Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой расчёт дизельного двигателя

Определение параметров рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива,, вычисляется формулой:

,

где 0,23 - массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха.

кмоль.

Коэффициент избытка воздуха принимают в диапазоне = 1,6…1,8.

Уменьшение коэффициента избытка воздуха до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. На дизельных двигателях применяют неразделённые камеры сгорания и разделенные с предкамерой. Для нашего случая мы применим неразделённую камеру сгорания, так как у неё можно достичь наибольшего коэффициента избытка воздуха. Принимаем: коэффициент избытка воздуха = 1,7.

Действительный расход воздуха L, для номинального режима работы двигателя вычисляется по формуле:

;

кмоль.

Количество свежего заряда, вычисляется по формуле:

,

где - молекулярная масса топлива;

.

кмоль.

При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь углекислого газа СО₂, водяного пара Н₂О, кислорода О₂ и азота N₂.

Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания:

- углекислый газ;

;

где	С - количество углерода в кг. топлива;
	С = 0,87 кмоль.

- водяной пар;

;

где	H - количество водорода в кг. топлива;
	H = 0,126 кмоль.

- кислород;

;

- азот;

;

.

Общее количество продуктов сгорания, вычисляется по формуле:

;

Химический коэффициент молекулярного изменения, , вычисляется по формуле:

;

.

Процесс впуска

Параметры окружающей среды:

- давление окружающей среды P_о = 0,1 МПа;

- температура окружающей среды Т_о = 293 К.

Степень подогрева свежего заряда на номинальном режиме двигателя Среднюю скорость поршня принимаем С_N = 8,86 м/с.

Температура воздуха после компрессора вычисляется по формуле:



где	- давление наддува, МПа;
	= 0,17 МПа;
	- показатель политропы сжатия компрессора;
	= 1,7;

Плотность заряда, поступающего в двигатель, на номинальном режиме вычисляется по формуле:

,

где - удельная газовая постоянная для воздуха, Дж/кгК;

287 Дж/кгК;

³.

Ход поршня при номинальной частоте вращения, S_p вычисляется по формуле:

где = 1900 об/мин;

Отношение площади поршня к площади клапанов вычисляется по формуле:

,

где = 3,14;

R - радиус поршня, мм;

R = 70 мм;

- радиус впускного клапана, мм;

= 12,25 мм;

Максимальная скорость свежего заряда в проходном сечении впускного клапана, вычисляется по формуле:

;

м/с.

Сопротивление выпускной системы с учётом коэффициента затухания скорости

;

принимаем .

Давление в цилиндре двигателя в конце впуска , вычисляется по формуле:

Давление остаточных газов на номинальном режиме работы, , двигателя вычисляется по формуле:

Температура остаточных газов , принимаем

Коэффициент остаточных газов вычисляется по формуле:

где - степень сжатия;

= 17,4

.

Температура рабочего тела в конце наполнения вычисляется по формуле:

где (теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении, теплоёмкость воздуха при постоянном давлении).

.

Коэффициент наполнения вычисляется по формуле:

;

Процесс сжатия

Для определения показателя адиабаты сжатия по учебному пособию принимаем нижний предел температуры рабочего тела в конце сжатия , расчётную температуру .

Теплоёмкость свежего заряда в точке С согласно таблице 10 будет равна:

,

где - температура в конце такта сжатия, ();

;

/кмоль.

Теплоёмкость свежего заряда в точке А вычисляется по формуле:

,

Рисунок 1. Расчётный цикл при V= const

где - температура рабочего тела в конце наполнения, в точке А, ();

;

/кмоль.

Показатель адиабаты сжатия вычисляется по формуле:

;

Принимаем .

Температура рабочего тела в конце сжатия вычисляется по формуле:

.

Ошибка в выборе расчётной температуры рабочего тела в конце сжатия вычисляется по формуле:

Так как ошибка не превышает 2%, значение , выбрано верно.

Давление в конце сжатия вычисляется по формуле:

Процесс сгорания

При определении температуры рабочего тела в конце сгорания предполагаем, что процесс сгорания рабочего тела в начале проходит при постоянном объёме, а затем при постоянном давлении. Температуру рабочего тела в точке определяем на основании уравнения внутренних энергий для точки С и Z с учётом количества теплоты, выделенной при сгорании топлива.

Общее уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет следующий вид

,

Действительный коэффициент молекулярного изменения вычисляется по формуле:

.

Степень повышения давления на участке С - Z₁ принимаем .

Коэффициент использования теплоты принимаем = 0,865.

Определяем значения внутренних энергий:

- воздуха в конце сжатия по формуле:

.

- продуктов сгорания в конце сжатия при по формуле:

;

- продуктов сгорания в конце сжатия с учётом коэффициента избытка воздуха по формуле:

;

.

Левая часть уравнения сгорания будет иметь значение:

;

Правую часть уравнения с учётом данных, приведённых в учебном пособие, преобразуем следующим образом:

- определяем внутреннюю энергию рабочего тела в точке Z при по формуле:

- определяем внутреннюю энергию воздуха по формуле:

- внутреннюю энергию рабочего тела в точке Z с учётом коэффицента избытка воздуха по формуле:

После преобразований получаем:

откуда

;

Давление в конце сгорания вычисляется по формуле:

Степень предварительного расширения вычисляется по формуле:

;

.

Степень последующего расширения вычисляется по формуле:

.

Процесс расширения и выпуска

Для определения теплоёмкостей рабочего тела используем данные из учебного пособия.

