Тепловой расчет ДВС

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    58,47 kb
  • Опубликовано:
    2011-12-12
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Тепловой расчет ДВС

ВВЕДЕНИЕ

Двигатели внутреннего сгорания относятся к наиболее распространенным тепловым машинам. Эти двигатели, работающие на жидком топливе нефтяного происхождения, явились надежной основой развития автотракторостроения.

Факторами, влияющими на конструкцию ДВС, являются необходимость увеличения удельной мощности, повышение надёжности и возможность использования двигателей в различных условиях эксплуатации при минимальных расходах топлива, стоимости и затратах материалов.

Экономичность и надежность двигателей в значительной степени зависят от систем питания, охлаждения, смазки, автоматизации, регулирования и других систем.

Поэтому рассмотрения особенностей работы, конструирования и расчета этих систем имеет важное значение. При создании новых двигателей и их семейств большое внимание уделяется степени их стандартизации и унификации, которая оценивается долей стандартизованных и унифицированных элементов во всей конструкции двигателя. Степень унификации должна определяться оптимальностью общего решения компоновки и ее экономической целесообразности.

1. Исходные данные двигателя

Тип двигателя: дизельный

Эффективная мощность двигателя на номинальном режиме 35кВт

Частота вращения коленчатого вала: 5000 мин-1

Число цилиндров:2

Определяем недостающие параметры:

Цикловая подача топлива, г/цикл:

, г/цикл

где n и i - частота вращения коленчатого вала (мин-1) и число цилиндров двигателя;

ge - эффективный удельный расход топлива, г/(кВт*ч)

τ - коэффициент тактности двигателя(τ=2- четырехтактный двигатель)

Ne - эффективная мощность двигателя, кВт.

г/цикл

Плотность заряда на впуске, кг/м3:

, кг/м3

где рк - давление наддува, МПа

Rв - газовая постоянная воздуха, Дж/(кг*К), Rв=287 Дж/(кг*К)

ТК - температура надувочного воздуха, К,

 K

где Т0 - температура окружающей среды, К; (Т0=293 К)

р0 - давление окружающей среды, кПа; (р0=100 кПа)

nk - показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре.

Для центробежных нагнетателей с охлаждаемым корпусом nk=1,4…1,8; без охлаждаемого корпуса nk=1,8…2,0. Принимаю nk=1,4.

К

 кг/м3

Необходимый объем воздуха, л:

, л

где LТ=14,5 кг - количество воздуха необходимое для сгорания 1кг топлива.

α=1,8…2- коэффициент избытка воздуха;

 л

Ориентировочное значение диаметра цилиндра, м:

, м

где ηн=0,8 - коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

к=1 - коэффициент короткоходности

 [м]

Ориентировочное значение хода поршня, м:

, [м]

[м]

. Процесс впуска

Определяем температуру в конце процесса впуска:

 , [К]

где ТК - температура надувочного воздуха, К;

DТ -подогрев свежего заряда, К;

gr -коэффициент остаточных газов;

Тr -температура остаточных газов, К,

Принимаем:

Тк =305 К

DТ =15-для двигателей с поршнем из алюминиевого сплава [стр.82 /1/];

gr =0,03…0,06 - в четырехтактных дизелях без наддува и с наддувом [стр.19 /3/],

gr =0,04;

Тr =700…900 К для дизелей [стр. 8 /4/], Тr =800 К.

К

Определяем давление в конце впуска:

Ра =(0,85…0,9)· Рк , [кПа]

Ра =0,9·115=103,5 кПа

. Процесс сжатия

Величину n1 определяем по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения коленвала ω, для дизеля:


Определяем давление в конце сжатия:

Рса·εn1, [кПа]

где n1- средний показатель политропы сжатия.

Рс =103,5·15.51,35=4186,8 [кПа]

Определяем температуру в конце сжатия:

Тс = 338,4·15.5 1,35-1 =883,18 [К]

. Процесс сгорания

Определяем теоретически необходимое количество воздуха (в молях) на сгорание 1 кг топлива:

, [кмоль/кг]

где С - содержание углерода в топливе;

Н - содержание водорода в топливе;

О - содержание кислорода в топливе;

Принимаем состав топлива: С=0,87; Н=0,124; О=0,006;

[кмоль/кг]

Определяем действительное количество воздуха:

L=a·L0, [кмоль/кг]

где a - коэффициент избытка воздуха.

