Расчет рабочих процессов двигателя

Расчет рабочих процессов двигателя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

“БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА”

Кафедра “Тепловозы и тепловые двигатели”

Контрольная работа

по дисциплине «Термодинамика и транспортные двигатели»

Разработал студент Сухопаров С.И.

Доцент Цихелашвили Е.В.

Гомель 2011

Содержание

1. Расчет объема камеры сгорания

. Расчет процесса наполнения

3. Расчет параметров сжатия рабочего тела

. Расчет процесса сгорания

. Расчет процесса расширения

. Расчет индикаторных показателей работы двигателя

. Расчет эффективных показателей работы двигателя

. Построение индикаторной диаграммы

Список использованной источников

1. Расчет объема камеры сгорания

Объем камеры сгорания

_c = V_h / (e - 1) ,

где e - степень сжатия двигателя; e = 18._h - рабочий объем цилиндра; м³.

V_h=F_п×S,

где F_п - площадь поршня; м²;- ход поршня; S = 0,092 м.

F_п = πD/4,

где D - диаметр поршня; D =0,092 м.

 м²,

V_h = 0,0066·0,092 =0,00061 м³

,

2. Расчет процесса наполнения

Давление в цилиндре в конце процесса наполнения для четырехтактных ДВС без наддува можно ориентировочно принять:

Р_а = (0,85-0,9) Р_о, (МПа)

где Р_о - атмосферное давление воздуха, МПа.

Для стандартных атмосферных условий Р_о = 0,101 МПа.

Р_а = 0,9 0,101=0,0909 МПа

Температура заряда в конце процесса наполнения

где Т_о - температура воздушного заряда на входе в двигатель; Т_о = 293 К;

Dt - подогрев рабочего тела в цилиндре от стенок в конце наполнения; Dt = 20 °С;

Т_r - температура выпускных газов, Т_r = 800 К;

g_r - коэффициент остаточных газов, g_r = 0,05.

Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле

Объем цилиндра в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы:

для 4-х тактных

_а = V_в = V_c + V_h ,

V_а = V_в = 0,000036 + 0,00061=0,000646 м³ ;

. Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре

Давление и температура в конце сжатия

где n₁ - показатель политропы сжатия, n₁ = 1,35

. Расчет процесса сгорания

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле

 кмоль

где  - элементарный состав соответственно углерода, водорода и кислорода в топливе по массе.

Средние значения для дизельного топлива

 кмоль

Количество свежего заряда в цилиндре, кмоль, приходящаяся на 1 кг топлива:

Для дизельных двигателей количество свежего заряда в цилиндре определяется по формуле:

М₁ = a × L_о, кмоль.

где a - коэффициент избытка воздуха, который можно принять :

a = 1,3-1,7 - для дизельных двигателей.

М₁ = 1,5 × 0,5=0,75 кмоль

Общее количество продуктов сгорания на один кг топлива:

при a > 1

Химический коэффициент молекулярного изменения рабочего тела:

при a > 1

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси с учетом наличия в цилиндре остаточных газов

_,

Максимальная температура газов в процессе сгорания определяется из уравнения сгорания.

Уравнение сгорания для дизелей имеет вид

где x - коэффициент использования теплоты, для дизелей x = 0,75;

Н_u - низшая теплота сгорания топлива, Н_u = 42500 кДж/кг,_vc - средняя молярная теплоемкость свежего заряда;_vc = 20,16 + 1,74 ×10^-3 Т_с;_vc = 20,16 + 1,74 ×10^-3 924,58=21,77;_v^” - средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания.

Для дизелей_v^” =

Для дизельных двигателей по заданному значению Р_z определяется степень повышения давления в цилиндре

l_z = P_z / P_c.

Подставляя полученные значения величин в уравнения сгорания, получаем уравнение с двумя неизвестными: максимальной температурой сгорания Т_z и теплоемкости продуктов сгорания mc_v^” при этой же температуре.

