Рабочие процессы и энергетические установки

Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания, параметры окружающей среды и остаточных газов. Описание процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла. Характеристика эффективных показателей двигателя.

Рубрика Транспорт
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 22.03.2013
Размер файла 786,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Тепловой расчет

2. Параметры окружающей среды и остаточных газов

3. Процесс впуска

4. Процесс сжатия

5. Процесс сгорания

6. Процесс расширения и выпуска

7. Индикаторные параметры рабочего цикла

8. Эффективные показатели двигателя

9. Основные параметры двигателя

Список использованной литературы

тепловой двигатель сжатие сгорание

Расчет параметров рабочего процесса ДВС

Исходные данные:

Тип двигателя: бензиновый

Эффективная мощность: 125 кВт

Число оборотов коленчатого вала: 6300 об/мин

Степень сжатия: 10,5

Число цилиндров: 8, v-образное расположение цилиндров

Давление наддува:0,17 МПа

1. Тепловой расчет

В соответствии с исходными данными в качестве топлива выбираем ДТ. Используя справочные данные, определяется элементарный состав топлива:

C=0,855; H=0,145;

Определяется низшая теплота сгорания, используя формулу Д.И.Менделеева:

где: W - количество водяных паров в продуктах сгорания массовой или объемной единицы топлива, т.о.:

(Принимается .

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива определяется по формулам:

,

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

0,21 - объемное содержание кислорода в 1 кмоль воздуха;

).

Возможность применения электронного управления системой питания рассчитываемого двигателя и стремления получить двигатель повышенной литровой мощности позволяет выбрать значение коэффициента избытка воздуха для двигателя, обеспечивающее максимальную скорость сгорания и достаточную экономичность. Т.к. рассчитываемый двигатель является бензиновым, то значение коэффициента избытка воздуха следует выбирать из заданного промежутка: , примем: .

Количество рабочей смеси при заданном коэффициенте избытка воздуха вычисляется по формуле:

,

где: mт - молекулярная масса паров топлива. Значение молекулярной массы паров топлива для бензиновых топлив находится в интервале:

, примем: , т.о.:

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания K=0.47, где K - постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в продуктах сгорания.

При неполном сгорании топлива (б<1, примем б=0,92) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода, углекислого газа, водяного пара, свободного водорода и азота.

Содержание отдельных компонентов продуктов неполного сгорания жидкого топлива определяется по формулам:

количество CO2:

,

(

количество CO:

,,

;

количество H2O:

,

количество H2:

,

();

количество N2:

(.

,

+0,5115(.

Проверка: общее количество продуктов неполного сгорания жидкого топлива определяется по формуле:

(

2. Параметры окружающей среды и остаточных газов

Двигатель будет работать с наддувом, согласно исходных данных, поэтому давление окружающей среды выбирается ро = 0,1 Мн/м2 кг/см2 , а температура Т0 = 295° К.

Температура воздуха после компрессора:

Давление остаточных газов

В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме Vc камеры сгорания.

(12)

=1,15

Температура остаточных газов

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, числа оборотов, нагрузки и коэффициента избытка воздуха принимается значение температуры остаточных газов, которая для бензина - Тr=900-1100 К. Окончательно принимается .

3. Процесс впуска

1). Учитывая высокое число оборотов и желание получить хорошее наполнение цилиндра температура подогрева свежего заряда принимается для, бензинового двигателя: ?Т=50-70, примем ?Т=60.

2). Плотность заряда на впуске определяется по формуле:

, кг/м3,

где: В - удельная газовая постоянная (В=287 Дж/). Таким образом,

.

3). Потери давления ?pа за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре при некотором допущении можно определить из уравнения Бернулли:

Таким образом,

(15)

Таким образом, рассчитанная величина имеет значение, примерно совпадающее со значением, полученным опытным способом.

4). Определим давление в конце впуска по формуле:

, ,

Таким образом:

.

5). Величина коэффициента остаточных газов гr определяет качество очистки цилиндров от продуктов сгорания. С увеличением гrуменьшается количество свежего заряда, которое может поступить в цилиндр двигателя в процессе впуска.

