Тепловой расчет и тепловой баланс дизеля

Автор: Пользователь скрыл имя, 26 Сентября 2011 в 18:38, реферат

Описание работы

Произвести расчет бескомпрессорного четырехтактного дизеля, предназначенного для грузового автомобиля. Дизель шестицилиндровый (i = 6) со струйным в неразделенной камере сгорания смесеобразованием, частатой коленчатого вала при максимальной мощности n = 1200 об/мин и степенью сжатия ε = 15,5. Расчет выполнить для дизеля без наддува с эффективной мощностью Ne = 184кВт.

Работа содержит 1 файл

Тепловой расчет и тепловой баланс дизеля .doc

— 207.50 Кб (Скачать)

Тепловой  расчет и тепловой баланс дизеля.

     Произвести  расчет бескомпрессорного четырехтактного  дизеля, предназначенного для грузового  автомобиля. Дизель шестицилиндровый (i = 6) со струйным в неразделенной  камере сгорания смесеобразованием, частатой коленчатого вала при максимальной мощности n = 1200 об/мин и степенью сжатия ε = 15,5. Расчет выполнить для дизеля без наддува с эффективной мощностью Ne = 184кВт.  

Тепловой  расчет

     Топливо. В соответствии с ГОСТ 305 – 73 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях – марки Л и для работы в зимних условиях – марки З). Цетановое число топлива – не менее 45.

        Средний элементарный состав  дизельного топлива 

С = 0,870; Н = 0,126; О = 0,004. 

      Низшая  теплота сгорания топлива 

Нu = 33,91С + 125,60Н – 10,89(О – S) – 2,51(9Н + W) = 33,91·0,87 + 125,60·0,126 – 10,89·0,004 -02,51·9·0,126 = 42,44 МДж/кг = 42440 кДж/кг. 

      Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое  количество воздуха для сгорания 1 кг топлива 

L0 =

кмоль возд/кг топл; 

l0 =

кг возд/кг топл. 

Коэффициент избытка воздуха. Уменьшение коэффициента избытка воздуха α до возможных  пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйным смесеобразованием устойчиво работают на номинальном режиме без существенного перегрева при α = 1,4 ÷ 1,5. в связи с этим можно принять: α = 1,4 – для дизеля без наддува.

      Количество  свежего заряда: 

     при  α = 1,4  М1 = α L0 = 1,4·0,5 = 0,7 кмоль св. зар/кг топл.

Количество отдельных  компонентов продуктов сгорания 

     МСО2 = С/12 = 0,87/12 = 0,0725 кмоль СО2/кг топл;

     МН2О = Н/2 = 0,126/2 = 0,063 кмоль Н2О/кг топл. 

    При α = 1,4 МО2 =  0,208(α – 1) L0 = 0,208(1,4 – 1)0,5 = 0,0416 кмоль О2/кг топл;

     МN2 = 0,792 α L0 = 0,792·1,4·0,5 = 0,5544 кмоль N2/кг топл. 

     Общее количество продуктов сгорания

    При α = 1,4МСО2 + МН2О + МО2 + МN2 = 0,0725 + 0,063 + 0,0416 + 0,5544 = 0,7315 кмоль пр. сг/ кг топл. 

      Параметры окружающей среды  и остаточные газы. Атмосферные условия

     р0 = 0,1 МПа; Т0 = 293 К. 

     Давление  окружающей среды для дизелей:

     рк = р0 = 0,1 МПа;

     Температура окружающей среды для дизелей:

     Тк = Т0 = 293 К. 

      Температура и давление остаточных газов. Достаточно высокое значение ε = 17 дизеля без  наддува снижает температуру  и давление остаточных газов, а повышенная частота вращения коленчатого вала несколько увеличивает значения Tr и pr. При наддуве температурный режим двигателя повышается и увеличивает значения Tr и pr. Поэтому можно принят для дизелей: Tr = 750К, pr = 1,05·р0 = 1,05·0,1  = 0,105 МПа. 

      Процесс впуска. Температура перегрева свежего заряда. Рассчитываемый двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле без наддува может достигать ≈ 15 – 200С.

Поэтому принимаем для дизелей: без наддува  ΔТ = 200С.

      Плотность заряда в пуске 

     рк = рк ·106/(287·293) = 1,189 кг/м3; 

     Потери  давления на впуске в двигателе:

    Δра = (β2 + ξвп)·ω2вп ·рк·10-6/2 = 2,7·702·1,189·10-6/2 = 0,008 МПа. 

      Давление  в конце вруска

    ра = 0,1 – 0,008 = 0,092 МПа. 

     Коэффициент остаточных газов

     γr = . 

      Температура в конце впуска

    Та = (Тк + ΔТ+ γr Тr)/(1 + γr) = (293   + 20 + 0,033·750)/(1 +

    + 0,033) = 337,75К. 

      Коэффициент наполнения

    ηV = Тк (ε ра – рr)/[( Тк + ΔТ)·( ε – 1) рк ] = 293(15,5·0,092 –

    - 0,105)/ [(293 + 20)·(15,5 – 1)0,1] = 0,852. 

      Процесс сжатия. Средние показатели адиабаты и политропы сжатия. При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме.

а) для  дизеля при ε = 15,5 и Тα = 326 К

 n1 ≈ k1 = 1,368. 

      Давление  и температура  в конце сжатия

     рc = paεn1 = 0,092·15,51,37 = 3,931 МПа, Тс  = Та εn1-1 = 326*15,51,37-1 = 899 К.

      Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

     а) воздуха ( mcV)tcto = 20,6 +2,638·10-3tc:

     для дизеля (mcV)tcto = 20,6 +2,638·10-3·626 = 22,251 кДж/(кмоль*град),

где tc = Тс  - 273 = 899 – 273 = 6260С.

     б) остаточных газов (определяется по таблице 8 методом интерполяции);

     для дизеля при α = 1,4 и tc = 6260С

     (mc''V) tcto = 24,236 кДж/(кмоль*град);

     в) рабочей смеси

     (mc'V) tcto = [1/(1+ γr )][(mcV) tcto + γr (mc''V) tcto] == [1/(1+ 0,033)][22,251 +0,032·24,236] = 22,313 кДж/(кмоль*град). 

      Процесс сгорания. Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси в дизелях:

      µ0 = М21 = 0,7315/0,7 = 1,045.

      Коэффициент молекулярного изменения рабочей  смеси в дизелях:

      µ = (µ0 + γr )/(1 + γr ) = (1,045 + 0,033)/(1 + 0,033) = 1,043.

      Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях:

      Нраб.см = Нu /[M1(1 + γr )] = 42440/[0,7(1 + 0,033)] = 58692 кДж/моль раб.·cм.

      Средняя мольная теплоемкость продуктов  сгорания в дизелях:

 (mc''V) tzto = (1/ М2)[MCO2(mc''V CO2) tzto +MH2O(mc''V H2O) tzto + MO2(mc''V O2) tzto + MN2(mc''V N2) tzto] = (1/0,7315)[0,0725(39,123 + 0,003349tz) + 0,063(26,67 + 0,004438 tz) + 0,0416(23,723 + 0,00155tz) + 0,5544(21,951 + 0,001457tz)] = 24,160 + 0,00191tz. 

      Коэффициент использования теплоты для современных  дизелей с неразделенными камерами сгорания и хорошо организованной струйным смесеобразованием можно принять для двигателя без наддува ξZ = 0,82.

      Степень повышения давления в дизеле, в  основном, зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно – шатунного механизма целесообразно  иметь максимальное давление сгорания не выше 11 – 12МПа. В связи с этим целесообразно принять для дизеля бех наддува λ = 2,0.

      Температура в конце видимого процесса сгорания

ξZ Нраб.см + [(mc'V) tcto + 8,315 λ]tc + 2270(λ - µ) = µ(mc''P) tzto tZ = 0,82·58692 + [22,313 + 8,315·2]626 + 2270(2,0 – 1,043) = 1,043(32,475 + 0,00191 tZ)tZ  или 0,002tZ2 + 33,87 tZ – 74678,13 = 0, откуда

tZ = 1974,60С; 

Тz = tZ + 273 = 2247,6 К. 

      Максимальное  давление сгорания для дизелей:

      рz = λpc = 2,0·3,931= 7,862 МПа.

      Степень предварительного расширения для дизелей:

      ρ = µТz /(λ Тс) = 1,043·2247,6/(2,0·899) = 1,303. 

      Процесс расширения. Степень последующего расширения для дизелей:

δ = ε/ρ = 15,5/1,303 = 11,89.

      Средние показатели адиабаты и политропы  расширения для дизелей выбираются следующим образом. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения, с учетом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения. Который определяется по номограмме. Для дизелей без наддува при δ = 11,89; Тz = 2247,6 и α = 1,4 к2 = 1,274, а n2 принимаем равным 1,260.

      Давление  и температура в конце расширения для дизелей:

     pb = pzn2 = 7,862/11,891,26 = 0,347 МПа;               

     Тb = Тzn2-1 = 2247,6/11,891,26-1 = 1219,25 К.

     Проверка  ранее принятой температуры остаточных газов для дизелей:

     Тr = Tb / = 794 К;

     Δ = 100(794,42 – 750)/794,42 = 5,5 %, что допустимо. 

Индикаторные  параметры рабочего цикла. Теоретическое среднее индикаторное давление.

     

      МПа;

     Среднее индикаторное давление для дизелей:

      =0,95·0,973=0,924 МПа;

     Индикаторный  к.п.д. для дизелей 

      =0,924·14,452·1,4/42,44·1,189·0,852=0,43;

     Индикаторный  удельный расход топлива для дизелей:

      =3600/42,44·0,43=197,26 г/кВт·ч;

Эффективные показатели двигателя.  Среднее давление механических потерь.

       МПа, где средняя скорость  поршня предварительно принята   м/с.

      Среднее эффективное давление и механический к.п.д. для дизелей:

       МПа,;

     Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива для дизелей:

     

      =3600/42,44·0,32=265 г/кВт·ч

     Основные параметры цилиндра и двигателя. Литраж двигателя

   =30·4·184/0,725·1200=25,37 л;

     Рабочий объем цилиндра

      =25,37/6=4,22 л;

     Диаметр и ход поршня дизеля, как правило, выполняются с отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D≥1. однако уменьшение S/D для дизеля, так же  как карбюраторного двигателя, снижает скорость поршня и повышает . В связи с этим целесообразно принять S/D=1.

      = мм;

Окончательно принимаем S=D=180;

По окончательно принятым значениям D и S определяются основные параметры и показатели двигателя:

      =3,14·1802·180·6/4·106=27,469 л;

      =3,14·1802/4=25434 мм2=254,34 см2;

      =180·1200/3·104=7,2 м/с

Для дизеля

      =0,725·27,469·1200/30·4=199,1кВт;

      =3·104·199,1/3,14·1200=1585 Н·м;

    =199,1·0,265=52,76 кг/ч; 
    =199,1/25,37=7,84 кВт/дм3;

Тепловой  баланс

     Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом для дизелей:

Информация о работе Тепловой расчет и тепловой баланс дизеля