Тепловой расчет двигателя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

 высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

Контрольная работа

ПО  ДИСЦИПЛИНЕ: Транспортная энергетика

 

 

 

Выполнил: Студент    2  курса

Факультет заочного обучения

Специальность: 190700.62.03

Шифр: Группа:

                 

                                                                                             Руководитель:

                                                                                             Дата защиты__________________

                                                                                             Оценка _______________________

                                                                                             Подпись руководителя__________

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

Оглавление

Задание на контрольную работу

Произвести тепловой расчет четырехтактного бензинового двигателя. Двигатель четырех цилиндровый, рядный. Номинальная мощность 65 кВт. Частота оборотов коленчатого вала  5800 об/мин. Степень сжатия 9. Коэффициент избытка воздуха 0,95.

Введение.

 

В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования дизелей, улучшение топливной экономичности и снижение удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей.

Теория двигателей внутреннего сгорания основана на использовании термодинамических зависимостей и приближения их к действительным условиям путем учета реальных факторов. Поэтому глубокое изучение теоретических циклов, основанное на знании термодинамики, является необходимым условием успешного изучения процессов, происходящих в цилиндрах реальных автомобильных и тракторных двигателей.

 

                               ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

Тепловой расчет производится для одного скоростного режима (номинального). Исходными данными для расчета  являются:

• номинальная эффективная мощность Ne = 65 кВт;
• частота вращения коленчатого вала n = 5800 об./мин;
• степень сжатия e = 9;
• число цилиндров i = 4;
• коэффициент избытка воздуха a = 0,95.

1. Топливо

Средний элементарный состав бензинового топлива:

С = 0,855; Н = 0,145; О = 0.

Молекулярная масса топлива:

mT = 120 кг/кмоль.

1. Низшая теплота сгорания топлива

 кДж/кг

2. Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

 кмоль воздуха/кг топлива

 кг воздуха/кг топлива

Количество свежего заряда:

 кмоль св.зар/кг топлива

Общее количество продуктов сгорания:

 кмоль пр.сгорания/кг топлива

3. Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление окружающей среды:

P0 = 0,1 мПа.

Температура окружающей среды:

T0 = 293 К.

Температура остаточных газов:

Tr = 1100 K;

Давление остаточных газов:

Pr = (1.05...1.25)×P0 = 1,25×0,1=0,125 мПа.

2. Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда:

DТ = 20°С.

Плотность заряда на впуске:

 кг/м3

 

Потери давления на впуске в двигателе:

 мПа

где:

(b2 + xвп) = 3 – коэффициент сопротивления впускного тракта,

w вп = 90 – скорость потока в проходном сечении клапана.

Приняты в соответствии со скоростным режимом двигателей и с учётом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе.

Давление в конце впуска:

 мПа

Коэффициент остаточных газов:

 

Температура в конце впуска:

 К

Коэффициент наполнения:

 

3. Процесс сжатия

Показатель политропы сжатия:

n1 = 1,35;

Давление и температура в конце сжатия:

 мПа

 К

4. Процесс сгорания

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

 

Теплота сгорания рабочей смеси:

 кДж/кмоль

где кДж/кг – количество теплоты, потерянной вследствие неполноты сгорания топлива;

Мольная теплоемкость свежего заряда:

 кДж/кмольград

Уравнение сгорания:

 

где:

= 0,85 –  коэффициент использования  теплоты

 кДж/кмоль×град – мольная изохорная теплоемкость продуктов сгорания

Для определения температуры конца сгорания Tz приводим уравнение сгорания путем подстановки в него зависимостей для теплоемкости к виду

, откуда:

 К

Степень повышения давления:

 

Максимальное давление сгорания:

 МПа

5. Процесс расширения

Показатель политропы расширения:

n2=1,25

Давление и температура в конце расширения:

 МПа

 К

6. Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление:

 МПа

Среднее индикаторное давление:

 МПа

где:

j = 0,95 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Индикаторный КПД:

 

Индикаторный удельный расход топлива:

 г/кВт×ч

7. Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь:

 МПа

где:

= 0,039 – числовая константа;

b = 0,0132 – числовая константа;

= 14 м/с – средняя скорость  поршня (предварительно принята  с учетом частоты вращения  коленчатого вала).

