2. Тепловой расчет дизеля пример расчета дизеля

Произвести расчет четырехтактного дизеля, предназначенного для гусеничного трактора. Дизель четырехцилиндровый (i = 4) c неразделенными камерами сгорания, объемным смесеобразованием, частотой вращения коленчатого вала при максимальной мощности n=1800 мин^-1 и степенью сжатия ε = 16,5. Дизель без наддува с эффективной мощностью N_e = 76 кВт. Давление окружающей среды p_о = 0,1 МПа, температура t = 27^оС.

Давление и температура остаточных газов

Давление остаточных газов

p_r= (1.05…1,15)p_о= (1,05…1,15) 0,1 = 1,05*0,1…1,15*0,1 =

=0,105…0,115 = 0.105 МПа

Температура остаточных газов T_r = 800^оК

Подогрев свежего заряда ΔТ = 0^оК.

Коэффициент избытка воздуха α = 1,5.

Дизельное топливо принимаем: в летних условиях - марки Л, в зимних – З. Цетановое число топлива – не менее 45.

Средний элементный состав дизельного топлива

С = 0,87; Н = 0,125; О = 0,005.

Молекулярная масса топлива μ_т= 190 кг/кмоль.

Низшая удельная теплота сгорания топлива Q_н = 42500 кДж/кг.

Показатели политроп сжатия и расширения n₁ = 1.38; n₂ = 1.23.

Коэффициент использования тепла ξ = 0,8.

Степень повышения давления λ = 1,6.

Процесс впуска

1. Давление в конце впуска

p_a = p_o- Δp_a= 0.1 – 0.015 = 0.085 МПа,

где Δp_a – потери давления вследствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

Потери давления по уравнению Бернулли

Δp_a = (β² + ξ_вп) ρ^*10^-6 = 3,2 1,16^*10^-6 = 0,015 МПа

где ρ – плотность заряда: ρ = 1,16 кг/м³

В дизеле без наддува потери давления находятся в пределах

[Δр_а = (0,03…0,18)р_о = 0,03*0,1…0,18*0,1 = 0,003…0,018 МПа]

2. Коэффициент остаточных газов

Где Т₀ = t ⁰C + 273 = 27 + 273 = 300 ⁰K

[Дизели без наддува γ_r = 0,03…0,06]

3. Температура в конце впуска

[Дизель без наддува Т_а = 310…350 ⁰К]

4. Коэффициент наполнения

[Для дизелей с неразделенными камерами сгорания η_V = 0.78…0.94]

Процесс сжатия

1. Давление в конце сжатия

p_c = p_aέⁿ₁ = 0.085^*16.5^1.38 = 4.07 МПа

[Дизель без наддува p_c = 3.5…5]

2. Температура в конце сжатия

T_c = T_aέⁿ₁^-1 = 314^.16*5^1.38-1 = 911⁰K

[Дизель без наддува T_c = 700…900⁰K]

Процесс сгорания

1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

,

где С, Н, О – массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;

0,21 – объемное содержание воздуха в кг воздуха.

2. Действительное количество молей свежего заряда

М₁ = М = άL_o = 1.5^. 0.493 = 0.74 кмоль/кг

3. Количество молей продуктов сгорания при ά > 1 (сгорание в дизелях)

4. Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

где

[Коэффициент β находится в пределах β = 1,03…1,05]

5. Температура и давление в конце видимого сгорания.

Температура в конце видимого сгорания T_z определяется из уравнения сгорания.

В общем виде уравнение сгорания имеет вид:

где ξ – коэффициент использования тепла:

Q_H – теплотворность топлива, кДж/кг;

μC_VC и μC_VZ – средние мольные теплоемкости при постоянном объеме соответственно рабочей смеси и продуктов сгорания.

Значения средних мольных теплоемкостей приближенно могут быть определены по выражениям:

для рабочей смеси

μC_VC = 20,129+0,002411T_c = 20.129+0.002411^. 911 = 22.325, кДж/кмоль⁰К

для продуктов сгорания в дизеле

μC_VZ = (20,097+0,921/ά)+(1,549+1,376/ά)^. 10^-3 T_z =

= (20.097+0.921/1.5)+(1.549+1.376/1.5) ^. 10^-3 T_z =

=20.711+0.0025T_z, кДж/кмоль⁰К

Подставляем значения теплоемкостей:

77064 = 21.539 T_z + 0.0026 T_z 2 + 8.65T_z

0.0026T_z² + 30.189T_z – 77064 = 0

и определяем температуру в конце видимого сгорания

[Дизель без наддува T_z = 1800…2300 ⁰К]

Давление в конце видимого сгорания

p_z = λp_c = 1.6*4.07 = 6.512 МПа

где λ = 1,6 – степень повышения давления.

[Дизель без наддува p_z = 5…10 МПа]

Степень предварительного расширения в дизеле находится по выражению

[Для выполненных конструкций дизелей ρ = 1,2…1,7]