Тепловой расчет. 1. Тепловой расчет двигателя

• Название: 1. Тепловой расчет двигателя
• Дата: 14.05.2023
• Размер: 281.5 Kb.
• Имя файла: Тепловой расчет.doc
• Тип: Документы; #1130118
• страница: 1 из 2

«Тепловой расчет ДВС»

Содержание
Исходные данные 3

1. Тепловой расчет двигателя 4

2. Основные параметры двигателя 15

3. Построение индикаторных диаграмм 17

Список используемой литературы 21

Исходные данные

1. 
   Мощность двигателя, N_e = 86 кВт;
   
2. 
   Частота вращения коленчатого вала, n_N = 5700 об/мин;
   
3. 
   Тактность двигателя, τ = 4;
   
4. 
   Количество цилиндров, i = 4;
   

5. Степень сжатия, ε = 9,2;

6. 
   Тип охлаждения – жидкостное.
   

Режимы для проведения теплового расчета:

а) режим минимальной частоты вращения n_min = 1000об./мин.

б) режим максимального крутящего момента n_M =0,53n_N = 2968 об./мин.

в) режим максимальной (номинальной) мощности n_N = 6000об./мин.

г) режим максимальной скорости движения автомобиля

n_max = 1.05n_N = 6300 об./мин.
Подбор аналогов

Величина				Проектируемый двигатель
Ne, кВт				86/4/6000
Ме, Н*м				136,2/6000
ε				10,3
Vл, л				1,9
D/S				88/78
Nл = Nе/Vл				45,1

1. Тепловой расчет двигателя

Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 9,2 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

С = 0,855; Н = 0,145; m_т = 115 кг/кмоль.

Определим низшую теплоту сгорания топлива

Н_u = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.
Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива

кмоль возд/кг топл.

кмоль

возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основных режимах

(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения α = 0,86.

Количество горючей смеси.

кмоль гор.см./кг. топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5



кмольСО₂/кгтопл.

кмольСО/кгтопл.

кмольН₂О/кгтопл.



кмольН₂/кгтопл.

кмольN₂/кгтопл.

Общее количество продуктов сгорания:

М₂ = М_СО2 + М_СО + М_Н2О + М_Н2 + М_N2 = C/12 + H/2 + 0,79αL₀ = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.
Результаты занесем в таблицу

Параметры	Рабочее тело; карбюраторный двигатель
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
α	0,86	0,96	0,96	0,96
М1 кмоль. гор.см./кг.топл.	0,4525	0,5041	0,5041	0,5041
МСО2 кмоль СО2/кг.топл.	0,0512	0,0655	0,0655	0,0655
МСО кмоль СО/кг.топл.	0,0200	0,0057	0,0057	0,0057
МН2О кмоль Н2О/кг.топл.	0,0625	0,0696	0,0696	0,0696
МН2 кмоль Н2/кг.топл.	0,0100	0,0029	0,0029	0,0029
МN2 кмоль N2/кг.топл.	0,3515	0,3923	0,3923	0,3923
М2 кмоль пр.сг/кг.топл.	0,4952	0,5361	0,5361	0,5361

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува

Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К
Температура остаточных газов.

(рис. 5.1 литература 1 принимаем).

При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К
Давление остаточных газов.

Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:

PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.
Процесс пуска.

Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ Т_N = 8ºС.
Плотность заряда на выпуске.

Ρ_r = Р_о *10⁶ / (R_BT_O) = 0,1*10⁶ / (287*293) = 1,189 кг / м³,

где R_B – 287 Дж / (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске.

При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β² + ξ_ВП = 2,8 и

ω_ВП = 95 м/с.

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.
Тогда ΔР_а на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:

ΔР_а = (β² + ξ_вп) А²_nn²ρ_о10^-6/2, где А_n = ω_вп / n_N

А_n = 95 / 6000 = 0,0158

ΔР_а = 2,8 * 0,0158² * 6000² * 1,189 * 10^-6 / 2 = 0,0150
Давление в конце пуска.

В карбюраторном двигателе при n_N = 6000 мин^-1.

Р_а = Р_о – ΔР_а = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.
Коэффициент остаточных газов.

При n_N = 6000 мин^-1.



φ_оч = 1 – коэффициент очистки.

φ_доз = 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.
Температура в конце впуска.

Т_а = (Т_о + ΔТ + γ_r * T_r) / (1 + γ_r) ₌ (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329
Коэффициент наполнения.


Результаты вычислений занесем в таблицу.

параметры	Процесс впуска и газообмена
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
α	0,86	0,96	0,96	0,96
Тr , K	900	1010	1070	1080
Pr , Mpa	0,1039	0,1076	0,118	0,1195
ΔT , ºC	22,29	16	8	7,14
ΔPa , Mpa	0,0004	0,0043	0,0150	0,0166
Pa , Mpa	0,0996	0,0957	0,085	0,0834
φ , доз	0,95	1,025	1,12	1,13
γ	0,0418	0,0365	0,0385	0,0390
Та , К	339	334	329	329
ηv	0,8699	0,9207	0,9255	0,8939

Процесс сжатия.

При ε = 10,3 и Т_а = 329 К, n_N = 6000 мин^-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к₁ = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n₁ = 1,37.
Давление в колнце сжатия.

При n_N = 6000 мин^-1

Р_с = Р_аεⁿ = 0,085*10,3^1,376 = 2,1036 Мпа.
Температура в конце сжатия.

