|
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
1. Эфендиев А.М. – «Тепловые двигатели и нагнетатели», метод. указания, Саратов 2006 г.
2. Архангельский В.М. – «Автомобильные двигатели», М.: Машиностроение, 1977 г.
3. Нигматулин И.Н. – «Тепловые двигатели», М.: Высш. школа, 1974 г.
|