Тепловой расчет двигателя

  • Вид работы:
    Контрольная работа
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    360,21 Кб
  • Опубликовано:
    2013-03-24
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Тепловой расчет двигателя

Введение

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.

Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диметр цилиндра и ход поршня) и проверить на прочность его основные детали.

1. Топливо

Средний элементарный состав бензинового топлива:

Углерод: C=0,855; Водород: H2=0,145; Кислород: O2=0, W=0, где

·        C - углерод.

·        H - водород.

·        O - кислород.

·        W - вода.

Масса бензина составляет =115

Низшая теплота сгорания бензина:

=33,91C+125,6H - 10,89 (O-S) - 2,51 (9H+W)

=33,91*0.855+125.6*0.145-2.51*9*0.145=43.93=43930 кДж/кг

2. Параметры рабочего тела


Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива (стехиометрический состав) вычисляется по следующей формуле:


 

=*

 - масса 1 кмоль воздуха (28,9 кг/моль)

=28,9*0,517=14,941

Далее расчет ведем для режима максимальной мощности. Для остальных режимов результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Количество горючей смеси α=1

Горючая смесь состоит из воздуха и испарившегося воздуха и определяется величиной:

, где

α - коэффициент избытка воздуха (отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании к теоретически необходимому).

 - молекулярная масса паров топлива (кг/моль)

=1*0,517+1/115=0,5257

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания (при k=0,5) и принятых скоростных режимах.

При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода (CO), углекислого газа (), водяного пара (), свободного водорода (), и азота ()

=+20,208

K - постоянная, зависящая от отношения количества водорода к окислу углерода, содержащихся в продуктах сгорания.

=20,208

= - 2k0,208

=2k0,208

=0.792·α·

=+20,208·0.517=0.0713

 

=20,208·0,517=0

= - 2·0,50,208·0,517

=0.792·1·0,517=0,4095

Общее количество продуктов сгорания определяется как сумма окиси углерода (CO), углекислого газа (), водяного пара (), свободного водорода (), и азота ()

=++++

=0,0713+0+0,0725+0+0,4095=0,5532

Таблица 2. Результаты расчета рабочего тела

Параметры

Рабочее тело


Двигатель с впрыском топлива

n

900

2700

4500

5400

α

0.96

1.00

1.00

0.98

0.5050

0.5257

0.5257

0.5154

0.0770

0.0713

0.0713

0.0741

0.0057

0.0000

0.0000

0.0029

0.0696

0.0725

0.0725

0.0711

0.0029

0.0000

0.0000

0.0014

0.3931

0.4095

0.4095

0.4013

0.5483

0.5532

0.5532

0.5508


3. Параметры окружающей среды и остаточные газы


Давление и температуру окружающей среды принимаем:

 МПа и  К.

Температура остаточных газов (Tr) определяется по графику рис. 1.

Рис. 1. Исходные параметры для теплового расчета двигателя с впрыском топлива

Давление остаточных газов () на номинальном скоростном режиме:

=·(1,035+··), где

=(-·1.035)·/(·)

Для двигателя с впрыском топлива

Tr=1020 K

=0.110 МПа

=(0,110-0,1·1,035)·/(·0,1)=0,321

4. Процесс впуска


Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается ∆=6. На остальных режимах ∆T рассчитывается по формуле:

∆T=(110-0.0125n), где

=∆/(110-0,0125)

=6/(110-0.0125·4500)=0.112

Плотность заряда на впуске

=·/(·), где

=287 Дж/кг·град

=0,1·/(287·)=1,189 кг/

Потери давления на впуске высчитываются по формуле:

=(+)·(·/2)··, где

 - коэффициент затухания скорости заряда;

 - коэффициент сопротивления впускной системы.

+=2,5;

=/=95/4500=0,021 МПа, где

 - средняя скорость движения заряда (95 м/с)

=2,5·(·/2) 1,189·=0,021 МПа

Давление в конце такта впуска - основной фактор, определяющий количество рабочего тела, поступающего в цилиндр двигателя:

=-∆=0.1-0.021=0.079 МПа

Коэффициент остаточных газов.

Величина коэффициент остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и определяется по формуле:

=·, где

 - коэффициент очистки (=1 - без учета продувки);

Для двигателей с впрыском топлива и электронным управлением при  моно принять =1,055, а при =0.96. На остальных расчетных режимах  определяется по рисунку 1.

