Тепловий розрахунок ДВЗ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 

 

Кафедра «двигуни  та теплотехніка»

 

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До курсової з дисципліни

«Двигуни внутрішнього згорання»

 

 

 

 

 

 

Виконав студент групи  ДМ ІV-1

Рясний А.А.

                              Перевірив

Доц. Жерновий А.С.

 

 

 

 

Київ 2012

Зміст

1.Тепловий розрахунок  ДВЗ

1.1.Вибір, обґрунтування  і визначення вихідних параметрів  для теплового розрахунку

1.2 Параметри продуктів  згорання в циліндрі двигуна  в кінці процесу випуску

1.3 Параметри робочого  тіла в процесі впуску

1.4 Параметри робочого тіла в процесі стискання

1.5. Параметри робочого тіла в процесі згорання

1.6. Параметри робочого  тіла в кінці розширення

1.7. Індикаторні показники,  які характеризують робочий цикл

1.8. Ефективні показники,  які характеризують робочий цикл

1.9. Основні розміри двигуна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Тепловий розрахунок  ДВЗ

Тепловий розрахунок ДВЗ  виконують з метою визначення параметрів стану робочого тіла в  циліндрі двигуна в характерних  точках робочого циклу за якими розраховують індикаторні та ефективні показники  робочого циклу а також основні  розміри двигуна.

1.1.Вибір, обґрунтування і визначення вихідних параметрів для теплового розрахунку

Параметри оточуючого середовища.

Приймаю, що температура  оточуючого середовища Т₀=288 К, а тиск р₀=0,101325 МПа

Тактність двигуна.

Приймаю число тактів циклу τ=4, через досить широке застосування на автомобілях, тракторних і дорожньо-будівельних машинах чотиритактних двигунів.

Ступінь стискання

Обираю для не  розділених камер згораня і без наддуву ε=15

Коефіціент надміру повітря

Обираю коефіцієнт з таблиці 1.2 для дизеля  з нерозділеними  камерами згорання і без наддуву α=1.6

Підвищення температури  заряду

В  процесі пуску відбувається підвищення температури заряду(∆Т,К)

Величину якого обираю (∆Т=20)

Відношення ходу поршня до діаметра циліндра.

Відношення ходу поршня до діаметра циліндра (S/D) залежить від швидкохідності двигуна, так як частота обертання вала даного умовою двигуна= 2400 хв^-1 то (S/D) для нього = 1,1.

Показник політропи  стискання

Обираю для дизельного двигуна , на основі експериментальних  даних n₁=1.37

Тип і конструктивні параметри механізму газорозподілу.

Вибыр типу і конструктивних параметрів механізму газорозподілу. Найпоширенішим є клапанний газорозподільний механізм з двома клапанами в кожному циліндрі. Фази газорозподілу вибирають за даними існуючих двигунів, близьких за швидкохідністю до того, який визначено у завданні.

Модель двигуна	Номінальна частота обертання, хв-1	Впускний клапан, град .к.в.			Випускний клапан град. п.к.в.
		Відкриття до ВМТ	Закриття після НМТ	Тривалість	Відкриття до НМТ	Закриття після ВМТ	тривалість
КАМАЗ-740	2600	13	49	242	66	10	256

 

1.2 Параметри продуктів  згорання в циліндрі двигуна  в кінці процесу випуску

Тиск в кінці пуску  дещо більший за атмосферний

p_r=(1,1..1.2)p₀=0,101325×1.2 = 0,12159

Температура газів в кінці  випуску  приймаю Т_r=700 К.

1.3 Параметри робочого  тіла в процесі впуску

Припускають, що тиск в процесі  впуску (р_а, МПа) постійний , а значення його в кінці впуску розраховують за залежністю:

 

 

Де  – сумарний коефіціент, що враховує гасіння швидкості ()

Та опір впускної системи, віднесений до площі прохідного перерізу клапану  ()

  Для існуючих двигунів = 2,6..3.2, більші значення обирають для швидкохідних двигунів, приймаю для свого двигуна =2.8

- середня швидкість  руху заряду в прохідному перерізі  клапану для сучасних двигунів = 70…110 м/с, більші значення мають  швидкохідні двигуни. Обираю =80 м/с

 

 – густина  свіжого заряду за даних атмосферних  умов кг/м³

=1,2258 кг/м³

Де  – газова стала повітря

Коефіцієнт  залишкових газів

 

 

Температура в в кінці пуску, К

 

Коефіціент наповнення:

 

1.4 Параметри робочого тіла в процесі стискання

Тиск в  кінці процесу стискання, МПа

=0,0903*15^1,38=3,79

Де показник політропи стискання

Температура, К

 

 

 

 

1.5. Параметри робочого тіла в процесі згорання

Для розрахунку параметрів стану робочого тіла в кінці процесу  згорання необхідні дані про елементарний склад та фізичні параметри палива, визначеного завданням