Для дизелей с объемным смесеобразовании a=1,8…2,0 (стр.31 /3/),

Принимаем a=2 (стр.31 /3/)

L=2·0,492=1 кмоль/кг

Определяем число молей продуктов сгорания 1 кг топлива при a >1:


Определим химический коэффициент молярного изменения:


Находим действительный коэффициент молярного изменения:


Определяем теплоёмкость газов для чистого воздуха:

m·Ссn=а+в·Тс [кДж/кмоль·град]

где а=20,16; в=1,738·10-3 - постоянные коэффициенты. [стр.10 /4/]

m·Ссn=20,16+1,738·10-3 ·883,18=21,695 [кДж/кмоль·град]

Для продуктов сгорания при a >1:


Теплоёмкость при постоянном давлении:

m·Сzр =m·Сzn +m·R

где m·R =8,314- универсальная газовая постоянная[стр.10 /4/]

m·Сzр =

m·Сzр =

Температура в конце сгорания Тz определяется для дизеля из выражения:


где x- коэффициент использования тепла;

QH -низшая удельная теплота сгорания, кДж/кг,

l- степень повышения давления.

Для дизелей с полураздельными камерами сгорания величина l =1,7…2,2 [стр.10/4/], принимаем l =1,8 с учетом несовершенства конструкции двигателя.

Для дизелей x= 0,7…0,85 [стр.10/4/], принимаем x=0,8 с учетом обогащения смеси (a =2) и несовершенством процесса смесеобразования;

Для дизельных топлив QH = 42500 кДж/кг [стр.10/4/].


Решая квадратное уравнение, определяем Тz.:  К

Определяем давление в конце сгорания:

 [кПа]

 кПа

. Процесс расширения

Определяем степень предварительного расширения:


Степень последующего расширения:


Давление в конце расширения:


где n2 - показатель политропы расширения, который можно определить по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова для дизельного двигателя:

[кПа]

Температура в конце расширения

 [К]

. Процесс выхлопа

Давление в конце выхлопа для двигателей без наддувом:

Рrr· Рк, [кПа]

где кr=(0,75…0,98) для двигателей с наддувом ,[стр. 11 /4/]

Рr =0,98·115=112,7 кПа

. Построение индикаторной диаграммы

Для построение индикаторной диаграммы выбираем масштабы:

для давления: 30 кПа/мм

для объёма : 10 мм = Vc

Va = Vc · ε = 10 · 15,5 = 155 мм

для сжатия:

,

- для расширения:

.

двигатель конструкция тепловой баланс

Таблица 3.1

Промежуточные точки политропы сжатия

для сжатия:

Vx, мм

30

50

70

90

115

135

Рx, кПа

950,1

476,7

302,7

215,6

124,7

124,7

Рx, мм

31,7

15,9

10,1

7,2

4,2

4,2


- для расширения:

Vy, мм

30

50

70

90

115

135

Рy, кПа

2562,2

1358,5

894,5

654,7

482,8

395,7

Рy, мм

85,41

45,28

29,82

21,82

16,09

13,19


. Определение индикаторных показателей

Среднее теоретическое индикаторное давление Рi` определяем графическим и аналитическим методами.

Графическое определение среднее теоретического индикаторного давление Рi`.

, [кПа]

где A- площадь индикаторной диаграммы, мм2;

l =Vh =145 длина диаграммы по оси, мм;

m=30 кПа/мм - масштаб давления.

A=3930мм2;

кПа

Для аналитического определения теоретического индикаторного среднее давление используем для дизеля формулу:

(кПа)

Действительное среднее индикаторное давление определяем с учетом округления диаграммы и затрат на осуществления насосных ходов поршня:

Рi =f· Рia`-DР, [кПа]

где DР=Рrа, кПа (принимается DР=(5…25)), DР=9,

f=0,92…0,95- коэффициент округления

Рi =0,95·856,3-9,2=804,3 (кПа)

Среднее индикаторное давление Рi это такое условное постоянное давление в цилиндре двигателя, которое, действуя в течение одного хода поршня совершает такую же работу, что и переменное давление внутри цилиндра.

Определяем процент несовпадения величин среднего индикаторного давления вычисленных графическим и аналитическим методом:


Действительная погрешность DРi = 1,08 % не превысила допустимую DРi = 3…5%.

Индикаторный коэффициент полезного действия определяем по формуле:


Находим индикаторный удельный расход топлива:

 кг/кВт·ч

. Определение эффективных показателей работы двигателя

Среднее эффективное давление:

Реiм ,[кПа]

где Рм -механические потери мощности, [кПа].

Рм=(0,9+(0,11…0,15)Сm)102, [кПа]

где Сm - средняя скорость поршня, [м/с].

