Файл: 1. Тепловой расчет двигателя.doc

«Тепловой расчет ДВС»

Содержание
Исходные данные 3

1. Тепловой расчет двигателя 4

2. Основные параметры двигателя 15

3. Построение индикаторных диаграмм 17

Список используемой литературы 21

Исходные данные

1. 
   Мощность двигателя, N_e = 86 кВт;
   
2. 
   Частота вращения коленчатого вала, n_N = 5700 об/мин;
   
3. 
   Тактность двигателя, τ = 4;
   
4. 
   Количество цилиндров, i = 4;
   

5. Степень сжатия, ε = 9,2;

6. 
   Тип охлаждения – жидкостное.
   

Режимы для проведения теплового расчета:

а) режим минимальной частоты вращения n_min = 1000об./мин.

б) режим максимального крутящего момента n_M =0,53n_N = 2968 об./мин.

в) режим максимальной (номинальной) мощности n_N = 6000об./мин.

г) режим максимальной скорости движения автомобиля

n_max = 1.05n_N = 6300 об./мин.
Подбор аналогов

Величина				Проектируемый двигатель
Ne, кВт				86/4/6000
Ме, Н*м				136,2/6000
ε				10,3
Vл, л				1,9
D/S				88/78
Nл = Nе/Vл				45,1

1. Тепловой расчет двигателя

Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 9,2 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

---

С = 0,855; Н = 0,145; m_т = 115 кг/кмоль.

Определим низшую теплоту сгорания топлива

Н_u = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.
Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива

кмоль возд/кг топл.

кмоль

возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основных режимах

(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения α = 0,86.

Количество горючей смеси.

кмоль гор.см./кг. топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5



кмольСО₂/кгтопл.

кмольСО/кгтопл.

кмольН₂О/кгтопл.



кмольН₂/кгтопл.

кмольN₂/кгтопл.

Общее количество продуктов сгорания:

М₂ = М_СО2 + М_СО + М_Н2О + М_Н2 + М_N2 = C/12 + H/2 + 0,79αL₀ = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.
Результаты занесем в таблицу

Параметры	Рабочее тело; карбюраторный двигатель
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
α	0,86	0,96	0,96	0,96
М1 кмоль. гор.см./кг.топл.	0,4525	0,5041	0,5041	0,5041
МСО2 кмоль СО2/кг.топл.	0,0512	0,0655	0,0655	0,0655
МСО кмоль СО/кг.топл.	0,0200	0,0057	0,0057	0,0057
МН2О кмоль Н2О/кг.топл.	0,0625	0,0696	0,0696	0,0696
МН2 кмоль Н2/кг.топл.	0,0100	0,0029	0,0029	0,0029
МN2 кмоль N2/кг.топл.	0,3515	0,3923	0,3923	0,3923
М2 кмоль пр.сг/кг.топл.	0,4952	0,5361	0,5361	0,5361

---

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува

Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К
Температура остаточных газов.

(рис. 5.1 литература 1 принимаем).

При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К
Давление остаточных газов.

Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:

PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.
Процесс пуска.

Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ Т_N = 8ºС.
Плотность заряда на выпуске.

Ρ_r = Р_о *10⁶ / (R_BT_O) = 0,1*10⁶ / (287*293) = 1,189 кг / м³,

где R_B – 287 Дж / (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске.

При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β² + ξ_ВП = 2,8 и

ω_ВП = 95 м/с.

β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.

ξ_ВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.

ω_ВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.
Тогда ΔР_а на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:

ΔР_а = (β² + ξ_вп) А²_nn²ρ_о10^-6/2, где А_n = ω_вп / n_N

А_n = 95 / 6000 = 0,0158

ΔР_а = 2,8 * 0,0158² * 6000² * 1,189 * 10^-6 / 2 = 0,0150
Давление в конце пуска.

В карбюраторном двигателе при n_N = 6000 мин^-1.

Р_а = Р_о – ΔР_а = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.
Коэффициент остаточных газов.

При n_N = 6000 мин^-1.



φ_оч = 1 – коэффициент очистки.

---

φ_доз = 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.
Температура в конце впуска.

Т_а = (Т_о + ΔТ + γ_r * T_r) / (1 + γ_r) ₌ (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329
Коэффициент наполнения.


Результаты вычислений занесем в таблицу.

параметры	Процесс впуска и газообмена
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
α	0,86	0,96	0,96	0,96
Тr , K	900	1010	1070	1080
Pr , Mpa	0,1039	0,1076	0,118	0,1195
ΔT , ºC	22,29	16	8	7,14
ΔPa , Mpa	0,0004	0,0043	0,0150	0,0166
Pa , Mpa	0,0996	0,0957	0,085	0,0834
φ , доз	0,95	1,025	1,12	1,13
γ	0,0418	0,0365	0,0385	0,0390
Та , К	339	334	329	329
ηv	0,8699	0,9207	0,9255	0,8939

Процесс сжатия.

При ε = 10,3 и Т_а = 329 К, n_N = 6000 мин^-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к₁ = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n₁ = 1,37.
Давление в колнце сжатия.

При n_N = 6000 мин^-1

Р_с = Р_аεⁿ = 0,085*10,3^1,376 = 2,1036 Мпа.
Температура в конце сжатия.

Т_с = Т_аε^n-1 = 329*10,3^1,376-1 = 792 К.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.

а) свежей смеси (воздуха)

---

20,6 + 2,638 * 10^-3 * t_c , где t_c = Т_с - 273 ºС

20,6 + 2,638 * 10^-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).

б) остаточных газов

определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при n_N = 6000 мин^-1 , α = 0,96 и t_c = 519 ºС.

(m ) = 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).

(m ) = 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).

(m ) = 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).

в) рабочей смеси

кДж/(кмоль град).

(m ) = кДж/(кмоль град).
Результаты вычислений заносим в таблицу.

параметры	Процесс сжатия
n, мин-1	1000	3200	6000	6300
к1	1,3751	1,3757	1,3765	1,3766
n 1	1,370	1,373	1,376	1,376
Рс , МПа	2,4309	2,3532	2,1036	2,0655
Тс , ºК	803	796	792	792
tc , ºС	530	523	519	519
(m. cv)to	21,998	21,980	21,969	21,968
(m )to	24,169	24,141	24,122	24,121
(m )to	22,085	22,056	22,049	22,049

---