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей определяется по формуле:

,

где: ? - степень сжатия;

Тk - температура воздуха после компрессора, таким образом определяют величину коэффициента остаточных газов:

6). Температура в конце впуска с достаточной степенью точности определяют на основании уравнения баланса теплоты

,

где: - количество теплоты, внесенное свежим зарядом, с учетом подогрева заряда от стенок;

- количество теплоты, заключающееся в остаточных газах;

- количество теплоты, заключающееся в рабочей смеси.

Принимается, что: , получим:

Таким образом,

Величина Та в основном зависит от температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени заряда и в меньшей степени - от температуры остаточных газов.

7). Коэффициент наполнения определим по формуле для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки цилиндра:

.

Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, степени его быстроходности и совершенства системы газораспределения.

4. Процесс сжатия

1). Согласно номограмме для определения показателя адиабаты сжатия средний показатель адиабаты сжатия k1 при ?=10,5 и Тa=399,407 К имеет значение: k11,359.

Величина среднего показателя политропы сжатия (n1) устанавливается по опытным данным в зависимости от числа оборотов двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, теплообмена и других факторов. Однако, учитывая, что процесс сжатия протекает достаточно быстро (0,015-0,005 сек на номинальном режиме), суммарный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия получается незначительным и величина n1 может быть оценена по среднему показателю адиабаты сжатия k1.

2). Учитывая быстроходность рассчитываемого дизельного двигателя, принимают:

,

,

применяется n1=1,339.

3). Давление и температура в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем n1:

, (МН/м2),

, (К),

Таким образом,

(МН/м2),

(К).

4). Среднюю мольную теплоемкость в конце сжатия свежей смеси определяется согласно справочным данным, выбрав из таблицы 7 значение, из интервала температур от 0 до 1500 С для воздуха.

А). Средняя мольная теплоемкость свежей смеси:

(33)

(34)

Б). Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия определяется по таблице 9 (согласно справочным данным) и равна:

(36)

В). Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси:

кДж/кмольград, (37)

(кДж/кмольград) (38)

5. Процесс сгорания

1). Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

,

2). Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

,

3). Количество теплоты, потерянное вследствие неполноты сгорания топлива:

, кДж/кг,

(кДж/кг)

4). Теплота сгорания рабочей смеси:

при б<1 (б=0,92):

, МДж/кмольраб.см,

(МДж/кмольраб.см)

5). Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

при б<1

,кДж/кмольград,

, кДж/кмольград (48)

6). Коэффициент использования тепла:

Тепловой баланс можно записать в более краткой форме в виде уравнений:

, кДж

, кДж

где:

-- коэффициент использования тепла на участке видимого сгорания.

Коэффициент оz выражает долю низшей теплоты сгорания топлива, используемую на повышение внутренней энергии газа (Uz--Uс) и на совершение работы Lcz.

Uz-- внутренняя энергия газов в конце видимого сгорания, кДж;

Uс-- внутренняя энергия рабочей смеси в конце сжатия, кДж;

Lcz-- тепло, идущее на работу расширения газов от точки с до точки z(для двигателей с воспламенением от искры Lcz = 0), кДж.

Для расчета величину коэффициента использования тепла принимается на основе экспериментальных данных.

Для бензиного двигателя примем оz=0,9 (согласно таблицы № 10 справочных данных).

7). Температура в конце видимого процесса сгорания:

Значение догорание бензинного топлива в процессе расширения при n=5800 об/мин будет снижать величину оz но использовать обогащение смеси (б=0,92), обеспечивающей максимальную скорость сгорания, будет несколько уменьшать процессе догорания. Учитывая эти факторы, можно принять оz =0,9.

,

где Hраб.см -- теплота сгорания рабочей смеси.

Таким образом,

,

откуда:

отсюда следует:

8). Максимальное давление сгорания:

Для бензиновых двигателей, работающих по циклу с подводом тепла при V = const

(53)

9). Степень предварительного расширения определяется по формуле:

Для дизелей с = 3,24-4,2.

