Тепловой расчет двигателя

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 наземном транспорте 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.:







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 S к 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.