4. Внешний тепловой баланс двигателя

По окончании расчета рабочего процесса двигателя может быть составлен ориентировочный тепловой баланс, дающий представление о распределении тепла, полученного при сгорании топлива. Тепловой баланс представляется в виде:

(43)

(44)

где Q_o – располагаемое тепло определяем по формуле:

(45)

Располагаемое тепло Q_o равно:

q₀=100%_.

Q_e – полезно используемое тепло, определяется по формулам:

(46)

(47)

Q_охл – потери тепла на охлаждение.

Последнюю величину можно определить только при испытаниях двигателя. При составлении расчетного теплового баланса в данном курсовом проек те Q_охл вместе с Q_ост будем определять как остаточный член теплового баланса, т.е.:

(48)

Потери тепла с выхлопными газами находим по формулам:

(49)

(50)

где М_вых – расход выхлопных газов, рассчитываем по формуле:

(51)

где _п – коэффициент продувки. Для 4-тактных двигателей _п =1,05…1,2. Для нашего двигателя принимаем равное 1,15.

– средняя мольная теплоемкость смеси выхлопных газов и продувочного воздуха, определяем по формуле:

(52)

Для определения средней мольной смеси выхлопных газов и продувочного воздуха необходимо определить удельные теплоемкости выхлопных газов и продувочного определяются по формулам (20) – (25) для соответствующих температур T_К и . Температуру смеси выхлопных газов и продувочного воздуха T_r находим из предположения, что при истечении газов из цилиндра в выхлопной коллектор происходит политропическое расширение с условным пока зателем политропы m = 1,3…1,35. Принимаем m равной 1,3. В этом случае температура выхлопных газов определяется из выражения:

(53)

а температура смеси:

(54)

Для определения температуры смеси T_Г необходимо найти по (52), но для начала, как было указана выше, необходимо найти неизвестные (20) – (25), но для других температур

Полученные значения подставляем в (54) и находим температуру смеси:

При наличии турбокомпрессора необходимо учесть тепло выхлопных газов, полезно используемое в газовой турбине. Поэтому для двигателей с газотурбинным наддувом:

(55)

где N_тк – мощность, потребляемая турбокомпрессором:

(56)

где _ткм – механический кпд турбокомпрессора, равный 0,97…0,99; принимаем равный 0,99;

R_о – газовая постоянная для воздуха; R_о = 287.

G_в – секундный расход воздуха через двигатель:

(57)

Потери тепла на излучение в окружающую среду по опытным данным не превышают 2…3% от располагаемого тепла, т.е:

Остаточный член теплового баланса Q_ост характеризует неучтенные потери тепла:

– часть тепла, соответствующую работе трения (за вычетом доли тепла трения, отданной охлаждающей воде и маслу);

– количество тепла, соответствующее кинетической энергии выхлопных газов (если она не используется в импульсной турбине турбокомпрессора);

– другие неучтенные потери теплоты и погрешности расчета.