Значения температуры и давления конца сгорания для современных двигателей при работе с полной нагрузкой принимаются и .

6. Процесс расширения и выпуска

1). Используя номограмму для определения показателя адиабаты расширения k2 для дизельного двигателя, определим его значение: при Tz=2295К и б=0,92: k2=1,2575.

2). Значение показателя политропы расширения (n2) принимаем на основе анализа индикаторных диаграмм. Согласно справочным данным для бензиновых двигателей: n2=1,231,30, принимаем n2=1,25.

3). Значения давления и температуры в конце процесса расширения. Согласно формулам политропического процесса для бензиновых двигателей:

, МН/м2,

, К,

Таким образом,

(58)

(К).

Примерные значения pb и Tb для современных двигателей без наддува (на номинальном режиме), попадают в интервалы, приведенные в методических указаниях. Проверяется значение ранее принятой температуры остаточных газов по формуле:

, К,

(К)

, %,

.

7. Индикаторные параметры рабочего цикла

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется средним индикаторным давлением, индикаторной мощностью и к.п.д.

1). Теоретическое среднее индикаторное давление для бензинного двигателя с искровым зажиганием, работающего по циклу с подводом тепла при V=const:

, МН/м2

= =1,076(МН/м2).

2). Среднее индикаторное давление:

, МН/м2

Уменьшение теоретического среднего индикаторного давления вследствие отклонения действительного процесса от расчетного цикла оценивается коэффициентом полноты диаграммы ции величиной среднего давления насосных потерь ?рi.

Коэффициент полноты диаграммы принимается для дизельных двигателей ци=0,940,97. Принимаем ци=0,95

, МН/м2

3). Индикаторная мощность: Индикаторная мощность двигателя (Ni) - работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени.

Для многоцилиндрового двигателя определяется по формуле:

, кВт

где: pi - среднее индикаторное давление, Мн/м2;

Vh - рабочий объем одного цилиндра, л (дм3);

I - число цилиндров;

n - число оборотов коленчатого вала, об/мин;

ф - тактность двигателя;

=76,657 кВт (69)

4). Индикаторный КПД:

Индикаторный к. п. д. зi характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом.

Для бензиновых двигателей, работающих на жидком топливе:

,

0,33.

5). Индикаторный удельный расход жидкого топлива определяется по уравнению:

, г/кВтч

(г/кВтч).

8. Эффективные показатели двигателя

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений (трение в кривошипно-шатунном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов и нагнетателя и др.) и на совершение процессов впуска и выпуска.

1). Среднее давление механических потерь:

Потери на преодоление различных сопротивлений оцениваются величиной мощности механических потерь или величиной работы, соответствующей мощности механических потерь, отнесенной к единице рабочего объема цилиндра. Согласно эмпирическим данным среднее давление механических потерь для дизелей с вихревыми камерами:

, МН/м2,

где средняя скорость поршня для транспортных дизелейvп.ср = 9?12м/сек, таким образом:

МН/м2.

2). Среднее эффективное давление:

Среднее эффективное давление ре представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема цилиндра.

При расчетах двигателей среднее эффективное давление ре определяется по среднему индикаторному давлению:

, МН/м2,

МН/м2.

С ростом среднего эффективного давления улучшаются условия использования рабочего объема цилиндра, что дает возможность создавать более легкие и компактные двигатели.

3). Механический КПД определяется по формуле:

,

.

4). Эффективная мощность:

(80)

5). Эффективный КПД зе и эффективный удельный расход топлива ge характеризуют экономичность работы двигателя:

,

.

6). Эффективный расход жидкого топлива:

, г/кВтч

(г/кВтч).

7). Часовой расход топлива:

, кг/ч,

(кг/ч).

