Расчет рабочих процессов двигателя

Расчет рабочих процессов двигателя

Анализ действительных коэффициентов молекулярного изменения рабочей смеси с учетом наличия в цилиндре остаточных газов. Расчет объема камеры сгорания, процесса наполнения, расширения, параметров сжатия рабочего тела, построение индикаторной диаграммы.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

“БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА”

Кафедра “Тепловозы и тепловые двигатели”

по дисциплине «Термодинамика и транспортные двигатели»

Разработал студент Сухопаров С.И.

Доцент Цихелашвили Е.В.

1. Расчет объема камеры сгорания

2. Расчет процесса наполнения

1. Расчет объема камеры сгорания

Объем камеры сгорания

Vh = 0,0066·0,092 =0,00061 м 3

2. Расчет процесса наполнения

Давление в цилиндре в конце процесса наполнения для четырехтактных ДВС без наддува можно ориентировочно принять:

Для стандартных атмосферных условий Ро = 0,101 МПа.

Ра = 0,9 0,101=0,0909 МПа

Температура заряда в конце процесса наполнения

Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле

Объем цилиндра в точках «а» и «b» индикаторной диаграммы:

Vа = Vв = 0,000036 + 0,00061=0,000646 м 3 ;

3. Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре

Давление и температура в конце сжатия

4. Расчет процесса сгорания

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле

Средние значения для дизельного топлива

Количество свежего заряда в цилиндре, кмоль, приходящаяся на 1 кг топлива:

Для дизельных двигателей количество свежего заряда в цилиндре определяется по формуле:

Общее количество продуктов сгорания на один кг топлива:

Химический коэффициент молекулярного изменения рабочего тела:

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси с учетом наличия в цилиндре остаточных газов

Максимальная температура газов в процессе сгорания определяется из уравнения сгорания.

Уравнение сгорания для дизелей имеет вид

Для дизельных двигателей по заданному значению Рz определяется степень повышения давления в цилиндре

Подставляя полученные значения величин в уравнения сгорания, получаем уравнение с двумя неизвестными: максимальной температурой сгорания Тz и теплоемкости продуктов сгорания mcv ” при этой же температуре.

После подстановки в уравнение сгорания известных параметров в виде числовых значений и последующих преобразований оно превращается в квадратное уравнение

Тогда решение уравнения имеет вид

Для дизелей теоретическое максимальное давление цикла определяется по формуле

5. Расчет процесса расширения

Степень предварительного расширения

Объем цилиндра в точке Z

Степень последующего расширения

Давление и температура в цилиндре в конце процесса расширения

для дизельных двигателей n2 = 1,27.

6. Расчет индикаторных показателей работы двигателя

После определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Средним индикаторным давлением Рi называют отношение работы газов за цикл Li к рабочему объему Vh четырехтактного двигателя.

Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизелей

Среднее индикаторное давление действительного цикла для четырехтактного двигателя

Для дизелей п = 0,94.

Индикаторный коэффициент полезного действия i характеризует степень совершенства рабочего процесса в двигателе и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, к теплоте сгорания топлива

Удельный индикаторный расход топлива г/квт.ч определяется по формуле

Читайте также:  Почему большие обороты двигателя

Индикаторная мощность двигателя, кВт

— коэффициент тактности двигателя, для 4-х тактных ДВС = 4,

7. Расчет эффективных показателей работы двигателя

Эффективные показатели характеризуют двигатели в целом, так как учитывают не только потери теплоты но и механические потери в двигателе. Для их определения вначале находят среднее давление механических потерь:

Рм = 0,103 + 0,012·11,3 = 0,24 МПа;

Среднее эффективное давление определяется по формуле

Механический КПД двигателя

Эффективный КПД двигателя

Удельный эффективный расход топлива, г/кВт.ч

Эффективная мощность двигателя, кВт

Nе = 218,2 · 11,08 = 2417,6 кВт.

молекулярный сгорание индикаторный газ

8. Построение индикаторной диаграммы

Далее необходимо определить координаты промежуточных точек политроп сжатия «а»-«с» и расширения «z»-«b». Для этого выразим значение давлений Р этих политроп при заданном текущем объеме V.

Расчет политропы сжатия

Расчет политропы расширения

— отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, ;

— угол поворота коленчатого вала, град.

Расчет политропных процессов расширения и сжатия выполнены в таблице 1.

Источник

МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект имеет своей целью закрепление теоретических сведе­ний, полученных студентами при изучении курса Судовых ДВС. При выпол­нении курсового проекта студент должен научиться самостоятельно оцени­вать различные параметры, характеризующие работу дизеля, и усвоить кон­кретные пути проектирования двигателя.

