Тепловой расчет двигателя
Введение
Специалист по энергообеспечению предприятий АПК в своей практической деятельности нуждается в знаниях теоретических основ конструкции и проблем в эксплуатации поршневых двигателей внутреннего сгорания, насосов, вентиляторов, компрессоров. В технологических процессах сельскохозяйственного производства наиболее распространённым силовым агрегатом или тепловой машиной является поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Наиболее широко используют тепловую энергию, получаемую из органического и ядерного топлива. Большинство транспортных установок работают на жидком и газообразном топливе. На наземномтранспорте наиболее распространены двигатели внутреннего сгорания. Благодаря своей компактности, экономичности, надёжности они достаточно долговечны в производстве, наилучшим образом адаптированы к технологическим процессам и условиям эксплуатации.
Исходные данные
марка двигателя Д-50Л;
номинальная мощность Ne=36,8 кВт (50 л.с.);
номинальное число оборотов nн=1700 об/мин;
число цилиндров и их расположение i=4p;
степень сжатия ε=17,7;
коэффициент избытка воздуха α= 1,4;
топливо – дизельное с химическим составом: С = 0,86; H2= 0,13; O2= 0,01;
низшая теплота сгорания Hи = 41,7 МДж/кг.
Расчет параметров рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:
/>
/>
Или:
/>
/>
Суммарное количество воздуха:
/>
Суммарное количество продуктов сгорания будет состоять из продуктов сгорания при α=1 и избыточного воздуха, не участвующего в сгорании:
/>
Избыточное количество свежего воздуха:
/>
/>
Суммарное количество продуктов сгорания:
/>
Теоретический коэффициент молекулярного изменения:
/>
Расчет параметров процессов впуска
Зададимся следующими параметрами заряда в процессе впуска:
давление атмосферное
абсолютная температура окружающей среды
/>
температура подогрева заряда от стенок впускного тракта ∆Т=25°С.
для воздуха R=8314/28.97=287.
Давление в конце впуска:
/>
/>
Примем
Коэффициент наполнения:
/>
Расчет параметров сжатия
Задаемся показателем политропы:
Параметры процесса сгорания
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
/>
где количество продуктов сгорания, кмоль; />-количество свежего заряда, кмоль; /> — коэффициент теплоиспользования, равный 0,78; -низшая теплота сгорания дизельного топлива, равная 41,7 МДж/кг.
/>внутренняя энергия 1 кмоля свежей смеси в конце процесса сжатия:
/>
где – теплоемкость свежей смеси при температуре конца сжатия.
Принимаем теплоемкость свежей смеси равной теплоемкости воздуха.
По таблице для находим:
/>
Внутренняя энергия 1 кмоля воздуха при температуре сжатия:
/>
Внутренняя энергия 1 кмоля продуктов сгорания в конце процесса сжатия при температуре сжатия включает в себя внутреннюю энергию продуктов сгорания при α=1 и внутреннюю энергию избыточного воздуха, т.е.:
/>
--PAGE_BREAK--
Теплоемкость продуктов сгорания при α=1 находим по таблице:
/>
Тогда внутренняя энергия продуктов сгорания при α=1:
/>
/>
/>
Следовательно:
/>
/>
тогда:
/>
Величина есть функция от температуры сгорания и теплоемкости. Уравнение решается методом подбора, для чего пользуемся таблицами. Получаем следующее, принимая =2300 °С:
/>
/>
Примем />. Получим:
/>
Искомое значение температуры сгорания
Степень предварительного расширения:
/>
Максимальное давление сгорания:
/>
Параметры процесса расширения
Степень последующего расширения:
/>
Выбираем показатель политропы расширения />
Давление конца расширения:
/>
/>
Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя
Расчет среднего индикаторного давления цикла:
/>
/>
Принимаем коэффициент скругления индикаторной диаграммы />тогда действительное среднее индикаторное давление:
/>
Основные показатели цикла
Доля индикаторного давления, затраченного на трение и привод вспомогательных механизмов:
/>
Примем, что средняя скорость поршня />.
Среднее эффективное давление цикла:
/>
Механический КПД:
/>
/>
Удельный индикаторный расход топлива:
/>
/>
Удельный эффективный расход топлива:
/>
/>
Индикаторный КПД цикла:
/>
/>
В старых единицах:
/>
/>
/>
Эффективный КПД цикла:
/>
/>
Часовой расход топлива:
/>
/>
Основные размеры двигателя
Рабочий объем двигателя:
/>
/>
Рабочий объем одного цилиндра:
/>
/>
Обозначим отношение хода поршня Sк диаметру цилиндра D:
/>
Для дизельных двигателей К=0,85…1,4.
Принимаем К=1,15. Тогда:
/>
Отсюда:
/>
/>
/>
Заключение
Производство двигателей внутреннего сгорания в нашей стране для различных отраслей народного хозяйства, в том числе и для автомобилей, стало быстро развиваться после 1917 года.
Специфичность технологии производства двигателей и повышение требований к их качеству при всевозрастающем масштабе производства двигателей обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Особое внимание в производстве двигателей уделяется унификации их узлов и деталей и развитию семейства унифицированных двигателей.
В связи с возникшей социальной проблемой – снижением токсичности отработавших газов и шума двигателей, а также с ограниченностью ресурсов органических топлив наряду с работами по совершенствованию находящихся на производстве автомобильных двигателей ведутся работы по применению других типов тепловых двигателей, а также электрических двигателей.
Список используемой литературы
Эфендиев А.М. – «Тепловые двигатели и нагнетатели», метод. указания, Саратов 2006 г.
Архангельский В.М. – «Автомобильные двигатели», М.: Машиностроение, 1977 г.
Нигматулин И.Н. – «Тепловые двигатели», М.: Высш. школа, 1974 г.