Определение основных параметров двигателя
Оглавление
Введение…………………………………………………………………………………..3
Задание на проект………………………………………………………………………...4
1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания………………………………….5
1.1 Определение общих показателей характеризующих работу двигателя в целом..9
1.2 Определение эффективных показателей двигателя……………………………....10
1.3 Тепловой баланс двигателя………………………………………………………...11
1.4 Определение основных размеров двигателя……………………………………...13
Перечень использованной литературы………………………………………………..15
Введение
Целью курсовой работы является систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса дисциплины « Тракторы и автомобили» а также при выполнении практических и лабораторных работ; освоение методики и получение практических навыков теплового и динамического расчета автомобильного (тракторного) двигателя.
Приведенная в настоящем курсовом проекте последовательность расчета двигателя базируется на известных методиках, изложенных в литературе.
Основными задачами курсовой работы являются:
– получение практики применения теоретических знаний для решений задач проектирования с использованием литературных источников;
– развитие творческих способностей и инициативы при решении инженерных задач в области двигателестроения;
– привитие навыков обоснованного принятия инженерных решений на основании анализа и критической оценки параметров и конструктивных особенностей существующих двигателей.
– обретение навыков владения компьютером для выполнения инженерных задач.
Задание на проект
З А Д А Н И Е № _19__
Протопип ___Д-240____
Ne ; кВТ ______50______
n ___________2000_____
____________15______
i ____________4_______
Дизель Д-240 |
Pr =0,108 , МПа |
Tr = 825, К |
Pa = , Мпа |
= 1,55 |
= 0,76 |
n2 = 1,2 |
Р0 =0,1033 , МПа |
Т0 = 288, К |
1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания
Задачей теплового расчета является определение индикаторных и эффективных показателей, построение индикаторной диаграммы, определение составляющих теплового баланса и основных размеров двигателя.
а) Процесс впуска
Давление, или коэффициент наполнения и температура в конце впуска двигателей без наддува:
Ра=h(-1)РоТо`+РrТо/То, МПа ( 1)
Ра=0,84х(15-1)х0,1033х300+0,108х288/15х288=0,09 МПа.
То` = То+ Т, ( 2 )
То` =288+12=300 К .
где Т -температура подогрева свежего заряда, для дизельных двигателей
10-400.
Та=Ра/h(-1)Ро/То+Рr/Тr, К ( 3 )
Та=0,09х15/0,84х0,1033(15-1)/288+0,108/825=321 К.
б) Процесс сжатия
Давление (МПа) и температура (К) в конце сжатия:
Рс= Ра n1 ( 4 )
Рс=0,09х151,35 =3,48 МПа
Тс= Та n1-1 ( 5 )
Тс=321х151,35-1 =828 К
Средний показатель политропы сжатия n1 зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов.
Показатель пилотропы сжатия n1 определяем из соотношения
n1 =1.41-100/n ( 6 )
n1 =1.41-100/2000=1.36
в) Процесс сгорания
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:
lо=1/0,23(8/3С+8/1Н-От), ( 7 )
lо=1/0,23(8/3х0,87+8/1х0,126-0,004)=14,4.
Это же количество в молях:
Lo=lo/28.96, моль ( 8 )
Lo=14.4/28.96=0.49 моль
где 0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха; µв мольная масса воздуха (28,9 кмоль).
