РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ

12
Далее ⇒

Расчет рабочего цикла

Судовых ДВС

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению контрольной работы

По дисциплине

«Судовые двигатели внутреннего сгорания

и их эксплуатация»

Для студентов специальности7.100302

«Эксплуатация судовых энергетических установок»

Дневной и заочной форм обучения

Севастополь

УДК

Расчет рабочего цикла судовых ДВС. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» для студентов специальности 7.100302 «Эксплуатация судовых энергетических установок» дневной и заочной форм обучения/ Сост. Г.В. Гоголев, П.П. Борисенко, В.А. Очеретяный–Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2009. – 16 с.

Цель методических указаний: оказать помощь студентам при расчете рабочего цикла СДВС и построении теоретической и индикаторной диаграммы.

Методические указания утверждены на заседании кафедры ЭМСС, протокол № 7 от 17.02.2009 г.

Рецензент: С.Н. Ефремов, канд. техн. наук, доцент кафедры ЭМСС.

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

Содержание

Введение …………………………………………………..

1. Расчет рабочего цикла двигателя …………………..

2. Расчет энергетического баланса газотурбинного наддува комбинированного дизеля ………………...

3. Расчет эффективных показателей комбинированного двигателя ……………………………………….

4. Расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы ……………………………………………

Библиографический список ……………………………...

Введение

Расчет рабочего цикла базируется на классическом методе теплового расчета, разработанного профессором В.И. Гринивецким и развитым в последующем советскими учеными Мазингом Е.К., Брилингом Н.Р., Орлиным А.С. и Стечкиным Б.С.

Метод теплового расчета основан на общеизвестных положениях термодинамики и термохимии, достаточно полно охватывает сущность тепловых явлений, происходящих в рабочем цилиндре, и представляет собой инженерное аналитическое исследование. На его основе можно:

- количественно оценить эти явления как при проектировании, так и при исследовании построенного двигателя;

- дать представление об основных параметрах цикла и факторах, влияющих на процессы рабочего цикла;

- определить расчетные значения параметров состояния рабочего тела в характерных точках расчетного цикла, а также эффективные показатели, характеризующие работу двигателя в целом.

Метод обеспечивает удовлетворительную для практики точность расчетов, несмотря на то, что протекающий в двигателе цикл описывается простейшими термодинамическими процессами и вводится ряд опытных коэффициентов, оценивающих реальные условия протекания рабочих процессов в двигателе.

РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ

Расчет осуществляется в табличной форме. Рекомендации по выбору исходных данных и различных коэффициентов даны в таблице 1.1, а также могут быть взяты из литературы [1, 2].

При расчете максимальной температуры сгорания Т_z (пункт 12 таблицы 1.4) следует подставить в уравнение сгорания топлива зависимости для и решить его методом последовательных приближений, задаваясь температурой Т_z в диапазонах: 1700…1900 К для МОД;

1800…2000 К для СОД и ВОД.

Средний показатель политропы расширения n₂ определяется при совместном решении уравнений в пунктах 5 и 6 таблицы 1.5 методом последовательных приближений, задаваясь значениями температуры Т_в=900…1200 К. Средние значения показателя политропы лежат в диапазоне: n₂ =1,2…1,3 для МОД и СОД с охлаждаемыми поршнями; n₂ =1,1…1,25 для ВОД с неохлаждаемыми поршнями.

Таблица 1.1 – Исходные данные

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель

5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20

1. Эффективная мощность N_e кВт Задано

2. Частота вращения n 1/мин

3. Давление окружающей среды Р₀ МПа 0,103 0,103

4. Температура окружающей среды Т₀ К

5. Давление наддува р_к МПа р_к=(0,15…0,20)р_е (4-х тактн.) р_к=(0,18…0,20)р_е (2-х тактн.) 0,315 0,17

6. Коэффициент избытка воздуха для сгорания α Выбрано α=1,5…2,7 (для МОД α=1,8…2,7; для СОД α=1,6…2,2) 2,7 1,9

7. Коэффициент продувки φ_α для 4-х тактных φ_α=1,05…1,35 для 2-х тактных φ_α=1,25…1,80 1,4 1,15

8. Коэффициент остаточных газов γ_r для 4-х тактных γ_r=0,01…0,04 для 2-х тактных с прямоточной схемой газообмена γ_r=0,02…0,09 для 2-х тактных с контурными схемами газообмена γ_r=0,01…0,14 0,03 0,04

9. Коэффициент использования тепла в точке z ξ_z МОД и СОД ξ_z=0,75…0,92 ВОД ξ_z=0,7…0,85 0,90 0,75

10. Коэффициент использования тепла в точке b ξ_b МОД и СОД ξ_b=0,85…0,99 ВОД ξ_b=0,85…0,95 0,98 0,9

11. Степень сжатия ε для МОД ε=11…15 для СОД ε=12…16 для ВОД ε=15…18

12. Степень повышения давления сгорания λ λ=1,1…1,5 1,12 1,5

13. Подогрев заряда от стенок цилиндра ΔТ_а К для 2-х тактных ΔТ_а=5…10 К для 4-х тактных ΔТ_а=5…20 К

14. Доля хода поршня, потерянная на продувку ψ_а ψ=0,04…0,25 для прямоточно-клапанной схемы газообмена ψ=0,04…0,13 для контурных схем 0,10 -

Продолжение таблицы 1.1.