 (м/с).

 (кПа)

Предварительно определяем среднее эффективное давление:

Ре=804,3 -198,2=606,1 [кПа]

Определяем эффективных коэффициент полезного действия:

hс=hi·hм,

где hм -механический коэффициент полезного действия.

hс=0,5·0,753=0,337

Эффективный удельный расход топлива:

 (кг/кВт·ч)

. Тепловой баланс двигателя

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

Q=Qн·GT,[кДж/ч]

где GT -часовой расход топлива, кг/ч.

GT = qe·Neн

GT = 0,224·35 = 7,84 кг\час

Q=42500·7,84 =333[кДж/ч]

Теплота, эквивалентная эффективной работе:

Qe=3600·Ne , ,[кДж/ч]

Qe=3600·35=126 [кДж/ч]


Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

, [кДж/ч]

где С-коэффициент, равный 0,45…0,53[стр.17 /4/]

, [кДж/ч]


Теплота, уносимая с отработавшими газами:

Qгр·(Тr- Tк)·(Gв+Gт), [кДж/ч]

где Ср - средняя теплоемкость отработавших газов при постоянном давлении,

Ср =1,04 кДж/кг·град [стр.17 /4/]

Gв - часовой расход воздуха, кг/ч

Gв =a·L0Gт ·28,95 ,

Gв =2·0,494·29,19·28,95=836,17 [кг/ч]

Qr =1,04·(800- 305)·(836,17+29,19)=364195,4 [кДж/ч]


Неучтенные потери:

Qн.у. =Q-( Qe+ Qг + Qв), [кДж/ч]

Qн.п. =1240839-( 468000+ 364195,4 + 206375,9)=202267,7 [кДж/ч]


. Определение размеров цилиндра

Рабочий объем одного цилиндра

3]

где i - число цилиндров.

3]

Предварительный диаметр цилиндра:

, [м]

, [м]

Ход поршня:

S=к·D(м)

S =1·0,118=0,081м

Радиус кривошипа:

, [м]

Удельная литровая мощность двигателя:

, [кВт/м3]

 кВт/м3

Удельная поршневая мощность двигателя:

, [кВт/м2]

 кВт/м2

. Регуляторная характеристика двигателя

Номинальный режим

угловая скорость вращения к.в.:

 [с-1]

 [с-1]

крутящий момент двигателя:

 [Н·м]

 [Н·м]

часовой расход топлива

Gт=ge·Ne [кг/ч]т=0,224·35=7,84

Режим холостого хода, регуляторная ветвь

угловая скорость холостого хода

-1]

где δр-степень неравномерности регулятора δр =0,07…0,08, принимаем δр =0,075

-1]

крутящий момент холостого хода

 [Н·м]

часовой расход холостого хода

Gхх=(0,26…0,3)·GТ [кг/ч]

Gтх=0,28*7,8=2 [кг/ч]

корректорная ветвь

- минимальная угловая скорость вращения к.в.:

ωмин= (54…90) [с-1]

ωмин= 90[с-1]

номинальная мощность двигателя

[кВт]

[кВт]

минимальный крутящий момент

 [кН·м]

[Н·м]

минимальный удельный расход топлива:

 [кг/кВт·ч]

 [г/кВт·ч]

минимальный часовой расход топлива:

Gтmin=gemin·Nemin·10-3[кг/ч]

Gтmin=254·51·10-3=1,295[кг/ч]

Результаты расчетов заносятся в таблицу.

Результаты вычислений

n,мин-1

Nе,кВт

gе,г/кВт*ч

Мк,Нм

GТ,кг/ч

1000

5,1

254

56,7

5,07

2000

6,7

238

58,3

6,08

3000

10,2

223

59,4

6,12

4000

19,5

215

58,4

6,35

35

213

66,8

7,56

6000

27,2

217

52,4

8,9


По данным точкам строится регуляторная характеристика двигателя

Использованная литература

1. Николаенко А.В. Теория и расчет автотракторных двигателей [Текст]: учебное пособие / А.В. Николенко -М.: Колос, 1984.-335с.

. Методическое пособие к выполнению курсовой работы (проекта) [Текст] / [Р.М. Баширов, Инсафуддинов С.З.] - Уфа: БГАУ, 2008.-36 с.

. Кутьков Г.М. Теория трактора и автомобиля [Текст]: учебное пособие / Г.М. Кутьков - М.: Машиностроение, 1996.-247 с.

Похожие работы на - Тепловой расчет ДВС

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!