Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Тепловой расчет и тепловой баланс двс↑ Стр 1 из 4Следующая ⇒ Содержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Тепловой расчет и тепловой баланс ДВС Произвести расчет четырехтактного бензинового (дизельного) двигателя, предназначенного для легкового (грузового) автомобиля или автобуса. Исходные данные: Двигатель: Б – бензиновый Д – дизельный Эффективная мощность – Ne, кВт Число оборотов коленчатого вала - n, об./мин. Степень сжатия - ε Число цилиндров – i, R-рядный или V-образный Система охлаждение жидкостная закрытого типа. Тепловой расчет Топливо. 1. В соответствии с заданной степенью сжатия ε в качестве топлива выбирают бензин марки АИ-95 (98), дизельное топливо ДТ (летнее или зимнее). 2. Средний элементарный состав топлива см. табл. 1. Содержание: С =…, Н =… Таблица 1
Низшая теплота сгорания топлива Если известен элементарный состав жидкого топлива, то для приближенного определения его низшей теплоты сгорания обычно пользуются формулой Д. И. Менделеева
где W — количество водяных паров в продуктах сгорания массовой или объемной единицы топлива. Примерные значения низшей теплоты сгорания автотракторных топлив приведены в табл. 5. Таблица 5 Параметры рабочего топлива 1. теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива. кг возд/кг топл, кмолъ возд/кг топл, где 0,23 — массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха; 0,21 — объемное содержание кислорода в 1 кмолъ воздуха. Коэффициент избытка воздуха. Возможность применения электронного управления системы питания рассчитываемого двигателя и стремления получить двигатель повышенной литровой мощности позволяет выбрать значение α (см. табл. 2), обеспечивающее максимальную скорость сгорания и достаточную экономичность. Таблица 2 Значение коэффициента избытка воздуха для различных двигателей Количество рабочей смеси где т т— молекулярная масса паров топлива. Значение mт для различных топлив: 4. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 К – постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в продуктах сгорания; для бензинов К = 0,45-0,50 При полном сгорании топлива (α ≥ 1)продукты сгорания состоят из углекислого газа СО2,водяного пара Н2О, избыточного кислорода О2 иазота N2. Содержание отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого топлива при α≥1 определяют по формулам: количество СО2 количество Н2О количество О2 количество N2 Общее количество продуктов полного сгорания жидкого топлива определится как сумма При неполном сгорании топлива (α <1) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода СО, углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, свободного водорода Н2 и азота N2. Содержание отдельных компонентов продуктов неполного сгорания жидкого топлива определяют по формулам: количество СО2 количество СО количество Н2О количество Н2 количество N2 где К — постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в продуктах сгорания; для бензинов К = 0,45—0,50. 5. Общее количество продуктов неполного сгорания жидкого топлива Проверка
Плотность заряда на впуске где В — удельная газовая постоянная. Для воздуха где R = 8315 дж/кмоль град — универсальная газовая постоянная. Потери давления на впуске. Потери давления Δра за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре при некотором допущении можно определить из уравнения Бернулли: где β — коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; ξ вп— коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению; ω ВП — средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или в продувочных окнах); ρк и ρо — плотность заряда на впуске соответственно при наддуве и без него (при рк = ро и ρ к = ρ о). По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме (β2 + ξВП) = 2,5÷4,0 и ωВП = 50-130 м/сек. Величина Δра у четырехтактных двигателей без наддува на номинальном режиме колеблется в пределах: для бензиновых двигателей Δра= (0,06÷0,20) р0 Мн/м2, для дизелей Δра = (0,04÷0,18) р0 Мн/м2. При работе двигателя с наддувом значение ра приближается к рк, однако абсолютные значения сопротивлений во впускных органах возрастают. Для четырехтактных двигателей с наддувом 4. Давление в конце впуска. Для двигателей с наддувом и без наддува.