После подстановки в уравнение сгорания известных параметров в виде числовых значений и последующих преобразований оно превращается в квадратное уравнение

,00268Т_z² + 31,52Т_z - 72211,6 = 0,

Тогда решение уравнения имеет вид

,

Для дизелей теоретическое максимальное давление цикла определяется по формуле

Р_z¢ = Р_z.

Р_z¢ = Р_z.=6,8 МПа

. Расчет процесса расширения

Степень предварительного расширения

для дизелей

r = (m / l_z )× (Т_z / Т_с) ;

Объем цилиндра в точке Z

_z = V_c r.

_z = 0,00036·1,53=0,00055 м³.

Степень последующего расширения

d = e / r.

Давление и температура в цилиндре в конце процесса расширения

Р_в = Р_z / dⁿ₂;

Т_в = Т_z / dⁿ₂^-1;

где n₂ - показатель политропы расширения.

для дизельных двигателей n₂ = 1,27.

Па;

⁰С;

. Расчет индикаторных показателей работы двигателя

После определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Средним индикаторным давлением Р_i называют отношение работы газов за цикл L_i к рабочему объему V_h четырехтактного двигателя.

Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизелей

Среднее индикаторное давление действительного цикла для четырехтактного двигателя

Р_i = j_п Р_i¢;

где j_п - коэффициент полноты индикаторной

диаграммы;

Для дизелей j_п = 0,94.

Р_i = 0,94·3,08=2,9;

Индикаторный коэффициент полезного действия h_i характеризует степень совершенства рабочего процесса в двигателе и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, к теплоте сгорания топлива

,

Удельный индикаторный расход топлива г/квт.ч определяется по формуле

 г/квт.ч

Индикаторная мощность двигателя, кВт

где i - число цилиндров двигателя, i = 4- частота вращения коленчатого вала двигателя, n = 3700 об/мин;

t - коэффициент тактности двигателя, для 4-х тактных ДВС t = 4,

7. Расчет эффективных показателей работы двигателя

Эффективные показатели характеризуют двигатели в целом, так как учитывают не только потери теплоты но и механические потери в двигателе. Для их определения вначале находят среднее давление механических потерь:

Р_м = 0,103 + 0,012C_m МПа,

где С_m - средняя скорость поршня, м/с;- диаметр цилиндра, м.

,

м/с;

Р_м = 0,103 + 0,012·11,3 = 0,24 МПа;

Среднее эффективное давление определяется по формуле

Р_е = Р_i - Р_м.

Р_е = 2,9 - 0,24 = 2,66.

Механический КПД двигателя

Эффективный КПД двигателя

h_е = h_i h_м.

h_е = 1,56 · 11,08 = 17,29.

Удельный эффективный расход топлива, г/кВт.ч

_е = q_i / h_м.

 г/кВт.ч

Эффективная мощность двигателя, кВт

N_е = N_i h_м.

_е = 218,2 · 11,08 = 2417,6 кВт.

молекулярный сгорание индикаторный газ

8. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах давление Р - V ( приложение А). По оси абсцисс откладываются вычисленные ранее объемы V_a, V_c, V_z, V_b, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы. По оси ординат откладываются вычисленные ранее давления P_a, P_c, P_z, P_b. По значениям объемов и давлений находим положение характерных точек индикаторной диаграммы ("а","с","z","b").

Далее необходимо определить координаты промежуточных точек политроп сжатия "а"-"с" и расширения "z"-"b". Для этого выразим значение давлений Р этих политроп при заданном текущем объеме V.

Расчет политропы сжатия

Расчет политропы расширения

,

V = V_c + F_п S; S = R(1 - cos j + l(1 - cos 2j)/ 4),

где R - радиус кривошипа коленчатого вала, R = 0,046 м;

l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, ;

j - угол поворота коленчатого вала, град.

Расчет политропных процессов расширения и сжатия выполнены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

Список использованных источников

Сухопаров, С. И., Транспортные двигатели/, Р. К. Гизатулин. - Гомель.: БелГУТ, 2008. - 17 с.