52. Уравнение теплового баланса

В абсолютных величинах уравнение теплового баланса имеет следующий вид

,

где Q — общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом за определенный отрезок времени; Q_e — количество теплоты, перешедшее в эффективную работу; Q_охл — количество теплоты, передаваемое охлаждающей жидкости; Q_м — количество теплоты, передаваемое в смазочный материал; Q_газ — потери теплоты в отработавших газах; Q_нс — потери теплоты вследствие неполноты сгорания топлива; Q_ост — остаточные потери теплоты, не учтенные остальными составляющими теплового баланса.

Общее количество теплоты Q определяется по низшей теплотворной способности топлива Н_u и его часовому расходу G_т:

.

Количество полезно используемой теплоты, эквивалентное эффективной работе двигателя за 1 ч, определяется по формуле

.

Потери теплоты в охлаждающей жидкости определяются по формуле

,

где с_охл — теплоемкость охлаждающей жидкости; G_охл — расход охлаждающей жидкости; t_вых и t_вх — температуры охлаждающей жидкости на выходе и входе системы охлаждения соответственно.

Потери теплоты в смазочном материале определяются при наличии на двигателе масляного радиатора, в противном случае Q_м включают в остаточные потери теплоты. Потери в смазочном материале определяются аналогично Q_охл.

Потери теплоты в отработавших газах определяются по упрощенной формуле, предположив, что количество газов G_газ равно сумме количеств поступившего воздуха G_в и топлива G_т:

,

где с_р — средняя теплоемкость отработавших газов при постоянном давлении; t_г — температура отработавших газов; t₀ — температура окружающей среды.

Потери вследствие неполноты сгорания топлива определяются только для карбюраторного двигателя при коэффициенте избытка воздуха α< 1:

.

Остаточные потери теплоты определяют следующим образом:

На величину Q_ост влияют погрешности при определении составляющих теплового баланса. Кроме того, к остаточным потерям теплоты относят: теплоту, передаваемую наружной поверхностью двигателя; теплоту, соответствующую кинетической энергии отработавших газов; теплоту лучеиспускания; теплоту, эквивалентную работе трения.

Теплоту Q_охл и Q_м используют при расчете систем охлаждения, смазочного материала и наддува.

По величине Q_нс можно судить о степени неполноты сгорания и определить пути повышения теплоиспользования.

Количество теплоты по составляющим теплового баланса подсчитывают в кДж за единицу времени. Однако наиболее распространено составление теплового баланса в относительных величинах. где каждая составляющая выражена в процентах к введенному количеству теплоты с топливом. В этом случае уравнение теплового баланса имеет вид:

,

где q_е = (Q_e/Q) • 100; q_охл = (Q_охл/Q) • 100; q_M = (Q_м/Q) • 100 и т. д.

В табл. 1 приведены средние значения составляющих теплового баланса. Данные таблицы свидетельствуют, что основные тепловые потери — это потери в охлаждающей жидкости и в отработавших газах.

Таблица 1. Процентное соотношение составляющих теплового баланса, %

Двигатель	qе	qохл	Qгаз	Qнс	Qост
Карбюраторный	20-48	13-27	35-50	0-45	3-8
Дизель: без наддува с наддувом	30-43 35-45	17-35 12-25	25-45 25-40	0-5 0-5	2-5 2-5

Одним из способов использования тепловых потерь является применение турбонаддува, где нагнетатель приводится в действие за счет энергии отработавших газов.