или
5. Коэффициент остаточных газов. Величина коэффициента остаточных газов уr определяет качество очистки цилиндров от продуктов сгорания. С увеличением уr уменьшается количество свежего заряда, которое может поступить в цилиндр двигателя в процессе впуска. Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей:
где ε — степень сжатия, Тк = Т0 – температура после компрессора или температура окружающей среды. В четырехтактных двигателях величина γr зависит от степени сжатия, параметров рабочего тела в конце впуска и выпуска, числа оборотов и других факторов. С увеличением степени сжатия ε и температуры остаточных газов Тr величина γr уменьшается, а при увеличении давления остаточных газов и числа оборотов — возрастает:
При применении наддува величина коэффициента остаточных газов снижается. 12. Температура в конце впуска. Эту температуру Та с достаточной степенью точности определяют на основании уравнения баланса теплоты, составленного по линии впуска от точки r до точки а:
где — количество теплоты, внесенное свежим зарядом, с учетом подогрева заряда от стенок; — количество теплоты, заключающееся в остаточных газах; — количество теплоты, заключающееся в рабочей смеси. Принимая в уравнении mcp — mcp" = mcp׳ получим
Величина Та в основном зависит от температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени подогрева заряда и в меньшей степени — от температуры остаточных газов. У современных четырехтактных двигателей без наддува температура в конце впуска будет:
Коэффициент наполнения. Для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра
для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки φп=φд=1; Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, степени его быстроходности и совершенства системы газораспределения. Значение коэффициента наполнения для сравнения: Для бензиновых двигателей ηv =0.70÷0.85 Для дизельных двигателей ηv = 0.80÷0.90
Процесс сжатия 1. Средний показатель адиабаты сжатия k1 при заданном (ε) и (Та) определяют по графику (см. рис. 7). Рис. 7. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия k1 2. Средний показатель политропы сжатия. Величина n1 устанавливается по опытным данным в зависимости от числа оборотов двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и 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 п1 может быть оценена по среднему показателю адиабаты сжатия k1. Учитывая быстроходность рассчитываемого двигателя, принимают
3. Давление и температура в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем п1:
Для современных автомобильных и тракторных двигателей давление и температура в конце сжатия изменяются в пределах (для сравнения):
4. Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия. а) свежей смеси выбирается из табл. 7 из интервала температур от 0 до 1500 ºС для воздуха. Таблица 7
где tc = Тс – 273, ºС – температура свежей смеси в конце сжатия б) Остаточных газов , кДж/кмоль-град где и - мольные теплоемкости ОГ интервала температур tc (определяя среднею мольную теплоемкость ОГ при температуре tc = 458 ºС выбирается интервал температур от tc1 = 400 ºС до tc2 =500 ºС следовательно принимаются их мольные теплоемкости при заданных температурах, отсюда tci= 100 ºС и tc2-c1 = 58 ºС). Значения теплоемкости продуктов сгорания соответственно при 400 ºС и 500 ºС, взятые по таблице 8 при заданной (α) для бензиновых двигателей. Рекомендация: Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия может быть определена непосредственно по табл. 8 для бензина или по табл. 9 для дизельного топлива. При невозможности определить (mcv") tt по табл. 8 или 9 (несоответствие элементарного состава топлива) средняя мольная теплоемкость остаточных газов определяется по уравнению
где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табл. 6 или по формулам табл. 7 в интервале температур от 0 до 1500° С.
в) рабочей смеси
Процесс сгорания. 1. коэффициента молекулярного изменения горючей смеси 2. коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси Величина µ изменяется в пределах (для сравнения): Пример 5. Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания Для бензинового
Для дизеля Конец примера Пример 6. Коэффициент использования тепла. Значительное догорание бензинового топлива в процессе расширения при n = 5800 об/мин будет снижать величину ξ z, но использование обогащенной смеси (α = 0,9), обеспечивающей максимальную скорость сгорания, будет несколько уменьшать процессе догорания. Учитывая эти факторы, можно принять ξ z = 0,9. Для дизеля применение наддува при струйном смесеобразовании повышает теплонапряженность двигателя и создает благоприятные условия для протекания процесса сгорания. Это позволяет принять ξ z =0,82. Индикаторная мощность. Индикаторная мощность двигателя Ni — работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени. Для многоцилиндрового двигателя
где pi — среднее индикаторное давление, Мн/м2; Vh — рабочий объем одного цилиндра, л (дм3); i — число цилиндров; п - число оборотов коленчатого вала, об/мин; τ - тактность двигателя. 3. Индикаторный к.п.д. и удельный индикаторный расход топлива. Индикаторный к. п. д. ηi 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 1 кг топлива где Li — теплота, эквивалентная индикаторной работе, Мдж/кг; Ни — низшая теплота сгорания топлива, Мдж/кг. Таким образом, индикаторный к. п. д. учитывает все тепловые потери действительного цикла. Для дизельных двигателей, работающих на жидком топливе.
Для бензиновых двигателей то же самое только в знаменателе вместо ρк принимаем ρ0. Величина индикаторного к.п.д. в современных автомобильных и тракторных двигателях, работающих на номинальном режиме, имеет следующие значения (для сравнения): 4. Индикаторный удельный расход жидкого топлива определяют по уравнениям: Удельные расходы топлива на номинальном режиме (для сравнения):
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. Ниже даны эмпирические формулы для определения величины рм в двигателях различного типа: а) для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением S/D>1 б) для карбюраторных восьмицилиндровых двигателей с отношением S/D <1 в) для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением S/D<l г) для четырехтактных дизелей с неразделенными камерами д) для предкамерных дизелей е) для дизелей с вихревыми камерами Где средняя скорость поршня предварительно принимают: Для бензиновых двигателей легковых автомобилей vп.ср = 12÷15 м/сек Для бензиновых двигателей грузовых автомобилей vп.ср = 9÷12 м/сек Для транспортных дизелей vп.ср = 6,5÷12 м/сек
Механический к.п.д.