Действительное количество свежего заряда в молях, поступившее в двига- тель для сгорания 1 кг топлива (кмоль):
М1= Lo, кмоль ( 9 )
М1=1,55х0,49=0,76 кмоль
Коэффициент остаточных газов для карбюраторных двигателей и двигателей без наддува:
Yr=PrTo/PoTr(-1)h ( 10 )
Yr=0.108х288/825х0,1033х(15-1)х0,84=0,031
Число молей остаточных газов:
Mr= Yr M1 ( 11 )
Mr=0.031х0,76=0,024 кмоль
Число молей газа, находящегося в цилиндре двигателя в конце сжатия
(кмоль):
Mc= M1+ Mr, кмоль ( 12 )
Мс=0,76+0,024=0,78 кмоль
Число молей продуктов сгорания (кмоль):
М2= М1+ Н2/4 + О2/32+0,21Lo(1- ) , кмоль ( 13 )
М2= 0,76+0,126/4+0,004/32=0,79 кмоль
Число молей продуктов сгорания и остаточных газов (кмоль):
Mz= М2+ Мr, кмоль ( 14 )
Mz= 0,79+0,024 =0,82 кмоль
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
µ=Мz/Mc ( 15 )
µ=0.82/0.78=1.05
Теплоемкость свежепоступившего заряда (рабочей смеси или воздуха)
Cvc = 20,76+ 1,74х10-3Тc, кДж/кмоль град ( 16 )
Cvc = 20,76+1,74х10-3х828 =35,2 кДж/кмоль.град
Теплоемкость продуктов сгорания :
Cpz = (8,32 + (20,112+ 0,922/) + (13,83/+ 15,55)10-4 . Tz, кмоль.град (17 )
Температура Tzв конце сгорания, определяется из уравнения сгорания:
(Сvc+8,32)Тс+Hu103/ М1(1+Yr)= µ Cpz Tz ( 18 )
В эти уравнение входят две неизвестные величины Cpz и Tz, для его решения подставляется значение Cpz по уравнению, выраженное через Tz. Тогда выражение приводится к квадратному уравнению относительно Tzвида:
АТz 2+ВТz+С=0 ( 19 )
Откуда :
Тz ( 20 )
где для дизельного топлива с составом: С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004 низшая теплота сгорания Нu = 42437 кДж/кг.
Cpz = (8,32 +(20,112+ 0,922/1,55)+(13,83/1,55+15,55)х10-4х1029=54,1 , кмоль.град
Давление в конце сгорания (МПа):
Рz=Рс ( 21 )
Рz=1,6х3,48=5,7 МПа г) Процесс расширения. Давление (МПа) и температура (К) в конце расширения: Рв=Рz.n2 , МПа ( 22 ) Тв=Тz/n2-1 , К ( 23 ) где / = – степень последующего расширения, - степень предварительного расширения для дизельных двигателей: = 1,2 –1,7. =15/1,5=10. Рв=5,7/101,2=0,36 МПа Тв=1029/100,2=651 К 1.1 Определение общих показателей характеризующих работу двигателя в целом Среднее индикаторное давление нескругленной диаграммы : Рi`=(Рс/(-1))((-1)+/n2-1(1-1/n2-1)-1/n-1(1-1/n1-1)) ,МПа ( 24 ) Рi`=(3,48/15-1)х(1,6х(15-1)+1,6х1,5/1,2-1х(1-1/101,2-1)х(1-1/151,36-1))=0,89 МПа Среднее индикаторное давление действительного цикла: Рi=vРi`-(Рr-Pa) ,МПа ( 25 ) Рi=0,93х0,89-(0,108-0,09)=0,81 МПа где v– коэффициент скругления индикаторной диаграммы 0,92–0,95. Среднее эффективное давление Ре=Рiм , МПа ( 26 ) Ре=0,81х0,75=0,6 МПа Индикаторная мощность Ni =Pi Vh z n /120 кВт ( 27 ) Ni =0.81х1,18х4х2000 /120 =63,7 кВт где Vh– рабочий объем одного цилиндра, л ; z – число цилиндров; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1. Индикаторный коэффициент полезного действия i=loPi/Huv ( 28 ) i=1,55х14,4х0,81/42,5х0,85х1,189=0,42 Эффективный коэффициент полезного действия: е=i m ( 29 ) e=0,42х0,75=0,32 1.2 Определение эффективных показателей двигателя Средняя эффективность давления: Ре=Рi m , МПа ( 30 ) Ре=0,81х0,75=0,6 МПа Эффективный удельный и часовой расход топлива: ge=3600/Hu e , г/квт.