Паливо	Елементарний склад палива(масові частки), кг/кг			Мольна маса µ кг/моль	Нижча теплота згорання h МДж/кг
	Вуглець С	Водень Н	Кисень О
Дизельне паливо	0,870	0,126	0,004	190	42,5

 

При цьому С+Н+О=1

Теоретично необхідна  кількість повітря для згорання 1 кг палива

а) кмоль/кг           

 

б) кг/кг             

Перевірка

Де  – мольна маса повітря кг/моль

Кількість свіжого  заряду(повітря паливо), кмоль/кг:

Для дизелів       

Кількість продуктів  згорання, що утворилась в процесі згорання палива, кмоль/кг:

При повному згоранні(a>1, дизелі)

 

 

Коефіціент молекулярних змін, який характеризує відносну зміну об’єму внаслідок згоряння ( хімічний) і, з урахуванням наявності в заряді залишкових газів (дійсний):

Хімічний ;

 дійсний

Температура робочого тіла в кінці процесу  згорання, Т_z визначають як функцію внутрішньої енергії або ентальпії, значення яких розраховують за рівнянням згорання, Мдж/кмоль:

 

 

=72,5

Виходячи з графіка  Т_z=2300 К

Де  – коефіцієнт використання теплоти в процесі згорання;

U_c – визначаю графічно, так як Т_с=879, то з графіка U_c=11,6 МДж/кмоль

 – активна  теплота згорання, яка враховує втрати внаслідок неповного згоряння через нестачу кисню, МДж/кг

Для дизеля приймаю з нероздільною камерю згорання = 0,8

 

Тиск в  кінці процесу згоряння, Мпа

 

Показники які  характеризують процес згорання для  дизеля

Ступінь попереднього розширення:   

Ступінь подальшого розширення: =15/1,09=13,7 

1.6. Параметри робочого  тіла в кінці розширення

Тиск, МПа                                        

Температура, К                          

Де  - показник політропи розширення, для дизеля, на основі експериментальних даних обираю =  1,23

 

 

 

1.7. Індикаторні  показники, які характеризують  робочий цикл

1. Середній індикаторний тиск циклу, МПа:

-розрахунковий

 

 

 

Дійсний     

Де  - коефіцієнт заокруглення індикаторної діаграми залежить від типу двигуна, обираю для дизеля з нерозділеною камерою згорання

 

Індикаторний коефіцієнт корисної дії (ККД)  

Де - дійсний середній індикаторний тиск циклу, МПа;

коефіцієнт надміру повітря,

 – теоретично  необхідна кількість повітря  для згоряння 1 кг палива,

 – коефіцієнт  наповнення;

 – густина  заряду за даних атмосферних  умов

 – нижча  теплота згорання палива, МДж/кг.

Питома індикаторна  витрата палива,   

  кг/(кВт*год)

1.8. Ефективні показники,  які характеризують робочий цикл

Середній  ефективний тиск циклу, МПа

 

Де   - середній тиск механічних втрат, який наближено визначається

 

 – обираю з таблиці – 0,105

 – 0,012

 – середня  швидкість поршня в номінальному  режимі, м/с (обираю з таблиці  1.13)

Коефіцієнт корисної дії ( ККД)

• Механічний   =0,603/0,737=0,818
• Ефективний  =0,818*0,383=0,313

Питома ефективна  витрата палива, кг/(кВт*год): 

=3,6/42,5/0,313=0,27

 

 

 

 

1.9. Основні розміри  двигуна

Потужність  двигуна, віднесена до 1 л робочого об’єму, кВт/л

=

Де  – частота обертання колінчастого вала хв.^-1

 – тактність двигуна

Робочий об`єм двигуна, л:  

Робочий об`эм одного цилінда, см³  =

Де і – число циліндрів, обираю і=8

Діаметр циліндра, мм   =

=10* =120,4

Хід поршня, мм  

                        мм            мм

Параметри, їх позначення і одиниці вимірювання	Значення параметрів
	прототип	Двигун, що проектую
Номінальна потужність Ne , кВт	176	180
Номінальна частота обертання  nu, хв.-1	2600	2400
Робочий об`єм двигуна Vл, л	10,85	15
Середній ефективний тиск pe, МПа	0,536	0,603
Ефективна питома витрата  палива ge, кг(кВт*год)	0,29	0,27

 

 

Список використаної літератури

·  Вырубов Д. Н. и др. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1983.

·  Лесные машины: Учебник для вызов /под ред. д-ра техн. наук проф. Г. М. Анисимова. М.: Лесн. пром-сть, 1989.

·  Гольдберг А. М., Галямичев В. А. Тепловой расчет четырехтактного двигателя: Методич. указ. для студентов лесомеханического факультета спец. 0519. Л., 1985.

·  Автомобильные и тракторные двигатели. (Теория, системы питания, конструкции и расчет)/ Под ред. И. М. Ленина. Учебник для вузов по специальности “Автомобили и тракторы”. М.: Высш. шк., 1969.