 - коэффициент дозарядки

 - степень сжатия

=1020 K

=· = 0.0497

Температура в конце впуска определяется:

=(+∆T+·)/(1+)

=(293+6+0.0497·1020)/(1+0.0497)=333 K

Коэффициент наполнения () есть отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды.

Коэффициент наполнения

=··()

=··)=0.781

Таблица 3. Результаты расчетов для разных режимов

Параметры

Процесс впуска


Двигатель с впрыском топлива

n

900

2700

4500

5400

α

0.96

1.00

1.00

0.98

Tr

900

970

1020

1030

Pr

0.1037

0.1058

0.11

0.1128

11.06

8.54

6

4.76

0.00080.00760.02100.0303





0.0992

0.0924

0.0790

0.0697

0.96

1.02

1.055

1.1

0,0510

0,0486

0.0497

0,0623

0,907

0,900

0,781

0,706

332,9

332,5

333,1

340,7


5. Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия  определяется по номограмме по ε и , а средний показатель политропы сжатия  принимается меньше .

=1,367, при =4500 об/мин; =333К ε=8,3;

=1.360

Давление в конце сжатия =·

=0,0790·=1,4263 МПа

Температура в конце сжатия =·

=333.1·=724.2 К

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоемкости воздуха и определяется по формуле:

, где

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов  определяется по таблице при =451.2.

(=23.712+(24.150-23.712)·= 23.936 , где

,712 и 24,150 значения теплоемкости продуктов сгорания при 400 и 500 С соответственно.

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси определяется по формуле:



Таблица 4. Результаты расчетов

Параметры

Процесс сжатия


Двигатель с впрыском топлива

n

900

2700

4500

5400

1.368

1.369

1.367

1.365

1.361

1.362

1.36

1.358

1.794

1.675

1.426

1.252

725.328

725.991

724.229

737.625

452.3

453

451.2

464.6

(21.793221.795021.790221.8256





(23.809823.944123.936323.9949





(21.891121.894621.892921.9528





6. Процесс сгорания


Процесс сгорания - основной процесс рабочего цикла двигателя, в течении которого теплота, выделяющаяся в следствии сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси μ определяется:


Количество теплоты, потерянное в следствии химической неполноты сгорания рабочей смеси

=119950·(1-α)·

При =4500 об/мин

=119950·(1-1)·0,516=0


Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

(=·[(+(+(+(+(]

(=·[0.0713 (39.123+0.003349)+0.0725 (26.67+0.004438)+ +0.4087 (21.951+0.001457)]=24.781+0.002091

Коэффициент использования теплоты

Для двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при V=const, уравнение сгорания имеет вид:


 - коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания cz (принимается по опытным данным в зависимости от конструкции двигателя, режима его работы, системы охлаждения, формы камеры сгорания, способа смесеобразования, коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала) для бензиновых двигателей с впрыском топлива =0,995 при =4500 об/мин.

0,995·79608+21,8929·451,2=1,0498·(24,781+0,002091)

.002194+26.018-89088=0

Решение этого квадратного уравнения имеет вид:

==2773

=+273=3047 K

Максимальное давление сгорания теоретическое:

=

=1.426·1.0498· =6.2983 МПа

Максимальное давление сгорания действительное:

=0,85·

=0.85·6.2983=5.3536 МПа

Степень повышения давления:

λ=

λ==4.4168

Таблица 5. Результаты расчетов процесса сгорания

Параметры

Процесс сгорания


Двигатель с впрыском топлива

n

900

2700

4500

5400

1.0857

1.0523

1.0523

1.0687

μ

1.0815

1.0986

1.0498

1.0647

2475.768001237.884





78104

79691

79608

77975

(24.955+0.00210324.781+0.00209124.868+0.002097




0.875

0.965

0.995

0.990

, 2407261327742690





, K2680288630472963





7.1688

7.3151

6.2983

5.5346

6.0935

6.2178

5.3536

4.5514

λ

3.996

4.3672

4.4168

4.2768


7. Процессы расширения и выпуска


Средний показатель адиабаты расширения  определяется по номограмме по ε для соответствующих значений α и , а средний показатель политропы расширения  определяется по .