Т_с = Т_аε^n-1 = 329*10,3^1,376-1 = 792 К.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.

а) свежей смеси (воздуха)

20,6 + 2,638 * 10^-3 * t_c , где t_c = Т_с - 273 ºС

20,6 + 2,638 * 10^-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).

б) остаточных газов

определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при n_N = 6000 мин^-1 , α = 0,96 и t_c = 519 ºС.

(m ) = 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).

(m ) = 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).

(m ) = 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).

в) рабочей смеси

кДж/(кмоль град).

(m ) = кДж/(кмоль град).
Результаты вычислений заносим в таблицу.

параметры	Процесс сжатия
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
к1	1,3751	1,3757	1,3765	1,3766
n 1	1,370	1,373	1,376	1,376
Рс , МПа	2,4309	2,3532	2,1036	2,0655
Тс , ºК	803	796	792	792
tc , ºС	530	523	519	519
(m. cv)to	21,998	21,980	21,969	21,968
(m )to	24,169	24,141	24,122	24,121
(m )to	22,085	22,056	22,049	22,049

Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:


Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:


Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

ΔН_u = 119950*(1-α)*L₀ кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.
Теплота сгорания рабочей смеси:

Н_раб.см. = кДж/кмоль раб.см.
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(m ) =

кДж/кмоль град.

Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.

(m ) = *[0,0655*(39,123+0,003349t_z)+0,0057*(22,49+0,00143t_z)+0,0696*(26,6++0,004438t_z)+0,0029*(19,678+0,001758t_z)+0,3923*(21,951+0,001457t_z)=24,657+ 0,002077t_z] кДж/кмоль град.
Коэффициент использования теплоты ξ_z принимаем = 0,88:
Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин

ξ_z Н_раб.см + (m ) t_c = μ(m ) t_z :

0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) t_z,

0,002204 +26,165 t_z – 81132 = 0, откуда

t_z =

= 2552 ºС;

T_z = t_z + 273 = 2825 К;
Максимальное давление сгорания теоретическое:

p_z = p_c*μ* T_z/ Т_с = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.
Максимальное давление сгорания действительное:

P_zд = 0,85* p_z = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.
Степень повышения давления:

λ = p_z/ p_c = 7,963/2,1036 = 3,786.

параметры	Процесс сгорания
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
μ0	1,0945	1,0635	1,0635	1,0635
μ	1,0907	1,0613	1,0612	1,0611
ΔН , кДж/кг	8665	2476	2476	2476
Нраб.см.кДж/кмоль	74813	79348	79193	79155
(m )	24,2982+ 0,002034tz	24,6566+ 0,002077tz	24,6566+ 0,002077tz	24,6566+ 0,002077tz
ξz	0,83	0,92	0,88	0,86
tz , ºС	2330	2643	2552	2509
Tz , ºК	2603	2916	2825	2782
Pz , МПа	8,5967	9,1438	7,9635	7,7011
Pzд , МПа	7,3072	7,7722	6,7689	6,5459
λ	3,5364	3,8857	3,7856	3,7285

Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения К₂ определяется по номограмме рис. 4.8 при заданном ε для соответствующих значений α и T_z, а средний показатель политропы расширения n₂, оценивается по величине среднего показателя адиабаты:

ε = 10,3; α = 0,96; T_z = 2825 К; К₂ = 1,2528; n₂ = 1,252.
Давление и температура в конце процесса расширения:

Р_в = P_z/ εⁿ² и Т_в = T_z/ ε^n2-1:

Р_в = 7,9635/10,3^1,252 = 0,4296 МПа, Т_в = 2825/10,3^1,252-1 = 1570 К;
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

К;

Δ Т_r = ,

Где Δ Т_r – погрешность расчета - 4,6 % допустимая погрешность.

параметры	Процесс расширения и выпуска.
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
К2	1,2588	1,2519	1,2529	1,2531
n2	1,258	1,251	1,252	1,253
Рв , МПа	0,4573	0,4944	0,4296	0,4144
Тв , К	1426	1624	1570	1542
Тr , K	871	977	1021	1019
Δ Тr , %	3,25	3,24	4,60	5,64

Индикаторные параметры рабочего цикла.
Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа.

МПа.

Среднее индикаторное давление:

p_i = φ_u* Р_j ^, = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа.

Где φ_u = 0,96 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:



г/кВт. Ч
Эффективные показатели двигателя.
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1.

P_м = 0,034 + 0,0113* V_п.ср МПа.

Для нашего карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значение средней скорости поршня:

м/с.
Тогда: P_м = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа.
Среднее эффективное давление и механический КПД:

Р_е = Р_j - Р_м = 1,1124 – 0,2103 = 0,9021 МПа.

η_м = .

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

η_е = η_j * η_м = 0,3388 * 0,811 = 0,2748

g_е = г/кВт.ч.

параметры	Индикаторные и эффективные параметры двигателя.
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
Рj , , МПа	1,2115	1,3415	1,1588	1,1138
Рj , МПа	1,1630	1,2879	1,1124	1,0693
ηj	0,3292	0,3845	0,3388	0,3288
gj , г/кВт.ч	249	213	242	249
Vп.ср , м/с	2,6	8,32	15,6	16,38
Рм , МПа	0,0634	0,1280	0,2103	0,2191
Ре , МПа	1,0997	1,1599	0,9021	0,8502
ηм	0,9455	0,9006	0,811	0,7951
ηе	0,3113	0,3463	0,2748	0,2614
gе , г/кВт.ч	263	237	298	313