Методичка

КУРСОВА РОБОТА З КУРСУ «ДВИГУНИ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ»

ПЕРЕДМОВА

Курсова робота включає тепловий розрахунок дійсного циклу двигуна внутрішнього згоряння, його індикаторної, ефективної потужності та ККД, побудову зовнішньої швидкісної характеристики. Вихідні дані задаються викладачем.

Вихідні дані:

• тип двигуна;

• кількість циліндрів;

• номінальна потужність;

• номінальна частота обертання;

• ступінь стиску;

• склад палива;

• ступінь підвищення тиску (для ДВЗ з наддувом);

• зовнішні умови (Т₀ = 298 К, р₀ = 0,1 МПа (при відсутності інших вказівок у завданні)).

В роботі розраховуються та визначаються:

• паливо для двигуна;

• параметри повітря у процесі впуску;

• параметри повітря у процесі стиску;

• параметри процесу згоряння;

• параметри газів у процесі розширення;

• індикаторні показники: середній індикаторний тиск, індикаторний ККД, індикаторна потужність;

• питома індикаторна витрата палива;

• механічний ККД, ефективний ККД двигуна;

• питома ефективна витрата палива;

• геометричні характеристики циліндра та кривошипно-шатунного механізму;

• крутний момент, витрата палива на номінальному режимі;

• зовнішні швидкісні характеристики двигуна.

У дійсних вказівках викладено порядок теплового розрахунку сучасних двигунів внутрішнього згоряння, що дозволяє студентам самостійно зробити тепловий розрахунок ДВЗ і визначити основні розміри його кривошипно-шатунного механізму. Приступаючи до виконання цих розрахунків, студенти повинні вивчити відповідні розділи курсу за допомогою матеріалів тем курсу.

Для багатьох параметрів двигуна чисельні значення не приводяться, або дається орієнтовний діапазон їхніх можливих значень. Вибір таких параметрів для проектованого двигуна повинен здійснюватися студентом самостійно на основі рекомендацій для аналогічних конструкцій.

Результати теплового розрахунку представляються у вигляді розрахунково-пояснювальної записки, що оформлена відповідно до ГОСТ 2.104-68, ГОСТ 2.105-95, ГОСТ 2.106-68.

Записка повинна мати наступні обов’язкові структурні елементи:

• Титульний лист Скачати (31,0 Kb)

• Завдання Скачати (57,8 Kb)

• реферат;

• зміст;

• передмова

• основні розділи;

• висновки;

• перелік літератури;

• додатки (якщо є).

Титульний лист та завдання оформлюються за стандартними формами.

Реферат призначено для ознайомлення із запискою. Його оформлюють у визначеній формі: відомості про обсяг роботи у сторінках, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків, кількість літературних джерел. Далі йде текст, у якому виділяють наступні пункти:

• об’єкт роботи;

• мета роботи;

• результати роботи;

• рекомендації до використання.

У кінці реферату наводять ключові слова, які важливі для розкриття сутності роботи. Перелік включає 5-15 слів (словосполучень), які пишуться великими буквами через кому без переносів у іменному відмінку. Обсяг реферату — не більш за 2000 знаків. Він повинен вміщатися на одній сторінці.

Зміст вказує усі структурні елементи, що є у записці.

Передмова обумовлює значимість роботи і її результатів.

Висновки являють собою короткий опис результатів роботи і пропозиції щодо їх використання.

У додатках можливо розміщення графіків індикаторної діаграми і зовнішніх швидкісних характеристик. Втім, їх можливо розміщати і у відповідних розділах записки серед тексту.

1. Тепловий розрахунок двз

1.1 Визначення параметрів робочого тіла

Потрібно вибрати вид і марку палива відповідно за завдання.

Рідке паливо. Вибір типу рідкого палива робиться в залежності від типу двигуна, а марка визначається умовами експлуатації для дизелів (літнє, зимове чи арктичне дизельне паливо) і ступенем стиску для бензинових ДВЗ (показник — октанове число) (див. Додаток А).

