Расчет и построение теплового баланса двигателя

 

Расчет составляющих тепло­вого баланса ведем в зависимости от частоты вращения для режима работы двигателя с полной нагрузкой, используя при этом да­нные расчета внешней скоростной характеристики, приведенные в таблице 6.

Общее количество теплоты, вводимое в двигатель с топливом в единицу времени определяем по формуле

, (98)

.

Теплота, расходуемая на совершение эффективной работы в едини­цу времени, равна

, (99)

.

Теплота, передаваемая охлаждающей среде, определяется по фор­муле

, (100)

где с – коэффициент пропорциональности, принимаем с = 0,5;

m – показатель степени, принимаем для четырехтактного КБД– m = 0,63;

Δ H_ux – теплота, теряемая вследствие химической неполноты сгорания топлива

, (101)

.

Тогда

.

Теплоту, уносимую из двигателя с отработавшими газами, опреде­ляем по формуле

, (102)

где – средняя мольная теплоемкость остаточных газов при р = const и температуре t_rx °C, кДж/кмоль·град;

– средняя мольная теплоемкость остаточных газов при р = const и температуре t = t ₀, кДж/кмоль·град;

М _{1 х} и М _{2 х} – количество свежего заряда и отработавших газов, определяемые в зависимости от a _х по формулам, приведенным в п. 2:

;

;

;

;

;

;

;

t_rx – температура отработавших газов, изменяющаяся с изменением частоты вращения, ° С.

Для выполнения дальнейших расчетов необходимо задаться зако­ном изменения температуры отработавших газов по частоте вращения, учитывая при этом, что с уменьшением частоты вращения от п_N до n _min температура отработавших газов уменьшается на 150...250° приблизи­тельно по линейной зависимости. Тогда промежуточные значения t_rx опреде­лим по выражению

, (103)

где t_rN – температура отработавших газов при номинальной часто­те вращения, принята в п. 3 равной t_rN = Т_r – 273 = 777 ° C;

t_{r. min} – температура отработавших газов при минимальной час­тоте вращения, t_{r. min} = t_rN – (150°…250°) = 577 ° С;

.

Средние мольные теплоемкости в уравнении (102) определяем по выражениям:

; (104)

. (105)

При определении теплоемкости отработавших газов, при V = const предварительно по формулам (24) – (28), подставляя в них вмес­то t_c значение t_rx, определяем теплоемкости отдельных компонентов отработавших газов:

;

;

;

;

.

Зная величины средних мольных теплоемкостей отдельных компонентов, найдем искомую среднюю мольную теплоемкость по формуле (29)

а затем по формуле (104) найдем

.

Теплоемкость свежего заряда определяют по формуле (23), в которую вме­сто температуры t_c подставляют значение t = t ₀ = 20 ° С:

,

а затем по формуле (105) найдем

.

Теперь определим теплоту, уносимую отработавшими газами по формуле (102):

.

Рассчитываемый двигатель работает на обогащенных смесях при a < 1, в связи с чем топливо сгорает не полностью, а теряемую при этом теплоту определяем по формуле

, (106)

где Δ Н_ux – теплота, теряемая из-за химической неполноты сго­рания 1 кг топлива, которую определим по формуле (34) в зависимости от a _x:

.

Тогда

Остаточный член теплового баланса, учитывающий потери теплоты отданной маслу, теряемой из-за лучеиспускания в окружающую среду и теплоту, соответствующую кинетической энергии отработавших газов, равен

, (107)

.

Результаты расчета сводят в таблицу 7 и по этим данным строим тепловой баланс двигателя в виде графи­ческой зависимости процентного содержания каждой составляющей ба­ланса в общем количестве введенной в двигатель теплоты от частоты вращения коленчатого вала двигателя (см. приложение 4).

 

Таблица 7 – Составляющие теплового баланса двигателя

nx, мин ^-1	Qe	Qв	Qr	Qнс	Qост	Qo
кДж/с	%	кДж/с	%	кДж/с	%	кДж/с	%	кДж/с	%	кДж/с	%
	12,45	25,2	15,87	32,2	10,73	21,8	10,09	20,5	0,18	0,40	49,33
	26,72	28,4	25,83	27,5	22,61	24,1	6,63	7,1	12,22	13,0	94,01
	41,08	30,5	33,35	24,8	34,47	25,6	9,50	7,1	16,20	12,0	134,60
	53,80	30,9	39,98	23,0	47,31	27,2	12,29	7,1	20,78	11,9	174,15
	63,15	29,4	46,01	21,4	61,66	28,7	15,15	7,1	28,73	13,4	214,70
	67,40	26,6	51,61	20,3	76,83	30,3	17,91	7,1	40,02	15,8	253,76
	67,49	26,0	52,47	20,2	79,16	30,5	18,30	7,1	41,90	16,2	259,31
	64,80	23,1	56,88	20,3	89,39	31,8	19,81	7,1	49,93	17,8	280,81

 

 

Заключение

 

Проведенные расчеты показали, что для увеличения мощности двигателя и частоты вращения коленчатого вала ход поршня должен быть равным S = 86 мм, диаметр цилиндра D = 80 мм. При этом литраж двигателя будет равен V_л = 1,7291 л, эффективная мощность N_e = 67,486 кВт, литровая мощность N_л = 39,029 кВт / л, эффективный крутящий момент М_е = 104,62 Н × м и часовой расход топлива G_Т = 21,250 кг / ч.