Среднее эффективное давление:

 МПа

Механический КПД:

 

Эффективный КПД:

 

Эффективный удельный расход топлива:

 г/кВт×ч

8. Определение размеров цилиндра

Рабочий объем цилиндра:

 л

Диаметр цилиндра:

 мм

где S/D принимаем:

S/D=0,9

Ход поршня:

 мм

Проверка величины средней скорости поршня:

 м/с

Ошибка:

- что не допустимо.

Производим перерасчет по уточненным параметрам.

Среднее давление механических потерь:

 МПа

где,

= 0,039 – числовая константа;

b = 0,0132 – числовая константа;

Среднее эффективное давление:

 МПа

Механический КПД:

 

Эффективный КПД:

 

Эффективный удельный расход топлива:

 г/кВт×ч

По уточненным значениям S и D определяются:

- рабочий объем цилиндра:

 

- эффективная мощность двигателя:

 кВт

9. Построение индикаторной диаграммы

Масштабы:

MS = 1 мм/мм;

MP = 0,05 МПа/мм.

Предварительно определяем положение характерных точек:

 мм

 мм

Для построения политроп сжатия (a - c) и расширения (z - b) используем уравнения:

- сжатия

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

- расширения

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа

где Sx – любые промежуточные значения хода поршня.

Расчеты в табличной форме.

Форма 1

Sx, мм	Sa /Sx	Px1 , МПа	Px2 , МПа
10	8,8	1,612	10,806
20	4,4	0,633	4,544
30	2,93	0,366	2,737
40	2,2	0,248	1,910
50	1,76	0,183	1,445
60	1,47	0,144	1,150
70	1,26	0,117	0,950
80	1,1	0,097	0,803
88	1	0,0856	0,713

Определяем действительное максимальное давление сгорания:

 МПа

 

 

 

 

10. Построение внешней скоростной характеристики

Скоростная характеристика строится по эмпирическим зависимостям в диапазоне частоты вращения коленчатого вала от nmin до n, где:

n = 5800 об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала.

nmin = 800 об/мин – минимальная частота вращения коленчатого вала.

Определяются следующие параметры:

1. Эффективная мощность:

  кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 

 

2. Удельный эффективный расход  топлива:

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 г/кВтч

 

 

 

3. Эффективный крутящий момент:

 Н×м

 Н×м

Н×м

 Н×м

 Н×м

 Н×м

 Н×м

 Н×м

 Н×м

 Н×м

 Н×м

 Н×м

 

 

 

 

4. Часовой расход топлива:

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

 кг/ч

Расчеты в табличной форме.

Форма 2

nx	nx/n	(nx/n)2				GTx
об/мин.	-	-	кВт	г/кВт×ч	Н×м	кг/ч
800	0,138	0,019	9,855	332,409	117,695	3,277
1000	0,172	0,029	12,547	322,690	119,815	4,050
1500	0,258	0,066	18,755	301,800	119,398	5,661
2000	0,344	0,119	26,895	285,959	128,414	7,690
2500	0,431	0,185	34,275	273,842	130,920	9,384
3000	0,517	0,267	41,245	267,152	131,287	11,017
3500	0,603	0,363	47,721	264,880	130,200	12,640
4000	0,690	0,476	53,462	267,594	127,631	14,306
4500	0,776	0,602	58,144	274,788	123,385	15,976
5000	0,862	0,743	61,562	286,717	117,574	17,650
5500	0,948	0,899	63,469	303,378	110,197	19,255
5800	1	1	63,823	315,559	105,080	20,139