Тепловой расчет двигателя

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

1.      Исходные данные

Задачей теплового расчета двигателя является построение диаграммы расчетного и действительного циклов и определение индикаторных и эффективных показателей двигателя, а также геометрических размеров цилиндра.

Тепловой расчет производится для номинального режима работы двигателя при стандартных атмосферных условиях и состоит из следующих этапов:

·        определение параметров рабочего тела:

a)  в конце такта наполнения (в начале такта сжатия);

b)      в процессе сжатия;)     в процессе сгорания;)  в процессе расширения;

·        определение индикаторных и эффективных показателей дизеля;

·        определение основных параметров цилиндра.

2.      Определение параметров рабочего тела в конце тактов наполнения

тепловой двигатель дизель

Давление воздуха в цилиндре в конце процесса наполнения P_а меньше давления на впуске Р_k на величину ∆Р, которая зависит от гидравлических сопротивлений системы впуска, режима работы двигателя и площади проходных сечений клапанов механизма газоразделения:

где

 - коэффициент, учитывающий вышеперечисленные факторы. Так как точный учет всех факторов невозможен, то при определении величины K_a ориентируется на опытные данные.

 для дизеля без наддува.

Давление в выпускном коллекторе Р_p зависит от давления Р_k:

 величина коэффициента зависит от гидравлических сопротивлений.

Давление остаточных газов в цилиндре:

коэффициент, учитывающий гидравлические потери в органах системы газораспределения.

Коэффициент остаточных газов:

температура остаточных газов для карбюраторных двигателей.

 повышение температуры воздуха в процессе наполнения для карбюраторных двигателей.

Температура воздуха в конце такта наполнения:

Значение температуры воздуха в конце такта сжатия должно находиться в пределах  - для карбюраторных двигателей.

Коэффициент наполнения  находится по формуле:

3.      Определение параметров рабочего тела в процессе сжатия

Процесс сжатия протекает политропно, с некоторым средним значением показателя политропы .

Температура и давление в конце такта сжатия определяют по формулам:

Расчетные значения  должны находится в пределах 600…800 К и 0,9…2,0 мПа соответственно.

4.      Определение параметров рабочего тела в конце процесса сгорания

При расчете цикла задаются максимальным давлением цикла  для карбюраторных двигателей.

Степень повышения давления определяют по формуле:

Значения величины  должны находится в пределах  для карбюраторных двигателей.

Низшая теплопроводность топлива:

Для карбюраторного двигателя, должна находится в пределах

Необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

Число киломолей продуктов совершенного сгорания:

Число киломолей свежего заряда:

Число киломолей продуктов сгорания 1 кг топлива:

Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси определяем по формуле:

Объемная (мольная) доля избытка воздуха в продуктах сгорания:

Проверяем сумму объемных долей:

Объемная доля воздуха в рабочей смеси:

Объемная доля продуктов совершенного сгорания в рабочей смеси:

Проверяем сумму объемных долей:

По таблице 3 определяем внутренние энергии воздуха  и продуктов совершенного сгорания  при температуре:

Так как температура  отличается от табличных значений, то  определяется путем линейного интерполирования. Находим внутренние энергии воздуха для ближайших табличных значений температур:

При

При

Разноси температур  соответствует разность внутренних энергий.

Разность температур  соответствует разность внутренних энергий.

Аналогичным образом определяется внутренняя энергия продуктов совершенного сгорания.

При

При

Для температуры  путем интерполирования получаем:

Обозначим левую часть уравнения сгорания, вычислим её:

Обозначим правую часть уравнения сгорания:

Здесь неизвестны температура  и зависящие от неё внутренние энергии  и .

Для решения уравнения сгорания и определения температуры  строим график функции B()

5.      Определение индикаторных и эффективных показателей дизеля

Определим среднее индикаторное давление по параметрам цикла:

Действительное среднее индикаторное давления  получается умножением  на коэффициент полноты диаграммы цикла

Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива определяют по формулам:

Для определения эффективных параметров двигателя необходимо задаться механическим КПД.

Эффективный КПД, средний эффективное давление и удельный эффективный расход топлива определяют из:

6.      Определение геометрических размеров цилиндра

Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:

где N_e - эффективная мощность, кВт;

P_e - среднее эффективное давление, МПа;

n - скорость вращения коленчатого вала, об/мин;

i - число цилиндров.

Диаметр цилиндра определяют по формуле:

Принимаем что

Уточняем эффективную мощность:

Средняя скорость поршня

Литраж двигателя

Действительное значение эффективной мощности

7. Построение индикаторной диаграммы

Выбор масштаба и определение координат основных точек.

Масштаб выбирается с таким расчетом, чтобы высота диаграммы была в 1,5-1,7 раза больше её основания. Масштаб полосы абсцисс целесообразно принимать с таким расчетом, чтобы отрезок АВ, соответствующий значению  был равен 100мм.

Приведенная к принятому масштабу величина объема камеры сгорания

Максимальная высота индикаторной диаграммы

При выполнении расчета получаются или принимаются значения давления и обьемов для характерных точек индикаторной диаграммы:

Их ординаты определяют как:

;

Ординаты этих точек откладываются на перпендикулярах к оси абсцисс, восстановленных к точкам А и B на графике индикаторной диаграммы.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом.

Координаты политроп сжатия  рассчитываются на основании уравнения, МПа:

Значение объема  соответствует OB. Значение  будут лежать в пределах от  до .

Следовательно, отношение  для различных значений  может лежать в пределах:

Координаты точек политропы расширения  для карбюраторного двигателя рассчитывают аналогично, МПа:

Тогда

Результаты расчетов заносим в таблицу.

Таблица 1 - Аналитический расчет политроп сжатия и расширения

                                  ,

МПа/μ_р,

мм,

МПа/μ_р,