ч ( 31 ) ge=3600/42,5х0,32=264 г/квт.ч GT=ge Ne/1000 , кг/ч ( 32 ) GT=264х50/1000=13,2 кг/ч |
Тепловой баланс двигателя
Распределение тепла, выделяемого при сгорании, происходит на следующие составляющие:
Qт = Qe + Qr + Qост + Qох , кДж/с ( 33 )
где Qт – тепло, выделенное при сгорании топлива;
Qе – тепло, превращенное в эффективную работу Qe=Qт е ;
Qг – тепло, теряемое с отработавшими газами, в котором средние молекулярные теплоемкости продуктов сгорания и свежего заряда при постоянном давлении определяются следующим образом:
Qт= GT Hu/3600 , кДж/с ( 34 )
Qт=13,2х42437/3600=155,6 кДж/с
Qe=155,6х0,32=49,9 кДж/с
Qr=Gт/3600(М2СprTr`-М1СроТо) , кДж/с ( 35 )
Сpr=8,32+(20,112+(0,922/)+(13,83/)+15,5)10-4Тr`, кДж/кмоль град ( 36 )
где температура газов (К) в выхлопной трубе Тr` = (0,90 – 0,92) Trи средняя мо-лекулярная теплоемкость свежего заряда при постоянном давлении
Tr`=0,90х825=742 К
Сpr=8,32+(20,112+(0,922/1,55)+(13,83/1,55)+15,5)10-4х742=41,8 кДж/кмоль град
Сро=8,32+(20,76+1,74х10-3хТо) , кДж/кмоль град ( 37 )
Сро=8,32+(20,76+1,74х10-3х288=34 кДж/кмоль град
Qr=13.2/3600(0,79х41,8х742-0,76х34х288)=61,4 кДж/с
Qост – тепло неучтенных тепловых потерь Qост = 0,1Qт.
Qост=0,1х155,6=15,56 кДж/с
Qох – тепло, отведенное в систему охлаждения двигателя определяем
Qох=Qт - (Qe+Qr+Qост), кДж/с (38 )
Qох=155,6-(49,9+61,4+15,56)=28,8 кДж/с
Составляющие теплового баланса выражаются в процентах
qт=100% ;
qe=Qe/Qтх100; ( 39 )
qе=49,9/155,6х100=32
qr=Qr/Qтх100; ( 40 )
qr=61,4/155,6х100=39,1
qох=Qох/Qrх100; ( 41 )
qох=28,8/155,6х100=18,5
Определение основных параметров двигателя
Литраж двигателя
Vл =30 Ne /( Pe n) , л ( 42 )
Vл =30х4х50/(0,63х2000) =4,7 литра
Рабочий объем одного цилиндра
Vh =Vл / z ,л ( 43 )
Vh =4,7 /4 =1,2 литра
Диаметр цилиндра
D=2 103 , мм ( 44 )
D=2 103 =110 мм
где -тактность двигателя, z-число цилиндров, Vh –рабочий объем цилиндров,
S- ход поршня.
Уточненные параметры и показатели двигателя.
- площадь поршня
Fп = D2 /(4 100) , см2 ( 45 )
Fп = 3,14х1102 /(4х100) =94,9 см2
-литраж
Vл = D2 S z / (4 106 ) , л ( 46 )
Vл = 3,14х1102х125х4 / (4х106) =1,89 л.
-мощность
Ne =Pe Vл n /30 , кВт ( 47 )
Ne =0,63х1,89х2000 /30х4 =19,8 кВт.
-литровая мощность
Nл = Ne / Vл , кВт/л ( 48 )
Nл = 19,8 /1,89 =10,4 кВт /л.
-крутящий момент
Me = 9554 Ne /n , Нм ( 49 )
Me = 9554х19,8 /2000 =94,5 Нм.
-часовой расход топлива
Gт = Ne ge10-3 , кг/ч ( 50 )
Gт = 19,8х212х10-3 =41,9 кг/ч.