Тепловой баланс дизельного двигателя с наддувом
Тепловой баланс в общем виде (87):
Q=Qе+Qг+Qв +Qост.
Количество располагаемой (введенной) теплоты (88)
Q = GтQн = 0,00529×42,438×103 = 224,50 кВт.
Теплота, превращенная в полезную работу (89),
Qe = Nе = 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):
Qг =Gт{Мпс×[(mcv )пс + R]×t6 – aМ0×[(mcv )в + R]×tк} =
= 0,00539{0,832 ×[24,432 +8,314]×528 – 0,794 ×[20,829 + 8,314]×88 } = 77,66 кВт,
где Gт = 0,00539 кг/с — расход топлива;
Мпс = 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 tк = (Тк – 273) = 361 – 273 = 88 оС — температуры отработавших газов и поступающего воздуха,;
(mcv )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);
(mcv )в = 20,829 - средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме при температуре, исходя из следующих значений: - при температуре t0 = 0°С (mcv )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)
Qост = Q – (Qe + Qохл + Qг ) = 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, Nе – 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 μт = 114;
|
|
- плотность топлива (жидк.) ρж = 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 QН = 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·Мо = 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:
GT =1 + 14,96 = 15,96 кг.
4. Определим суммарное количество продуктов сгорания, которое получается при сгорании этой горючей смеси:
МПС = МСО + МСО2 + МН2 + МН2О + МN2
|
|
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 wвn= 90 м/с. Так как воздух в систему впуска забирается из атмосферы (наддув отсутствует), то рк = ро= 0,1 МПа, Тк = 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 (μсνm)- 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 (μсνm) =21,842 кДж/(кмоль·К).
Тогда U2 = 21,842 · 520 = 11358 кДж/кмоль.
Внутренняя энергия 1 кмоля продуктов сгорания в конце процесса сжатия где
(μсνm)пс - мольная теплоемкость продуктов сгорания.
Используя данные таблицы П4 приложения, по температуре t2 = 520°С находим значение (μсvm)пспри коэффициенте избытка воздуха a = 0,9, применяя линейную интерполяцию в интервале температур от 500°С до 600°С,(μсvm)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 (μсvm)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 = 2454oС(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)
р3q = 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 φi = 0,96, получаем действительное среднее индикаторное давление (66)
Pi = 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)
Сm = м/с:
Рм = А + ВСm,
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;
Рм = 0,034 + 0,0113Сm = 0,034 + 0, 0113×14,21= 0,194 МПа.
Тогда среднее эффективное давление цикла
Рe = Pi - Рм= 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)
ηе = ηi · ηM = 0, 33· 0,805 = 0,2656.
Определим секундный расход топлива
GТ = qe ∙ Ne= 0,309 ∙ 65 = 20,085 кг/ч=0,005579 кг/с.
11.Основные параметры цилиндра и двигателя
Определяем литраж двигателя (78):
Vл = 30∙t∙Ne / (pe ∙n) =30×4×65×103 / (0,8×106×5200) = 0,001875 м3 = 1,875 л.
где t = 4 - тактность двигателя;
Nе- эффективная мощность двигателя.
Определяем рабочий объем одного цилиндра (79):
Vh = Vл / 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)
Vл = м3.
Определяем площадь поршня (82):
м2 .
Определяем эффективную мощность (83):
Nе = ре × Vл ×n / (30 × t) = 0,80×106×0,0019×5200/(30×4) =65866 Вт = 65,866 кВт.
Определяем эффективный крутящий момент (84):
Ме = 30× Nе / (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! |
Мы поможем в написании ваших работ!