9. Основные параметры двигателя

Если задана эффективная мощность двигателя и выбрана величина S/D, то основные конструктивные параметры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) определяют следующим образом:

1). Литраж двигателя:

, л

(л)

2). Рабочий объем одного цилиндра:

,л,

(л)

3). Диаметр и ход поршня:

Дизели, как правило, выполняются с отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D>1. Однако уменьшение S/D для бензина, так же как и для карбюраторного двигателя, снижает скорость поршня и повышает зм. В связи с этим целесообразно принять S/D= 0,85

4). Диаметр цилиндра:

, мм

, мм

5). Ход поршня:

, мм

, мм

Принимается - D = 76 мм, S = 65 мм.

По окончательно принятым значениям D и S определим основные параметры двигателя:

Литраж двигателя:

, л,

л

Площадь поршня:

, см2

см2

Эффективную мощность:

,кВт,

кВт

Эффективный крутящий момент:

, Нм

Нм

Часовой расход топлива:

, кг/ч,

Средняя скорость поршня:

, м/сек,

м/сек

,%, (107)

=2,5 %,

Список использованной литературы

1. Методические указания по выполнению курсового проекта (курсовой работы) по учебной дисциплине "Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта тепловых двигателей энергетических установок и ТТО" по специальности 2301.00.02. "Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)". СПб ГУСЭ, кафедра ТОТС, 2005 год.

2. Учебник. Дыбок В.В. Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта тепловых двигателей энергетических установок и транспортно-технологического оборудованя. СПб ГУСЭ, кафедра ТОТС, 2005 год.

3. Конспект лекций.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Параметры рабочего тела и остаточных газов. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Внешние скоростные характеристики, построение индикаторной диаграммы. Расчет поршневой и шатунной группы.

    курсовая работа [4,2 M], добавлен 17.07.2013

  • Общие сведения об автомобиле ЯМЗ-236. Тепловой расчет и внешняя скоростная характеристика двигателя. Сущность процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Конструкторский расчет его деталей.

    курсовая работа [539,1 K], добавлен 07.12.2011

  • Техническая характеристика двигателя внутреннего сгорания. Тепловой расчет рабочего цикла и свойства рабочего тела. Процессы выпуска, сжатия, сгорания, расширения и проверка точности выбора температуры остаточных газов, построение индикаторной диаграммы.

    курсовая работа [874,5 K], добавлен 09.09.2011

  • Выбор расчетных режимов автомобильного двигателя. Топливо. Параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Процесс пуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла. Эффективность параметров двигателя.

    курсовая работа [131,1 K], добавлен 05.11.2008

  • Частота вращения коленчатого вала. Выбор топлива. Средний элементарный состав бензинового топлива. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла. Основные параметры цилиндра и двигателя.

    курсовая работа [905,1 K], добавлен 28.01.2015

  • Параметры окружающей среды и остаточные газы. Процессы впуска, сжатия, сгорания и расширения четырехтактного шестицилиндрового двигателя ЯМЗ-236. Параметры рабочего тела. Построение индикаторной диаграммы. Температура подогрева свежего заряда.

    курсовая работа [347,5 K], добавлен 25.03.2013

  • Произведение теплового расчета топлива, параметров рабочего тела, окружающей среды, остаточных газов, процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения, эффективных показателей цилиндра. Построение внешней скоростной характеристики бензинового двигателя.

    дипломная работа [532,0 K], добавлен 18.04.2010

  • Тепловой расчет ДВС автомобиля КамАЗ-740, анализ основных параметров. Определение индикаторных показателей рабочего цикла; расчет процесса впуска, сжатия, сгорания, расширения. Оценка влияния продолжительности сгорания на эффективность рабочего цикла.

    курсовая работа [799,1 K], добавлен 20.05.2011

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Расчет рабочего цикла двигателя, определение индикаторных и эффективных показателей рабочего цикла. Параметры цилиндра и тепловой баланс двигателя. Расчет и построение внешней скоростной характеристики.

    курсовая работа [220,0 K], добавлен 10.04.2012

  • Определение свойств рабочего тела. Расчет параметров остаточных газов, рабочего тела в конце процесса впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Расчет и построение внешней скоростной характеристики. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.01.2018

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.