Расчет рабочих процессов двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

2. Расчет процесса наполнения

• 3. Расчет параметров сжатия рабочего тела
• 4. Расчет процесса сгорания
• 5. Расчет процесса расширения
• 6. Расчет индикаторных показателей работы двигателя
• 7. Расчет эффективных показателей работы двигателя
• 8. Построение индикаторной диаграммы
• Список использованной источников

1. Расчет объема камеры сгорания

Объем камеры сгорания

V_c = V_h / ( - 1) ,

где - степень сжатия двигателя; = 18.

V_h - рабочий объем цилиндра; м³.

V_h=F_пS,

где F_п - площадь поршня; м²;

S - ход поршня; S = 0,092 м.

F_п = рD/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;

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

Т_r - температура выпускных газов, Т_r = 800 К;

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

Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле

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

для 4-х тактных

V_а = V_в = V_c + V_h ,

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

3. Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре

Давление и температура в конце сжатия

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

4. 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 = L_о, кмоль.

где - коэффициент избытка воздуха, который можно принять :

= 1,3-1,7 - для дизельных двигателей.

М₁ = 1,5 0,5=0,75 кмоль

Общее количество продуктов сгорания на один кг топлива:

при > 1

кмоль

Химический коэффициент молекулярного изменения рабочего тела:

при > 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 - коэффициент использования теплоты, для дизелей = 0,75;

Н_u - низшая теплота сгорания топлива, Н_u = 42500 кДж/кг,

mc_vc - средняя молярная теплоемкость свежего заряда;

mc_vc = 20,16 + 1,74 10^-3 Т_с;

mc_vc = 20,16 + 1,74 10^-3 924,58=21,77;

mc_v^” - средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания.

Для дизелей

mc_v^” =

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

_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

0,00268Т_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

5. Расчет процесса расширения

Степень предварительного расширения

для дизелей

= ( / _z ) (Т_z / Т_с) ;



Объем цилиндра в точке Z

V_z = V_c .

V_z = 0,00036·1,53=0,00055 м³.

Степень последующего расширения

= / .

Давление и температура в цилиндре в конце процесса расширения

Р_в = Р_z / ⁿ₂;

Т_в = Т_z / ⁿ₂^-1;

где n₂ - показатель политропы расширения.

для дизельных двигателей n₂ = 1,27.

Па;

⁰С;

6. 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 = _п Р_i;

где _п - коэффициент полноты индикаторной

диаграммы;

Для дизелей _п = 0,94.

Р_i = 0,94·3,08=2,9;

Индикаторный коэффициент полезного действия _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

n - частота вращения коленчатого вала двигателя, n = 3700 об/мин;

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

для дизелей

Р_м = 0,103 + 0,012C_m МПа,

где С_m - средняя скорость поршня, м/с;

D - 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

_е = _{i м}.

_е = 1,56 · 11,08 = 17,29.

Удельный эффективный расход топлива, г/кВт.ч

q_е = q_i / _м.

г/кВт.ч

Эффективная мощность двигателя, кВт

N_е = N_{i м}.

N_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 + (1 - cos 2)/ 4),

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

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, ;

- угол поворота коленчатого вала, град.

Расчет политропных процессов расширения и сжатия выполнены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

,	S, м	V=Vc+ FпS,м3	Сжатие	Расширение
			Va / V	(Va/V)n1	P, МПа	V / Vz	(V/Vz)n2	P, МПа
180	0,0766	0,0005417	1,1924	1,26818	0,11527	9,8500	18,267	0,37225
210	0,0877	0,0006149	1,0505	1,06883	0,09715	11,18	21,4554	0,31693
240	0,0353	0,0002691	2,3998	3,26016	0,29634	4,8943	7,51465	0,90489
270	0,0508	0,0003714	1,7389	2,11059	0,19185	6,7541	11,3123	0,60111
300	0,0518	0,0003781	1,7082	2,06032	0,18728	6,8758	11,5718	0,58763
330	0,0916	0,0006410	1,0076	1,01036	0,09184	11,656	22,6216	0,30059
360	0,0634	0,0004550	1,4196	1,60489	0,14588	8,2734	14,6373	0,46456

Список использованных источников

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

Размещено на Allbest.ru