МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Тюменский государственный нефтегазовый университет Институт транспорта
Кафедра сервиса автомобилей и технологических машин
Методические указания к контрольной работе
«РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ»
для студентов направления 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
Профили: «Сервис транспортно-технологических машин и оборудования (нефтегазодобычи)»; «Автомобили и автомобильное хозяйство»
Тюмень 2012 г.
Контрольная работа выполняется по расчету двигателя и включает следующие разделы:
Аналитический обзор (особенности конструкции двигателя–прототипа, обоснование исходных данных для расчета двигателя).
Тепловой расчет двигателя.
Построение индикаторной диаграммы рабочего цикла.
Построение скоростной характеристики проектируемого двигателя.
Контрольная работа выполняется на стандартных листах формата А4 (210297) мм в машинописном виде. Расчеты должны сопровождаться используемыми формулами с соответствующими пояснениями и указанием литературных источников. Индикаторная диаграмма представляется на миллиметровой бумаге формата А4 с определением индикаторного давления по результатам планиметрирования площади диаграммы.
Все расчеты и диаграммы представляются в виде пояснительной записки, объемом 20…25 страниц печатного текста.
Введение
Основными задачами при расчете двигателя являются:
а) определение его основных размеров --S/D,
где S – ход поршня; D – диаметр поршня;
б) построение эксплуатационной (скоростной) характеристики двигателя;
в) оценка топливно-экономических показателей двигателя.
Для этого производится тепловой, а также строится скоростная характеристика двигателя расчетным способом. Расчетным режимом является номинальная мощность и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.
1. Тепловой расчет двигателя
При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.
Исходными данными являются: Ре - мощность (номинальная),
nн - частота вращения (номинальная), - степень сжатия.
В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям. Причем, следует обратить внимание, что результаты расчета двигателя значительно зависят от совершенства оценки принятых коэффициентов, учитывающих особенности проектируемого двигателя. Порядок расчета следующий.
1.1.Процессы впуска и выпуска
а) Задаются значениями: Т0; р0; Тr; рr; Т; r.
Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+25=298 К; ро=0,1 МПа.
Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.
Для двигателей со свободным впуском:
рr=(1,05…1,20)ро,
для двигателей с высокой частотой вращения принимаются большие значения рr.
Для двигателей с газотурбинным наддувом:
рr=(0,75…0,95)рк,
давление наддувочного воздуха для существующих двигателей:
рк=(1,5…2,2)ро.
Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха , степени сжатия , частоты вращения коленчатого вала.
В существующих двигателях значения Тr соответствуют:
для бензиновых и газовых двигателей-----900…1100 К;
для дизелей------600…900 К.
Большие значения Тr выбираются для высокооборотных двигателей и низкой степенью сжатия.
Т-степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается в следующих пределах:
для
бензиновых и газовых двигателей----------10…30
,
для дизелей без наддува-------------------------- 10…20 ,
для двигателей с наддувом------------------------- 0…10 .
Коэффициент остаточных газов r принимается в следующих пределах:
для бензиновых и газовых двигателей-----0,06…0,12;
для дизелей без наддува и с наддувом-------0,03…0,06.
Для двигателей с высокой степенью сжатия принимаются меньшие значения r.
б) Температура воздуха за компрессором:
,
где
- показатель политропы сжатия в
компрессоре, принимается в пределах
1,4…2.
в) Давление в конце впуска ра принимается из следующего соотношения:
ра=рк - ра или ра =ро - ра.
Потери давления (ра) за счет сопротивления впускного тракта:
где к – коэффициент сопротивления впускного тракта (принимается в пределах 2,5…4,0); ωвп – скорость свежего заряда на впуске в сечении клапан-седло (принимается в пределах 50…130 м/с); ρк – плотность заряда на впуске:
,
Rв – удельная газовая постоянная для воздуха (Rв =287 Дж/кг. град).
У двигателей потери давления ра за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах:
для бензиновых и газовых двигателей--------(0,05…0,2)ро,
для дизелей без наддува--------------------------(0,03…0,18)ро,
для дизелей с наддувом---------------------------(0,03…0,1)рк.
г) Определяют величины Та и v (коэффициент наполнения) по следующим формулам:
(2)
Для двигателей без наддува в уравнениях (1) и (2) Тк =То; рк =ро.
Значения Та для современных двигателей находятся в пределах:
бензиновые и газовые двигатели – 320…380 К; дизели без наддува – 310…350 К;
дизели с наддувом – 320…400 К.
д) В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха определяют массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):
М1 = lо / 29; кмоль. (3)
lo = 14,5 кг. воздуха / кг. топлива – для дизеля;
lo = 15 кг. воздуха/ кг. топлива. – для бензинового двигателя.
Масса воздуха в кмолях: Lo =lo/29. (29 –масса 1 кмоль воздуха).
Для принятия значения необходимо учесть способ смесеобразования в соответствии с рекомендациями таблицы 1.
Таблица 1
Расчетные значения в зависимости от способа смесеобразования
Коэффиц. избытка воздуха |
Дизели |
Бензиновые и газовые двигатели |
|||||
Способ смесеобразования |
|||||||
Объемное |
Объемно-пленочное |
Пленочное |
С разделен. камерой сгорания |
С наддувом (для всех способов смесеобра зования) |
Карбюра-торные (газовые) |
Инжекторные |
|
|
1,4…1,6 |
1,3…1,4 |
1,15…1,2 |
1,2…1,25 |
1,7…2,0 |
0,9..0,95 (1,1..1,3) |
1,05 |