19) определим суммарное количество кмоль горючей смеси, участвующей в сгорании 1 кг топлива:

.

Суммарное количество горючей смеси в килограммах будет равно:

G_T =1 + 14,96 = 15,96 кг.

4. Определим суммарное количество продуктов сгорания, которое получается при сгорании этой горючей смеси:

М_ПС = М_СО + М_СО2 + М_Н2 + М_Н2О + М_N₂

Количество отдельных составляющих продуктов сгорания на 1 кг топлива рассчитываем по (29-33) принимая отношение количества молей не прореагировавшего водорода к числу молей окиси углерода К = 0,5

Изменение количества молей смеси

кмоль.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения μ₀ (34)

5. Расчет параметров процесса впуска

Примем: приращение температуры в процессе подогрева заряда
ΔТ = 15°С, температуру остаточных газов Т₅=1050 К, давление остаточных газов р₅= 0,12 МПа. Суммарный коэффициент, учитывающий гашение скорости и сопротивление впускной системы, отнесенный к минимальному сечению, β²+ζ = 3. Примем скорость движения заряда в сечении клапана w_в_n= 90 м/с. Так как воздух в систему впуска забирается из атмосферы (наддув отсутствует), то р_к = р_о= 0,1 МПа, Т_к = Т₀ = 288 К. Определим плотность заряда на впуске

Найдем давление в конце впуска:

Рассчитаем коэффициент остаточных газов:

Определим температуру конца впуска:

Найдем величину коэффициента наполнения:

6. Рассчитаем параметры процесса сжатия. Показатель политропы сжатия в зависимости от числа оборотов n:

.

Давление в конце процесса сжатия:

Температура в конце процесса сжатия:

7. Определим параметры в конце процесса сгорания. Вычислим действительный коэффициент молекулярного изменения (46)

Определим не выделившуюся теплоту вследствие неполного сгорания топлива (согласно формуле (28) А = 114×10⁶)

Найдем температуру в конце процесса сгорания (T₃). Для этого воспользуемся уравнением сгорания (48):

Примем коэффициент теплоиспользования теплоты, согласно опытным данным для карбюраторных двигателей, равным 0,85.

Внутренняя энергия 1 кмоля свежей смеси в конце процесса сжатия:

где (μс_νm)- средняя мольная теплоемкость при постоянном объеме в интервале температур от 0 до температуры t₂ , берут из таблицы П2 приложения, считая, что теплоемкость свежей смеси равна теплоемкости воздуха. Для t₂=520°С находим (μс_νm) =21,842 кДж/(кмоль·К).

Тогда U₂ = 21,842 · 520 = 11358 кДж/кмоль.

Внутренняя энергия 1 кмоля продуктов сгорания в конце процесса сжатия где

(μс_νm)_пс - мольная теплоемкость продуктов сгорания.

Используя данные таблицы П4 приложения, по температуре t₂ = 520°С находим значение (μс_vm)_пспри коэффициенте избытка воздуха a = 0,9, применяя линейную интерполяцию в интервале температур от 500°С до 600°С,(μс_vm)_пс = 24,709 кДж/(кмоль·К).

Тогда: U^”₂= 24,709 ·520 = 12849 кДж/кмоль

Подставляя найденные значения в уравнение сгорания, получим

Следовательно,

Воспользуемся табличными данными (таблица П4 приложения) найдем температуру t₃методом подбора. Для бензина при α = 0,9 и t₃ ⁼ 2400°С табличное значение (μс_vm)_пс = 29,230 кДж/(кмоль·К). Тогда: U^”₃= 29,393 ·2400 = 70543 кДж/кмоль, что меньше, чем найденное значение 72362, а при t₃=2500°С U₃^’’= 29,533 ·2500 = 73882 кДж/кмоль, что несколько больше, чем 72362. Значит, искомая температура лежит между 2400 и 2500 °С. Принимая линейную зависимость внутренней энергии от температуры, получаем t₃ = 2454^oС(2727К). Она является максимальной температурой цикла.

Рассчитаем давление в конце процесса сгорания (51)

Степень повышения давления при горении топливной смеси

Действительное максимальное давление в цикле (53)

р₃_q = 0,85 ·6,088 = 5,175 МПа;

8. Рассчитаем параметры процесса расширения. Примем показатель политропы расширения n₂ = 1,24 (см. табл. 5, стр.33). Давление в конце процесса (56):

Температура в конце процесса расширения (57):

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 10% для всех скоростных режимов работы двигателя). Обратить внимание на то, что в циклах бензиновых двигателей т.5 соответствует параметрам остаточных газов в камере сгорания.

что вполне допустимо.

9. Определим среднее индикаторное давление цикла (65)

.

Принимая коэффициент скругления индикаторной диаграммы φ_i = 0,96, получаем действительное среднее индикаторное давление (66)

P_i = 0,96 · 1,026 = 0,994 МПа.

10. Рассчитаем показатели экономичности цикла. Определим долю индикаторного давления, затраченного на трение и привод вспомогательных механизмов (73), примем S = 0,082 м, тогда средняя скорость поршня (74)

С_m = м/с:

Р_м = А + ВС_m,

где А и В - коэффициенты, зависящие от конструктивных особенностей двигателя.

А = 0,034, В = 0, 0113 для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1;

   Р_м = 0,034 + 0,0113С_m = 0,034 + 0, 0113×14,21= 0,194 МПа.

Тогда среднее эффективное давление цикла

Р_e = P_i - Р_м= 0,994 - 0,194 = 0,80 МПа.

Определим механический КПД (76)

Вычислим удельный индикаторный расход топлива (69)

Тогда удельный эффективный расход топлива (77)

Найдем величину индикаторного КПД

Эффективный КПД цикла (76)

η_е = η_i · η_M = 0, 33· 0,805 = 0,2656.

Определим секундный расход топлива

G_Т = q_e ∙ N_e= 0,309 ∙ 65 = 20,085 кг/ч=0,005579 кг/с.

11.Основные параметры цилиндра и двигателя

Определяем литраж двигателя (78):

V_л = 30∙t∙N_e / (p_e ∙n) =30×4×65×10³/ (0,8×10⁶×5200) = 0,001875 м³ = 1,875 л.

где t = 4 - тактность двигателя;

N_е- эффективная мощность двигателя.

Определяем рабочий объем одного цилиндра (79):

V_h= V_л / i = 0,001875 / 4=0,000469 м³ = 0,469 л.

Определяем диаметр цилиндра. Так как ход поршня S предварительно был принят 0,082 м то (80):

Окончательно принимаем D = 0,086 м и S = 0,082 м.

Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям D и S (81)

V_л= м³.

Определяем площадь поршня (82):

м² .

Определяем эффективную мощность (83):

N_е= р_е× V_л×n / (30 × t) = 0,80×10⁶×0,0019×5200/(30×4) =65866 Вт = 65,866 кВт.

Определяем эффективный крутящий момент (84):

М_е= 30× N_е/ (p× n) = 30×65866/ (3,14 × 5200) = 121,02 Н×м.

11. Сравниваем полученное значение мощности с заданным значением (86), делаем выводы о правильности проведенного теплового расчета. Расхождение в значении мощности не должно превышать 10%.



Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 974; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!