Выполнение проекта дизеля невозможно без четкого и ясного пони­мания материала теоретического курса и конструкции дизеля.

Курсовой проект, состоящий из расчетно-пояснительной записки и графической части, выполняется в следующем объеме:

1. Расчет рабочего цикла дизеля (конструктивный или поверочный); построение индикаторной диаграммы;

2. Динамический расчет с построением диаграмм нормальных, касательных и радиальных уси­лий;

3. Расчет газообмена дизеля;

4. Расчет на прочность коленчатого вала дизеля;

5. Основные правила техники безопасности при конструировании и обслуживании дизеля.

Графическая часть состоит из одного листа попереч­ного разреза дизеля на формате А1. Чертеж выполняется в соответствия с ГОСТ и в заданном масштабе. Записка должна содержать обоснования и необходимые расчеты по проектируемому дизелю. Изложение записки должно быть технически грамотным, четким и сжатым. Выбор ис­ходных данных для расчета параметров должен быть обоснован ссылками на источники. Записку по расчёту следует оформлять в той же последователь­ности, в какой изложена методика. Указываются порядковый номер пункта и его наименование, после чего приводится расчётная формула с последующей записью цифровых значений параметров, входящих в неё. Записка выполня­ется на листах формата А4, причем текст пишется на одной стороне. Записка обязательно бро­шюруется.

Исходными данными в задании на курсовой проект в зависимости от вида расчета рабочего цикла являются:

1. Прототип двигателя;

2. Диаметр цилиндра и ход поршня;

3. Частота вращения коленчатого вала;

5. Максимальное давление сгорания;

6. Давление наддувочного воздуха;

7. Температура окружающей среды;

9. Средняя скорость поршня;

10. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра.

В списке литературы, приведенном в конце указаний, даны как учеб­ники по курсу судовых двигателей внутреннего сгорания и их эксплуатации, так и книги, содержащие описание конструкций и характеристик дизелей, необходимых для расчетов.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

Цель расчета рабочего цикла – определение основных параметров рабочего процесса дизеля.

Читайте также:  Ремонт двигателя сузуки h20a

Расчетный цикл базируется на относительно простом, но достаточно точном методе теплового расчета В.И.Гриневецкого – Е.К.Мазинга, разработанном в 1907 году в МВТУ им. Баумана, который позволяет определить расчетные значения параметров рабочего тела в характерных точках цикла, энергетические и экономические показатели работы двигателя.

Расчетный цикл представляет собой совокупность пяти последовательно протекающих процессов: наполнение, сжатие, сгорание топлива, сгорание-расширение и выпуск. Основные расчетные формулы для каждого из перечисленных процессов получаются совместным решением уравнения состояния идеального газа, уравнений баланса энергии и массы. Процесс выпуска и его влияние на процесс наполнения в рамках данного метода расчета не рассматриваются.

Расчет рабочего цикла заканчивается определением индикаторных показателей двигателя кроме мощности. Эффективные и геометрические характеристики двигателя от расчетного цикла не зависят. В этом заключается один из главных качественных недостатков метода В.И.Гриневецкого – Е.К.Мазинга, а именно, отсутствие зависимости между параметрами рабочего цикла и скоростью поршня.

Рис. 1.1. Диаграмма расчетного цикла

Обозначения на рисунке

— рабочий объем цилиндра;

— объем камеры сгорания (камеры сжатия);

— объем цилиндра в конце видимого сгорания;

— объем цилиндра в начале сжатия (в конце расширения);

давление в цилиндре в начале сжатия;

— давление в цилиндре в конце сжатия;

— максимальное давление в цилиндре (давление сгорания);

— давление в цилиндре в конце расширения.

Для двухтактных дизелей введены следующие понятия

— потерянная доля хода поршня на процессы газообмена из-за наличия продувочных (выпускных) окон;

— потерянная часть хода поршня на процессы газообмена.

Эти же понятия можно рассматривать применительно к объему

Исходные данные

Выбор исходных данных кроме указанных в задании на курсовой проект, выполняется по технической документации и литературным источникам. Исходные данные рекомендуется записать в виде таблицы (таблица 1.1) с цифровыми значениями.

Таблиця 1.1 – Исходные данные для расчета рабочего процесса дизеля

Обозначение Наименование Ед. изм. Числ. знач.
Давление окружающей среды МПа
Давление наддувочного воздуха МПа
Максимальное давление сгорания МПа
Температура окружающей среды К
Температура остаточних газов К
Снижение температуры наддувочного воздуха в ОНВ К
Подогрев воздуха от стенок цилиндра К
Доля массы углерода в 1 кг топлива
Доля массы водорода в 1 кг топлива
Доля массы кислорода в 1 кг топлива
Доля массы серы в 1 кг топлива
Низшая теплота сгорания топлива кДж/кг

Продолжение таблицы 1.1

Расчетные уравнения

1.2.1. Давление начала сжатия, МПа

,

где: – давление наддувочного воздуха, МПа,

– коэффициент, учитывающий снижение давления воздушного заряда в цилиндре двигателя в начале сжатия из-за сопротивления во впускных органах (продувочных окнах).

