Теоретические основы и порядок расчета

Распределение теплоты, полученной при сгорании вводимого в цилиндр топлива, называют тепловым балансом. Тепловой баланс обычно определяется экспериментальным путем.

Уравнение теплового баланса имеет вид

 

Q = Q_е + Q_охл + Q_г + Q _н.с. + Q_ост

 

где Q – теплота топлива, введенная в двигатель;

Q_е – теплота, превращенная в полезную работу;

Q_охл – теплота, потерянная при охлаждении двигателя;

Q_г – теплота, унесенная отработавшими газами;

Q_н.с. – теплота, теряемая вследствие неполного сгорания топлива;

Q_ост – остаточный член баланса, который равен сумме всех неучтенных потерь.

 

Количество располагаемой (введенной) теплоты в течение секунды находится по формуле

 

Q = B × Q^P_н, кДж/с

 

где В – расход топлива (расчетные данные), кг/с;

Q^P_н – низшая теплота сгорания топлива (исходные данные), кДж/кг

Теплота, превращенная в полезную работу находится по формуле

 

Q_e = N_e,кДж/с

 

где N_е – эффективная мощность двигателя (исходные данные), кВт.

 

Теплота, потерянная с охлаждающей средой (Дж/с) рассчитывается по эмпирической формуле

 

, Дж/с

 

где С = 0,41¸ 0,47 – коэффициент пропорциональности;

i – число цилиндров (исходные данные);

D – диаметр цилиндра (расчетные данные), см;

n – частота вращения вала (исходные данные) об/мин.;

a - коэффициент избытка воздуха (расчетные данные);

h – показатель степени, выбирается в диапазоне 0,6¸0,7.

 

Теплота, потерянная с отработавшими газами (кДж/с) определяется приближенно по формуле:

 

 

где В – расход топлива, кг/с;

М – количество продуктов сгорания топлива газа, кмоль/кг;

С^Р_г – средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания, рассчитывается, как теплоемкость смеси, кДж/ (кмоль×град);

С_з – средняя мольная изобарная теплоемкость свежего заряда, кДж/ (кмоль×град) выбирается по таблице приложения;

t_г – температура продуктов сгорания, ⁰С;

t_а – температура свежего заряда, ⁰С.

 

Для смеси газов средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания С^Р_г при температуре t_г определяется по формуле:

 

 

где Сⁱ_p – средняя мольная изобарная теплоемкость i -го компонента продукта сгорания (выбирается по таблице приложения), определяется интерполяцией;

М_i – количество i -го компонента продукта сгорания.

 

В состав продуктов сгорания (выхлопных газов) входит углекислый газ, водяные пары, кислород, азот. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания (кмоль/кг) определяется по формулам:

 

 

 

 

 

Остаточный член теплового баланса Q_ост включает в себя потери теряемые вследствие неполного сгорания топлива, потери рассеиваемые внешней поверхностью двигателя в окружающую среду, потери тепла на нагрев смазочного масла во всех трущихся деталях и т.д.

 

Q_ост = Q – (Q_e + Q_охл + Q_г), кДж/с