По опытным данным механический к.п.д. для различных двигателей, работающих на номинальном режиме, изменяется в следующих пределах (для сравнения):
4. Эффективная мощность. где ре выражено в Мн/м2; Vh — в л; n — в об/мин. 5. Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива. Эффективный к.п.д. ηе и эффективный удельный расход топлива ge характеризуют экономичность работы двигателя.
Значения эффективного к.п.д. меняются в зависимости от типа двигателя в следующих пределах (на номинальном режиме) для сравнения:
Часовой расход топлива Основные параметры цилиндра и двигателя Если задана эффективная мощность двигателя и выбрана величина S/D, то основные конструктивные параметры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) определяют следующим образом. Литраж двигателя где Ne выражена в кВт, ре — в Мн/м2; n — в об/мин. Диаметр цилиндра Ход поршня Пример Для бензинового 3. Диаметр и ход поршня. В целях уменьшения скорости поршня и сокращения габаритов двигателя принимают S/D = 0,85, тогда Принимается D = 80 мм; S = 70 мм. Для дизеля 3. Диаметр и ход поршня. Дизели, как правило, выполняются с отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D>1. Однако уменьшение S/D для дизеля, так же как и для карбюраторного двигателя, снижает скорость поршня и повышает ηм. В связи с этим целесообразно принять S/D= 1,05: Окончательно принимается D = 130 мм;S = 138 мм.
Полученные значения D и S округляют до четных чисел, нуля или пяти. По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя: Конец примера Аналитическим методом 5. Построение политроп сжатия и расширения производится аналитическим методом: а) политропа сжатия
Отсюда
где б) политропа расширения Отсюда Результаты расчетов точек политроп приведены в табл. 10. Расчетные точки политроп показаны на рис. 19 только для наглядности. При выполнении практических расчетов эти точки на диаграмме не показывают. Таблица 10 6. Теоретическое среднее индикаторное давление что очень близко к величине р'i = 1,37 Мн/м2, полученной в тепловом расчете (F'- площадь диаграммы acz'zba - для дизеля ) и (F'- площадь диаграммы aczba - для бензинового). 7. Скругление индикаторной диаграммы. Для дизеля Учитывая достаточную быстроходность рассчитываемого дизеля и величину наддува, ориентировочно устанавливаются следующие фазы газораспределения: впуск — начало (точка r') за 25° до в. м. т. и окончание (точка а") — 60º после н. м. т.; выпуск — начало (точка b') за 60° до н. м. т. и окончание (точка, а') — 25° после в. м. т. С учетом быстроходности дизеля принимается угол опережения впрыска θ = 22° (точка с') и продолжительность периода задержки воспламенения Δφ1=10° (точка f), Для бензинового Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n = 5800 об/мин), то фазы газораспределения устанавливают с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и возможности дозарядки в конце впуска. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r') принимают за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а") - через 70° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимают за 55° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') - через 25° после прохода поршнем в.м.т. С учетом быстроходности двигателя принимают и угол опережения зажигания θ = 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения Δβ1 = 5°. В соответствии с принятыми фазами газораспределения, углом опережения впрыска (зажигания) и периодом задержки воспламенения определяется положение точек (b', r', а', а", с' и f – для дизеля)и для точек (r',a',a'',c',f, и b' – для бензинового)по формуле для перемещения поршня. где λ — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Выбор величины λ производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы ориентировочно установим λ =0,260…0,265. Для дизеля Расчеты ординат точек b', r', а', а", с' и f – дизеля сведены в табл. 13. Таблица 13. Для бензинового Расчеты ординат точек r', а', а", с', f и b' сведены в табл. 11. Таблица 11 Положение точки с" определяется из выражения Точка zД лежит на линии z'z ориентировочно вблизи точки z. Для дизеля Нарастание давления от точки с" до z Дсоставляет где 10° — положение точки zД по оси абсцисс. Соединяя плавными кривыми точки: r с а', с' с с" и далее с zд и кривой расширения, b' с b" и далее с r ' и r, получаем скругленную индикаторную диаграмму ra'afc"z д b'b"r. Для бензинового Нарастание давления от точки с" до zд составляет где 12° — положение точки z дпо горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять, что действительное максимальное давление сгорания р zд достигается через 10° после в. м. т., т. е. при повороте коленчатого вала на 370°). Действительное давление сгорания
Соединяя плавными кривыми точки r с а', с' с с" (см. рис. 19) и далее с zд и кривой расширения, b с b" и линией выпуска, получаем скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc''z д b'b''r.
Рис. 19. Построение индикаторной диаграммы двигателя аналитическим методом
Конец построения Приложение
Таблица 6.
Значения средней мольной теплоемкости mcv" продуктов сгорания бензина (состав: С = 0,855; Н = 0,145) в зависимости от α даны в табл. 8.
Таблица 8
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания дизельного топлива (состав: С = 0,870; Н = 0,126; 0 = 0,004) - в табл. 9. Таблица 9
|