1.2.2. Температура воздуха в продувочном ресивере, К

где: и – давление и температура воздуха в МКО, К;

– показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре ГТН, принимается от 1,45 до 1,6 – для поршневых компрессоров и от 1,7 до 1,8 – для центробежных компрессоров;

– снижение температуры наддувочного воздуха в охладителе наддувочного воздуха (ОНВ) после компрессора, выбирается так, чтобы

К и К,

где — температура точки росы для условий в МКО, К, рассчитывается по формуле, приведенной в ПТЭ судовых дизелей [11],

Читайте также:  Оптимальные обороты двигателя sqr477f

где — температура воздуха в машинном отделении, 0 С;

— относительная влажность воздуха в машинном отделении, % ;

1.2.3. Температура воздушного заряда цилиндра к началу сжатия, К

,

где: — степень подогрева воздушного заряда от стенок цилиндра, К;

— коэффициент остаточных газов;

— температура остаточных газов, К, принимается от 650 до 700 К;

1.2.4. Коэффициент наполнения, отнесенный к полезному ходу поршня

,

где — действительная степень сжатия.

1.2.5. Коэффициент наполнения, отнесенный к полному ходу поршня

,

где — потеря рабочего хода в долях от хода поршня.

1.2.6. Средний показатель кажущейся адиабаты сжатия

Уравнение решается методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимаем . Решение найдено, если , где – погрешность вычисления показателя .

1.2.7. Температура воздушного заряда в конце сжатия, К

Должно быть ,

где – температура самовоспламенения топлива, указывается в сертификате на топливо, К.

1.2.8. Давление в конце сжатия, МПа

1.2.9. Теплоемкость воздуха в конце сжатия, кДж/(кмоль∙ К)

1.2.10. Действительное количество воздуха, участвующее при сгорании 1 кг топлива, кмоль/кг топлива

,

где : – коэффициент избытка воздуха при сгорании;

– количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива, кмоль /кгтоплива ;

, , и – доли углерода, водорода, серы и кислорода в 1 кг топлива (принимаются для выбранного сорта топлива).

1.2.11. Теоретический коэффициент молекулярного изменения

1.2.12. Доля топлива, сгоревшего в т. z

1.2.13. Действительный коэффициент молекулярного изменения в т. z

1.2.14. Действительный коэффициент молекулярного изменения в конце сгорания с учетом догорания

1.2.15. Коэффициенты уравнений теплоемкости продуктов сгорания

в конце видимого сгорания ;

, кДж/(кмоль∙ К)

, кДж/кмоль

в конце расширения

, кДж/(кмоль∙ К)

, кДж/кмоль

1.2.16. Степень повышения давления при сгорании

1.2.17. Решение уравнения сгорания

где где низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; необходимо рассчитать по формуле /12/ после обоснования выбора сорта (марки) топлива.

Уравнение решается методом последовательных приближений, причем в качестве первого приближения принимаем = 2000 К. Решение найдено, если

,

где — погрешность вычисления температуры.

1.2.18. Степень предварительного расширения

1.2.19. Степень последующего расширения

1.2.20. Решение уравнений процесса догорания и расширения

(1.1)

, (1.2)

где — показатель политропы расширения;

— температура газов в конце расширения, К;

Система уравнений решена, если

1.2.21. Давление в конце расширения, МПа

.

Индикаторные и эффективные показатели цикла

1.2.22. Среднее индикаторное давление расчётного цикла, отнесенное к полезному ходу поршня, МПа

1.2.23. Среднее индикаторное давление, отнесенное к полному ходу поршня, МПа

где — коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

1.2.24. Среднее эффективное давление, МПа

,

1.2.25. Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт∙ час)

1.2.26. Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт∙ час)

1.2.27. Индикаторный КПД дизеля

1.2.28. Эффективный КПД дизеля

Конструктивные характеристики двигателя

1.2.29. Диаметр цилиндра, м

,

Так как средняя скорость поршня , то

.

После определения D и S их необходимо округлить до значений в миллиметрах, оканчивающихся на цифры «0» или «5».

1.2.32. Эффективная мощность дизеля, кВт

Если расчетные параметры рабочего процесса двигателя по сравнению с данными прототипа признаны не удовлетворительными, то необходимо откорректировать исходные данные и повторить расчет.

Источник