Теплоёмкость продуктов сгорания в точке Z при вычисляется по формуле:

где

Теплоёмкость воздуха в точке Z вычисляется по формуле:

Теплоёмкость рабочего тела в точке Z с учётом коэффициента избытка воздуха, () вычисляется по формуле:

Принимаем температуру рабочего тела в конце расширения

Теплоёмкость продуктов сгорания в точке B для принятой температуры при вычисляется по формуле:

;

Теплоёмкость воздуха в точке В для принятой температуры вычисляется по формуле:

Теплоёмкость рабочего тела в точке B с учётом коэффициента избытка воздуха, () вычисляется по формуле:

Показатель политропы расширения вычисляется по формуле:

;

.

Температура рабочего тела в конце расширения вычисляется по формуле:

где ;

;

.

Ошибка составит:

Так как ошибка не превышает 2%, значение , выбрано верно.

Давление рабочего тела в конце расширения вычисляется по формуле:

где

Проверка выбранной температуры остаточных газов.

где

Ошибка составит:

где

Так как ошибка не превышает 2%, значение температуры остаточных газов выбрано верно.

Показатели работы цикла

Показатели работы цикла определяем на основании данных, полученных в результате выполненных расчётов процессов впуска, сжатия, сгорания и расширения.

Среднее теоретическое индикаторное давление вычисляется по формуле:

,

где
	;

= .

Для определения действительного среднего индикаторного давления принимаем коэффициент скругления индикаторной диаграммы , коэффициент полноты насосных потерь Действительное среднее индикаторное давление вычисляется по формуле:

где

Индикаторный коэффициент полезного действия вычисляется по формуле:

где	L = кмоль;
	;
	;
	0,16 МПа

.

Индикаторный удельный расход топлива вычисляется по формуле:

гр/кВт•ч;

Давление механических потерь вычисляется по формуле:

где

= 1900 об/мин ();

.

Эффективное давление вычисляется по формуле:

Механический коэффициент полезного действия вычисляется по формуле:

Эффективный коэффициент полезного действия вычисляется по формуле:



;

Эффективный удельный расход топлива вычисляется по формуле:

Индикаторная мощность двигателя вычисляется по формуле:

где

Диаметр цилиндра двигателя вычисляется по формуле:

двигатель сгорание тепловой баланс

где - тактность;

;

Литраж двигателя вычисляется по формуле:



.

Расчётная мощность двигателя вычисляется по формуле:

Крутящий момент двигателя вычисляется по формуле:

Часовой расход топлива вычисляется по формуле:

Тепловой баланс двигателя

Общее количество теплоты, выделенной при полном сгорании топлива за один час, вычисляется по формуле:

где ;

Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя вычисляется по формуле:

,

где

;

Теплота, эквивалентная механическим потерям вычисляется по формуле:

,

где

;

Теплота, потерянная с отработавшими газами, определяется как разность между теплотой, унесённой с отработавшими газами и теплотой, поступающей в цилиндры двигателя со свежим зарядом.

Температура отработавших газов в



где

Температура воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, вычисляется по формуле:

где

Изобарная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре вычисляется по формуле:

Изобарная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре вычисляется по формуле:

Теплоёмкость отработавших газов с учётом значения коэффициента избытка воздуха вычисляется по формуле:

где б = 1,7;

Изобарная теплоёмкость воздуха, поступающего в цилиндр двигателя, вычисляется по формуле:

где

Теплота, потерянная с отработавшими газами, вычисляется по формуле:

,

где	L = кмоль;

;

Теплота, передаваемая охлаждающей жидкости, вычисляется по формуле:

где	c - коэффициент пропорциональности;
	принимаем с = 0,35
	i = 8;
	Dц = 1,48 дм;
	m - показатель степени;
	принимаем m = 0,68;
	n = 1900 об/мин;
	б = 1,7;

;

Неучтённые потери вычисляются по формуле:

;

;

Список использованных источников

1. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов./ А.И. Колчин, В.П. Демидов - 3-е изд. перераб. и доп. - М: Высш. шк., 2002. - 496 с.

2. Ховах М.С. конструирование узлов и деталей машин. / В.М. Архангельский, М.М. Вихерт, А.Н. Войнов, Ю.А. Степанов, В.И. Трусов, М.С. Ховах. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1977. - 592 с.

3. Богатырёв А.В. и др. Автомобили/ А.В. Богатырёв, Ю.К. Есеновский Лашков, М.Л. Насовский, В.А. Чернышев. - М.: Колос, 2004. - 496 с.

4. Тепловые расчёты автомобильных двигателей: учеб. пособие / Сост. П.Л. Шевченко - Омск: Изд-во СибАДИ. 2007. - 38 с.

5. Шевченко П.Л. Расчёт автомобильных двигателей «Методические указания к курсовому проекту по двигателям внутреннего сгорания, для студентов, обучающихся по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство»»: методические указания / П.Л. Шевченко; СибАДИ. - Омск: СибАДИ, 2008. - 28 с.

6. Сердюк Ю.И. «Методические указания к курсовому проектированию по двигателям внутреннего сгорания «Автомобили и автомобильное хозяйство»»: методические указания / П.Л. Шевченко; СибАДИ. - Омск: СибАДИ, 1989. - 36 с.

7. Каталог автомобилей Маз. Режим доступа: http://a-k-z.ru/catalog/tehnika_maz/.

8. Каталог агрегатов ЯМЗ. Режим доступа: http://www.edk.ru/index.htm.

9. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей: Учебное пособие для вузов./ А.С. Орлин, В.П. Круглова - 4-е изд. перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1984. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru