поправить. Расчет рабочего процесса двигателя (тепловой расчет)

• Название: Расчет рабочего процесса двигателя (тепловой расчет)
• Дата: 30.01.2022
• Размер: 80.39 Kb.
• Имя файла: поправить .docx
• Тип: Документы; #346382
• страница: 1 из 3

1. 
   Расчет рабочего процесса двигателя (тепловой расчет)
   

1. 
   Химический состав топлива в процентах по весу:
   

Углерода (С) 87%

Водорода (Н) 12,6%

Кислорода (О₂ ) 0,4%

Сорт топлива - дизельное (задаемся)

2. 
   Низшая теплота сгорания топлива:
   

Q_{н =} (46.7 – 8,8*10^-6р₁₅² +3,17*10^-3р₁₅)*[1 – (х+у+S)]+9,42S-2,45х кДж/кг, где:

Р₁₅ - плотность топлива при 15⁰ С, кг/м³; (Л-860; З-840; А-830)

х,у,S – массовые содержания воды, золы и серы, %/100.

=81С+300Н-26 (О₂ - S) – 6 (9Н - W) ккал/кг
=81*87+300*12,6-26*0,4-6*9*12,6 =10137,2 ккал/кг

1ккал=4,187кДж

3. 
   Средняя скорость поршня
   

С_m= м/сек,

где: s – ход поршня в м;

n – частота вращения в об/мин

С_{m =} = 5,5 м/сек

4. 
   Максимальная скорость поршня
   

С_maх=1,57С_m м/сек

С_maх = 1,57*5,5 = 8,635 м/сек

5. 
   Отношение площади поршня к суммарному сечению впускных клапанов
   

К= (задаемся)

где: , м²;

i - число впускных клапанов

f – площадь сечения полностью открытого клапана

К= = 10

Величина коэффициента К= может быть выбрана в зависимости от степени быстроходности двигателя:

6. 
   Наибольшая скорость протекания свежего заряда через впускные клапаны
   

С₂=1,57С_m м/сек

С₂ = 8,635*10 = 86,35 м/сек

1.7 Температура наружного воздуха t₀ ⁰С (задаемся)

t ₀ = 31 ⁰C

1.8 Абсолютная температура наружного воздуха

Т₀=273+t₀ ⁰К

Т₀ = 273 + 31 = 304 ⁰К

1.9 Коэффициент скорости истечения j , учитывает вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны (задаемся)

j = 0,7

j = 0,6 – 0,7 для двигателей без наддува;

j = 0,7 – 0,85 для двигателей c наддува

1.10 Давление конца наполнения (начала сжатия)

P_а=1- С₂²/576j²T₀ кг/см²

Р_а = 1 - (86,35 )²/576*0,7²*304= 0,913 кг/см²

При расчете двигателей с наддувом

P_а = (0,9 - 0,96) Р_к

где: Р_к –давление надувочного воздуха

1.11 Повышение температуры свежего заряда в системе двигателя ∆t ⁰С (задаемся)

∆t = 15⁰

Величина ∆t ⁰ по опытным данным составляет:

Для четырехтактных без наддува 15 – 20⁰С;

Для четырехтактных с наддувом 5 – 10⁰С

1.12 Температура воздуха в момент поступления в цилиндр

Т₀+ ∆t ⁰К

Т₀+ ∆t = 304 + 15 = 319 ⁰К

При расчете двигателей с наддувом должно быть учтено повышение температуры заряда ∆t₁ вследствие сжатия в нагнетателе

∆t₁ = Т₀[(P_s/Р₀)^n-1/n – 1] ⁰C,

где: n – показатель политропы сжатия в нагнетателе (для центробежных нагнетателей 1,7 – 2,0)

1.13 Степень сжатия ε (задаемся)

ε = 13,4

1.14 Давление остаточных газов р_г кг/см² (задаемся)

р_г = 1,02 кг/см²

Для расчета можно принимать в тихоходных двигателях давление

р_г = 1,02 - 1,06 кг/см² , в быстроходных р_г = 1,05 – 1,15 кг/см²

1.15 Температура остаточных газов Т_Г ⁰К (задаемся)

Т_г = 750 ⁰К

Значение Т_г для четырехтактных тихоходных дизелей 700 -770 ⁰К, для быстроходных 770 – 850 ⁰К

1.16 Давление окружающей среды р₀ кг/см² (задаемся)

р_{0 =} 1 кг/см²

1.17 Коэффициент остаточных газов

γ_r =

γ_r = = 0,038

1.18 Температура в начале сжатия

Т_а = ⁰К

Т_а = = 334,7 ⁰К

1.19 Коэффициент наполнения цилиндра

η_н =

η_н = =0,830

1.20 Показатель политропы сжатия n₁ (задаемся)

n₁ = 1,35

Значения показателя политропы сжатия n₁ в зависимости от типа двигателя можно выбрать из таблицы

1.21 Температура конца сжатия

Т_с = Т_а ε ^{n1-1 0}К

Т_с = 334,778 ^1,35-1 = 830⁰К

1.22 Давление конца сжатия

Р_с = Р_а ε ⁿ¹ кг/см²

Р_с = 0,913 ^1,35 = 30,3кг/см²

1.23 Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива

L₀ = ( + – ) моль/кг

L₀ = + – ) = 0,495 моль/кг

1.24 Коэффициент избытка воздуха α (задаемся)

α = 2,1

1.25 Действительное количество воздуха

L = α L₀ моль

L = 2,1*0,495 = 1,04 моль

1.26 Количество молей до горения

М₁ = (1+ γ_r ) L моль

М₁ = (1 + 0,038)*1,04 = 1,08моль

1.27 Количество молей продуктов сгорания

М₂ = [ + – (α – 0,21)L₀] (1 + γ_r ) моль

М₂ = [ + + (2,1 – 0,21)*0,495]*(1 + 0,038) = 1,10моль

1.28 Действительный коэффициент молекулярного изменения

μ =

μ = = 1,02

29. 
    Средняя мольная теплоемкость двухатомных газов при P = const
    

m(N₂ + O₂)C_mp(N₂O₂) = (1 + γ_r)(α – 0,21)L₀ C_mp(N₂O₂) =

(1 + 0,038)(2,1 – 0,21)0,495(6,6 + 0,00053Т_z) =

6,409 + 0,000515Т_z ккал/моль град

1.30 Средняя мольная теплоемкость углекислого газа при P = const

m(СО₂)C_mp(СO₂) = (1 + γ_r)С/12 C_mp(СO₂) =

(1 + 0,038) (8,76 + 0,00189Т_z) =

0,659 + 0,000142Т_z ккал/моль град

1.31 Средняя мольная теплоемкость водяных паров при P = const

m(Н₂О)C_mp(Н₂О) = (1 + γ_r)Н/2 C_mp(Н₂О) =

(1 + 0,038) (6,706 + 0,00215Т_z) =

0,438 + 0,00014Т_z ккал/моль град

1.32 Средняя теплоемкость смеси при P = const

С_р = m(N₂ + O₂)C_mp(N₂O₂)/М₂ + m(СО₂)C_mp(СO₂)/М₂ +

m(Н₂О)C_mp(Н₂О)/М₂

= = 6,824 + 0,000718Т_z ккал/моль град

ккал/моль град

1.33 Давление конца сгорания Р_z (задаемся)

Р_z = 60 кгс/см²

1.34 Степень повышения давления

λ =

λ = = 1,98

1.35 Средняя мольная теплоемкость воздуха в конце сжатия

С_υ = 4,61 + 0,00053Т_с

С_υ = 4,61 + 0,00053*830 = 5,05 ккал/моль град

1.36 Коэффициент использования теплоты при сгорании

ξ = 0,88 (задаемся)

1.37 Уравнение сгорания и температура конца сгорания

(С_υ + 1,986 λ)Т_с + = μС_рТ_z ⁰K

(5,05 + 1,986*1,98)*830 + = 1,02*(6,824 + 0,000718Т_z) T_z

0,000732 T_z² + 6,96 T_z + 15715= 0

T_z = = 1890 ⁰К

1.38 Степень предварительного расширения

ρ =

ρ = = 1,17

1.39 Степень последующего расширения

δ =

δ = = 11,4

1.40 Показатель политропы расширения

n₂ = 1,28 (задаемся)

1.41 Давление конца расширения

Р_B = Р_z/δⁿ²

Р_B = 60/11,4^1,28 = 2,7 кг/см²

1.42 Температура конца расширения

Т_е = Т_z/ δ^n2-1

Т_е = 1890/11,4^1,28-1 = 954 ⁰К

Параметры, характеризующие рабочий цикл

1.43 Среднее теоретическое индикаторное давление

Р_i¹ = [λ(ρ – 1) + λρ/n₂ – 1 (1 – 1/ δ^n2-1) – 1/n₁ – 1 (1 – 1/ ε^n1-1)] кг/см²

Р_i¹ = [1,98(1,17 – 1) + (1 – 1/11,4^1,28-1) - (1 – 1/13,4^1,35-1)] = 7,28 кг/см²

1.44 Коэффициент полноты диаграммы f = 0,97 (задаемся)

Величина коэффициента f колеблется в пределах f = 0,92 – 0,98

1.45 Поправка на впуск и выпуск ∆ Р_i¹ = 0,226 кг/см² (задаемся)

По опытным данным составляет для тихоходных двигателей 0,5– 0,2 кг/см² ; для быстроходных двигателей 0,2 – 0,3 кг/см²

1.46 Среднее индикаторное давление

Рi = f Р_i¹ - ∆ Р_i¹ кг/см²

Рi = 0,95*7,28 – 0,4 = 6,52 кг/см²

1,47 Механический КПД η_м = 0,8 (задаемся)

1.48 Среднее эффективное давление

Р_е = η_м Рi

Р_е = 0,8*6,52 = 5,2кг/см²

1.49 Индикаторный расход топлива

g_i = 433*η_нР₀/L₀αT₀P_i кг/квтч

g_i = 433* = 0,174 кг/квтч

1.50 Эффективный расход топлива

g_е = г/квт.ч

g_е = = 218 г/квт.ч

1.51 Индикаторный КПД

η_i = 860/ g_iQ^р_н

η_i = = 0,49

1,52 Эффективный КПД

η_е = 860/ g_еQ^р_н

η_е = =0,39

1.53 Эффективная мощность

N_е = 0,393 D² C_m P_e квт,

N_е = 0,393 ² = 109квт

где: z – число цилиндров.

2. Построение индикаторной диаграммы расчетного цикла

Для построения диаграммы производим вычисления ее элементов.

2.1 Выбираем длину диаграммы, соответствующую полному объему цилиндра

V_а = 200 мм

2.2 Определяем отрезок, соответствующий объему камеры сжатия

V_с = V_а/ε

V_с =200/13,4=14,9 мм

2.3 Определяем отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра

V_s = V_a – V_c

V_s = 200–14,92= 185,1 мм

2.4 Определяем отрезок, соответствующий объему в конце сгорания

V_z = ρ*V_c мм
V_z =1,17*14,9=17,4 мм

2.5 Принимаем масштаб давлений в цилиндре b. Рекомендуемый масштаб:

1 мПа - 30 мм

2.6 Определяем отрезок, соответствующий давлению сгорания Р_z*b мм

P_z=6*30=180мм

2.7 Определяем отрезок, соответствующий давлению сжатия Р_с*b мм

Pc=30,3*3=91мм

2.8 Определяем отрезок, соответствующий давлению в конце наполнения
Р_а*b мм

Р_а=0.913*3= 2.7 мм

2.9 Определяем аналитически 10 точек политропы сжатия по формуле

Р = Р_а*b/(V/V_a)ⁿ¹ , где значения (V/V_a)ⁿ¹ берем из таблицы Рв*b мм

Рв=2.7*3= 8,1 мм

приложения 2

Расчет ведем в табличной форме

Va	(V/Va)n1	P
1	1	2,7
0,9	0,867	3,1
0,8	0,739	3,6
0,7	0,617	4,3
0,6	0,501	5,3
0,5	0,392	6,8
0,4	0,290	9,3
0,3	0,196	13,7
0,2	0,113	23,8
0,15	0,077	35
0,1	0,044	61,3

2.10 Определяем аналитически 10 точек политропы расширения по формуле

Р = P_b*b/(V/V_a)ⁿ² , где значения (V/V_a)ⁿ² берем из таблицы

приложения 2

Расчет ведем в табличной форме

Va	(V/Va)n2	P
1	1	8,1
0,9	0,8738	9,3
0,8	0,7517	10,8
0,7	0,6335	12,8
0,6	0,5201	15,6
0,5	0,4120	19,7
0,4	0,3095	26,2
0,3	0,2142	37,8
0,2	0,1274	63,6
0,15	0,0882	91,8
0,1	0,0525	154,3

2.11 По площади индикаторной диаграммы находим графически среднее индикаторное давление