Тепловой расчет двигателя д-108

 

Аннотация.

 

В работе выполнен анализ основных параметров двигателя-прототипа Д-108; анализ мероприятий по модернизации двигателя; выбор исходных данных на тепловой расчет; определение эффективных показателей двигателя и анализ теплового расчета; определение внешней характеристики двигателя; оценка влияния изменения угла опережения воспламенения на основные параметры двигателя.

Ил.  ,табл. 7, список лит.-2 назв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

Введение.                                                                                                                                  4

1. Задание на курсовую работу.                                                                                             5

2. Анализ основных параметров двигателя Д-108.                                                      6

3. Анализ основных мероприятий по модернизации двигателя.                                        6

4. Выбор исходных данных на тепловой расчет.                                                                 7

5. Тепловой расчет.

5.1 Расчет процесса впуска.                                                                                           9

5.2 Расчет процесса  сжатия.                                                                                          9

5.3 Расчет процесса  сгорания.                                                                                     10

5.4 Расчет процесса  расширения.                                                                                 13

5.5 Определение  индикаторных показателей цикла.                                                 14

6. Определение эффективных показателей двигателя.                                                        14

7. Анализ теплового расчета.                                                                                              15

8. Внешняя скоростная характеристика.                                                                             16

9. Оценка влияния условной продолжительности сгорания на основные

параметры двигателя Д-108.                                                                                                  16

Литература.                                                                                                                              17

Приложения 1.                                                                                                                         18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

      Тепловой расчет  двигателя выполняется с целью предварительного определения  индикаторных показателей рабочего цикла, эффективных показателей проектируемого двигателя. На базе теплового расчета выполняется динамический расчет, расчет деталей на прочность, расчет внешней скоростной характеристики. Расчетным режимом является режим номинальной мощности.

      Желательно чтобы  проектируемый двигатель имел  более высокие технико-экономические показатели по сравнению с прототипом. В соответствии с намеченными улучшениями, конструктивными особенностями, с учетом преобладающих режимов работы выбираются исходные данные на тепловой расчет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Задание на курсовую  работу.

 

● Двигатель прототип-Д-108 мощностью 80кВт, при частоте вращения коленчатого вала 1070 об/мин.

 

 

 

2. Анализ основных  параметров двигателя Д-108.

   

● Обозначение Д-108

● Тип двигателя- четырехтактный бескомпрессорный

● Число цилиндров- четырехцилиндровый

● Эффективная мощность =80 кВт

● Номинальная частота вращения коленчатого вала n=1070 об./ мин.

● Рабочий объем =13,54 л.

● Степень сжатия =14

● Удельный эффективный расход топлива =180гр./кВт.ч.

 

 

 

3. Анализ основных  мероприятий по модернизации  двигателя.

     

На двигателе необходимо повысить эффективную мощность.

Увеличение  степени повышения давления повысит плотность свежего заряда в цилиндре, что приведет к возможности увеличить цикловую подачу топлива, в результате чего среднее эффективное давление повысится и возрастет.

 

При изменении S/D меняется η_ν (учесть при выборе значения η_ν).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Выбор исходных данных  на тепловой расчет.

 

1. Давление окружающей среды р₀=0,1013 МПа., для нормальных атмосферных условий.

2. Температура окружающего воздуха =293 К, для нормальных атмосферных условий.

3. Средний элементарный химический состав топлива в весовых долях для дизельных топлив C=0,86, H=0,13, O=0,01. При этом C+H+O=1.

4. Низшая теплота сгорания жидких топлив, определенная по формуле Менделеева для дизельного топлива =42,5 МДж/кг (бензин 44 МДж/кг).

5. Степень сжатия для дизеля Д-108 равна =14 (по прототипу).

6. Коэффициент наполнения в дизеле Д-108, =0,85 (по рекомендациям в учебнике).

7. Величина подогрева свежего заряда от стенок цилиндра . Для проектируемого двигателя составит =10 град. (∆Т= 10…20К).

8. Коэффициент избытка воздуха , с учетом применения наддува высокого давления  =1,6

9. Коэффициент эффективности сгорания =0,85, т.к. используется неразделенная камера сгорания с обьемно-пленочным смесеобразованием (по рекомендации в учебнике).

10. Условная продолжительность сгорания =135 и показатель характера сгорания m=0,15 (для дизелей m = 0…1) –ориентировочные данные для данного двигателя.

11. Угол опережения воспламенения =25 град. п.к.в. по данным двигателя-прототипа Д-108

12. Средний показатель политропы сжатия принимается по зависимости:

=k-100/n=1,41-100/1070=1.317, где

k-средний показатель адиабаты процесса сжатия,для автотракторных двигателей k=1,41.

13. Давление перед впускными клапанами клапанами и понижение температуры в охладителе наддувочного воздуха .

Для бескомпрессорного двигателя  Д-108:

                                     =0,1013 Мпа;

 

14. Давление р_r остаточных  газов

р_r =0.108МПа.

15. Температура  остаточных  газов

 =750К.

16. Средний показатель политропы расширения =1.35

 

17. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

=0.27

18. Шаг расчета процесса сгорания град ПКВ

19. Шаг расчета процесса сжатия и расширения – 10 град.ПКВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Тепловой расчет.

5.1.Расчет процесса впуска.

 

Температура воздуха:

:

=293-0=293 К.

Давление рабочего тела в конце  впуска:

;

=0.086 МПа.

      Коэффициент остаточных  газов.

;

=0.037

      Температура рабочего  тела в конце впуска.

,

=309.3 К.

      Теоретически необходимое  количество воздуха в киломолях:

, кг*моль/кг,

0,491 кг*моль/кг.