15. Плотность топлива при 15 °С r₁₅ кг/м³ Выбираем из таблицы показатели принятого топлива [4]

16. Коэффициент скругления индика-торной диаграммы ζ ζ=0,95…0,98 0,95 0,96

17. Механический КПД двигателя η_м η_м= 0,75…0,96 0,94 0,84

18. Адиабатный КПД компрессора η_к.ад принимаем η_к.ад= 0,75…0,84 0,82 0,75

19. Потеря давления в воздухо-охладителе Δр_охл МПа для 2-х тактных 0,003…0,007 для 4-х тактных 0,001…0,003 0,005 0,004

20. Снижение температуры в воздухоохладителе ΔТ_охл К д.б. Т_S£310 К принимаем ΔТ_охл = 25…140

21. Температура остаточных газов Т_r К Для МОД Т_r=550…650 К Для СОД Т_r=650…800 К Для ВОД Т_r=750…900 К

22. Массовый состав топлива кг/кг принимаем в пределах C=0,84…0,88; H=0,11…0,14; S=0,001…0,045; О=0,001…0,03 =0…0,002 C=0,877 H=0,12 S=0,002 О=0,001 C=0,87 H=0,126 О=0,004

23. Низшая теплотворная способность топлива Q_н кДж/кг

24. Показатель политропы сжатия в компрессоре n_к n_к=1,5…2,0 1,7 1,6

Таблица 1.2. – Расчет процесса наполнения

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель

5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20

1. Температура воздуха за компрессором Т_к К

2. Температура воздуха перед двигателем Т_s К Т_к - ∆Т_охл

Продолжение таблицы 1.2.

3. Температура заряда к концу наполнения Т_а К

4. Давление воздуха перед двигателем р_s МПа р_к- ∆р_охл 0,31 0,165

5.Давление заряда к концу процесса наполнения р_а МПа (0,97…0,98)·р_s 0,296 0,160

6. Коэффициент наполнения η_н (ДН) (ЧН) 0,844 0,892

Таблица 1.3 - Расчет процесса сжатия

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель

5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20

1. Средняя мольная изохорная теплоемкость воздуха кДж/ (моль∙К) 19,26+0,0025Т

2. Средняя мольная изохорная теплоемкость чистых продуктов сгорания кДж/ (моль∙К) 20,47+0,0036Т

3. Теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов на ходе сжатия кДж/ (моль∙К) = =a_vc+b_cT 19,251+ 0,0025·Т 19,262+ 0,002534·Т

4. Средний показатель политропы сжатия n₁ 1,368 1,369

5. Давление в конце сжатия р_с МПа 12,04 5,95

6. Температура в конце сжатия Т_с К

Таблица 1.4 –Расчет процесса сгорания

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель

5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20

1. Теоретически необходимое мольное количество воздуха для cго-рания 1 кг топлива L₀

2. Действительное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива L кмоль/ кг a·L₀ 1,312 0,941

3. Химический коэффициент молекулярного изменения β₀ 1,0234 1,0337

4. Действительный коэффициент молекулярного изменения β 1,0221 1,033

5. Доля топлива, сгоревшая в точке z x_z ξ_z/ξ_b 0,918 0,843

6. Коэффициент молекулярного изменения в точке z β_z 1,0211 1,0274

7. Приращение объема продуктов сгорания ∆М

8. Коэффициент m

9. Изобарная теплоемкость

10. Средняя мольная изохорная теплоемкость рабочего тела в точке z кДж/ (кмоль∙К) 19,76+ 0,0029·Т 19,82+ 0,00293∙Т

11. Средняя мольная изохорная теплоемкость рабочего тела в точке b кДж/ (кмоль∙К) 19,87+ 0,003·Т 19,94+ 0,00323∙Т

Продолжение таблицы 1.4.

12. Максимальная температура сгорания T_z К

13. Максимальное давление сгорания p_z МПа 13,52 8,92

Таблица 1.5– Расчет процесса расширения

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель

5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20

1. Степень предварительного расширения ρ 1,63 1,36

2. Степень последующего расширения δ 9,16 10,3

3. Коэффициент А А=

4. Коэффициент В В=

5. Средний показатель политропы расширения n₂ Определяется при совместном решении уравнений пунктов 5 и 6 1,276 1,232

6. Температура в конце процесса расширения T_b К

7. Давление в конце процесса расширения p_b МПа 0,804 0,538

Таблица 1.6 – Определение индикаторных показателей

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель

5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20

8. Теоретическое среднее индикаторное давление МПа 1,76 1,17

9. Действительное среднее индикаторное давление МПа Для 2-х тактных (ДН) Для 4-х тактных (ЧН) 1,53 1,12

10. Индикаторная мощность Для 2-х тактных z=1 Для 4-х тактных z=0,5

11. Индикаторный удельный расход топлива кг× (кВт∙ч) 0,162 0,192

12. Индикаторный КПД 0,507 0,444

Таблица 1.7 – Определение эффективных показателей

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель

5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20

1. Среднее эффективное давление МПа 1,44 0,96

2. Удельный эффективный расход топлива кг/ (кВт∙ч) 0,173 0,230

3. Эффективный КПД двигателя 0,477 0,381

12
Далее ⇒