При =10, α=1и =3047 =1.2462 и принято =1.246

Давление и температура в конце процесса расширения

=/

=6.2983/=0.452 МПа

=/

=3047/=1814 K

Таблица 6. Результаты расчетов процесса расширения и выпуска

Параметры

Процесс расширения и выпуска


Двигатель с впрыском топлива

n

900

2700

4500

5400

α

0.96

1.00

1.00

0.98

1.2485

1.2458

1.2469

1.251

1.248

1.245

1.246

0.508

0.521

0.452

0.396

1575

1707

1814

1760

.%33,41012






8. Индикаторные параметры рабочего цикла

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется индикаторными показателями:

Среднее индикаторное давление теоретическое:


Среднее индикаторное давление


 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы (=0,98)

=0.98·1.0899=1.0681 МПа

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива.


==0.3916

=

=

9. Эффективные показатели двигателя


Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с отношением S/D<=1

=0.024+0.0053·

Приняв S=77 мм получим для =4500 об/мин значение средней скорости поршня .

=

= =11.55 м/с

=0.024+0.0053·11.55=0.0852 МПа

Среднее эффективное давление и механический КПД:

=-

=0.9829 МПа

=

=0.9202

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива.

=·

=0.3916·0.9202=0.3604

=

==227.38

Таблица 7. Результаты расчетов индикаторных и эффективных показателей

Параметры

Индикаторные и эффективные показатели


Двигатель с впрыском топлива

n

900

2700

4500

5400

1.2489

1.3106

1.0899

0.9558

1.2239

1.2844

1.0681

0.9367

0.3709

0.4087

0.3916

0.3723

220.95

200.51

210.70

220.11

2.31

6.93

11.55

13.86

0.0362

0.0607

0.0852

0.0975

1.1877

1.2237

0.9829

0.8392

0.9704

0.9527

0.9202

0.8959

0.3599

0.3894

0.3604

0.3335

227.70

210.45

227.38

245.72

. Основные параметры цилиндра и двигателя

Рабочий объем (литраж) двигателя:

τ - тактность

i - кол-во цилиндров


Литраж одного цилиндра:


Диаметр цилиндра при S=77 мм

D=2··

D=2000·=85,42 мм

Окончательно принимаем S=77 мм и D=85 мм

Площадь поршня:

===5672 =56,72

Рабочий объем:

== = 3,4937 л

Мощность двигателя:

===128.77 кВт

Литровая мощность:

=/=128.77/3.4937=36.857 кВт/л

Крутящий момент:

=(3··)/π·=30000·128.77/3.14·2700=455.66 H·m.

где  - частота при которой крутящий момент максимальный.

Индикаторная диаграмма строится для режима максимальной мощности. Для построения выбираются удобные масштабы хода поршня.

(=1. =0.05)

AB=S/=77/1=77 мм=AB/ε-1=77/8.3-1=10.5 мм

Максимальная ордината (точка Z) определяется:

/=6.2983/0.05=125.7 МПа

Таблица 8. Ординаты характерных точек

Точка

/ мм


в

1.58

0.0790

c

28.52

1.426

b

9.04

0.452

r

2.2

0.11

0

2

0.1


Таблица 9. Точки политроп сжатия и расширения

№ точки

OX мм

Политропа сжатия

Политропа расширения




//





1

10.5

8.3

17.88

28.25

1.413

13.94

126.01

6.3

2

13,8

6,3

12,22

19,3

0,965

9.89

89.405

4.47

3

17,7

4,9

8,68

13,7

0,685

7.23

65.36

3.27

4

22

3,9

6,37

10,1

0,505

5.44

49.17

2.5

5

29

3

4,46

7,1

0,355

3.93

35.52

1.8

6

43,1

2

2,57

4,1

0,205

2.3

20.8

1.04

7

57,3

1,5

1,73

2,7

0,135

1.66

15.06

0.75

8

86,5

1

1

1,58

0,079

1

9.04

0.45

9












Библиографический список

1.   Алексеев В.А. Расчет автомобильных двигателей: учебное пособие/ В.А. Алексеев - Спб: Изд-во СЗТУ, 2006

2.   Богатырев А.В. Автомобили/А.В. Богатырев. - М.: Колос, 2001. - 496 с.

3.   Зотов Л.Л. Автомобильные двигатели: рабочие процессы: учебное пособие/ Л.Л. Зотов.-Спб: Изд-во СЗТУ, 2006

4.   Колчин А.И. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие для вузов/А.И. Колчин. - М.: Высшая школа, 2002. - 496 с.

двигатель газ тепловой сгорание

Похожие работы на - Тепловой расчет двигателя

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!