       Удельный обьем  рабочего тела в конце впуска:

,

=1.032

 

5.2 Расчет процесса  сжатия.

      Процесс сжатия  принимаем политропным с показателем политропы , который задавался в исходных данных.

      Текущие давления (с шагом  град. п.к.в.).

0,086(1,032/ V) ,

где V-текущие значения удельного объема, определяемого по зависимости:

,

V= 0,0737+0,479

,

где - кинематическая функция перемещения поршня.

      Текущие температуры  вычисляются по формуле:

309,3(1,032

Таблица 1.

Результаты расчета процесса сгорания.

Угол альфа  град.п.к.в	Сигма	Обьем сжатия		Давление сжатия.		Температура сжатия
		Ручной расчет	ЭВМ	Ручной расчет	ЭВМ	Ручной расчет	ЭВМ
180	2	1,031	1,013	0,086	0,090	309,3	319,2
190	1,989	1,026	1,008	0,086	0,091	309,8	319,8
200	1,956	1,010	0,993	0,088	0,093	311,4	321,4
210	1,901	0,984	0,966	0,091	0,096	314,0	324,1
220	1,824	0,947	0,930	0,096	0,101	317,8	328,1
230	1,725	0,900	0,883	0,102	0,108	323,0	333,5
240	1,605	0,842	0,827	0,112	0,118	329,9	340,6
250	1,467	0,776	0,761	0,125	0,132	338,5	349,6
260	1,312	0,702	0,687	0,142	0,151	349,4	361,0
270	1,141	0,620	0,608	0,168	0,177	363,5	375,4
280	0,963	0,534	0,524	0,204	0,216	381,1	393,5
290	0,783	0,448	0,439	0,258	0,272	402,9	416,2
300	0,605	0,363	0,356	0,340	0,359	430,7	444,8
310	0,439	0,283	0,278	0,472	0,496	466,1	481,0
320	0,291	0,213	0,209	0,687	0,723	510,0	526,6
330	0,168	0,154	0,151	1,053	1,106	565,2	583,3

 

Удельная работа политропного процесса сжатия вычисляется по формуле:

МДж./кг,

где , - удельный объем рабочего тела и удельное давление рабочего тела в конце сжатия.

(0,086*1,032-1,319*0,1298)/(1,317-1)=-0,26МДж/кг.

 

 

5.3 Расчет процесса  сгорания.

      При этом расчете  определяют величины давлений  и температур рабочего тела  в процессе сгорания в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Расчет выполняется с учетом угла опережения воспламенения и закономерности выгорания топлива.

      Общая удельная  использованная теплота сгорания  для дизелей:

МДж./кг ,

0,85*42,5/(1+0,037)1,6*14,07=1,547МДж/кг

     Максимальное значение химического коэффициента молекулярного изменения для дизеля:

,

=1+(0,13/4+0,01/32)1,6*0,491=1,025.

    

     Максимальное значение  действительного коэффициента молекулярного  изменения:

,

1,025+0,037/1+0,037=1,024.

      Расчет текущих величин давления и температуры при сгорании ведется по элементарным участкам 1-2 с шагом .

      Давление в конце  участка 1-2:

,МПа

       Температура в  конце участка 1-2:

,К,

где - удельный объем рабочего тела в начале участка.

      - удельный объем рабочего тела в конце участка.

   -давление в начале участка.

      K-фактор теплоемкости,

 

      -доля выгоревшего топлива в начале участка.

-доля выгоревшего топлива  в конце участка. Определяется  по уравнению выгорания Вибе  И.И.

Таблица 2.

Расчет процесса сгорания.

 

1	2	3	4	5	6	7	8
Фи	альфа	V2	KV2	V1	KV2-V1	KV1-V2	P1
5	340	0,108	0,146	0,1298	0,016	0,068	1,319
10	345	0,093	0,123	0,108	0,015	0,049	2,504
15	350	0,081	0,105	0,093	0,012	0,040	3,908
20	355	0,075	0,096	0,081	0,015	0,029	5,415
25	360	0,072	0,092	0,075	0,017	0,024	6,761
30	365	0,075	0,096	0,072	0,024	0,017	7,616
35	370	0,081	0,103	0,075	0,028	0,014	7,770
40	375	0,093	0,118	0,081	0,037	0,010	7,281
45	380	0,108	0,137	0,093	0,044	0,010	6,403
50	385	0,128	0,163	0,108	0,055	0,009	5,411
55	390	0,151	0,192	0,128	0,064	0,012	4,478
60	395	0,179	0,228	0,151	0,077	0,013	3,679
65	400	0,209	0,266	0,179	0,087	0,019	3,027
70	405	0,242	0,308	0,209	0,099	0,024	2,507
75	410	0,278	0,354	0,242	0,112	0,030	2,096
80	415	0,316	0,403	0,278	0,125	0,039	1,771
85	420	0,356	0,455	0,316	0,139	0,048	1,512
90	425	0,397	0,508	0,356	0,152	0,058	1,306
95	430	0,439	0,562	0,397	0,165	0,069	1,140
100	435	0,481	0,616	0,439	0,177	0,081	1,005
105	440	0,524	0,672	0,481	0,191	0,093	0,895
110	445	0,566	0,727	0,524	0,203	0,107	0,805
115	450	0,608	0,781	0,566	0,215	0,119	0,729
120	455	0,648	0,833	0,608	0,225	0,134	0,667
125	460	0,687	0,884	0,648	0,236	0,147	2,504
130	465	0,725	0,934	0,687	0,247	0,160	3,908
135	470	0,761	0,981	0,725	0,256	0,174	5,415