Після попереднього вибору октанового числа (ОЧ) бензину в залежності від ступеня стиску остаточно приймається його марка, що обумовлена ДСТУ з ОЧ, що дорівнює чи вище обраного раніше.

Масовий зміст компонентів у паливі визначається його фракційним складом.

Скраплений нафтовий газ. У нашій країні випускають 2 марки скрапленого нафтового газу (СНГ) відповідно до ГОСТ 27578-87: ПБА (пропан-бутан автомобільний) і ПА (пропан автомобільний). ПБА застосовують у всіх кліматичних районах при температурі навколишнього повітря не нижче –20°C. ПА застосовують у зимовий період у тих кліматичних районах, де температура навколишнього повітря опускається нижче –20°C. Склад СНГ (в об’ємних частках) показаний у таблиці 1.

Таблиця 1 Склад скраплених нафтових газів
	ПБА	ПА
Пропан С3Н8	0,56	0,92
Бутан С4Н10	0,43	0,07
Етан С2Н6	0,01	0,01

Компримований природний газ (КПГ). Відповідно до ДСТУ ГОСТ 27577:2005, КПГ не має марок. Його склад (в об’ємних частках):

• метан СН₄ 0,95;

• азот N₂ 0,04;

• вуглекислий газ СО₂ 0,01.

Газодизелі працюють на компримованому природному газі. При цьому наприкінці такту стиску в камеру згоряння впорскується невелика кількість дизельного палива, що, самозаймаючись, запалює суміш. При розрахунку газодизеля необхідно враховувати наявність і газового, і дизельного палива.

Для рідких палив найнижчу теплоту згоряння палива H_U, МДж/кг, визначають за формулою Менделєєва:

H_U = 33,91C + 125,6H – 10,89(O – S) – 2,51(9H + W),

де:

С, Н, О, S, W — масові частки вуглецю, водню, кисню, сірки і вологи в 1 кг палива відповідно до завдання.

Для газоподібних палив обчислюють найнижчу теплоту згоряння 1м³ газу Q_U, МДж/м³:

Q_U = 12,8CO+10,8H₂+35,7CH₄+56,0C₂H₂+59,5C₂H₄+63,3C₂H₆+

+90,9C₃H₈+119,7C₄H₁₀+146,2C₅H₁₂ ,

де:

CO, H₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂ — об’ємні частки відповідних компонентів у 1 м³ палива.

Для газодизелів обчислюють загальну теплоту згоряння рідкого і газового палива H_U^ГД, МДж/кмоль:

H_U^ГД = 22,4 Q_U + g_T H_U;

де:

g_Т — маса рідкого палива, що приходиться на 1 кмоль газового палива, кг/кмоль:

gT=22,4·QUHU·q1-q;

де:

q — відносна частина теплоти, що вноситься рідким паливом, від загальної кількості тепла. На номінальному режимі величину qприймають у межах q = 0,05–0,2.

Кількість повітря, що теоретично необхідна для згоряння 1 кг рідкого палива l₀, кг/кг, і L₀, кмоль/кг:

l0=8C3+8H-O0,23; L0=C12+H4-O320,208;

Кількість повітря, що теоретично необхідна для згоряння 1 кг газоподібного палива (суміші газів С_xH_yO_z) L₀^Г, кмоль/кмоль (м³/м³):

L0Г=10,208∑((xi+yi4-zi2)·CxHyOz);

де:

x_i, y_i, z_i — число атомів відповідно вуглецю, водню і кисню в молекулі i-того компонента палива;

C_xH_yO_z — об’ємна частка i-того компонента у паливі.

Для газодизелів кількість повітря, теоретично необхідне для згоряння 1 кг суміші газоподібного і рідкого палива L₀^ГД, кмоль/кмоль (м³/м³):

L₀^ГД = L₀^Г + g_Т ·L₀.

Необхідно задатися значенням коефіцієнта надлишку повітря α:

α=ll0=LL0.

де:

l, L — дійсна кількість повітря в суміші, відповідно, кг/кг і кмоль/кг.

Коефіцієнт надлишку повітря на номінальному режимі знаходиться в межах:

• для карбюраторних і бензинових з центральним впорскуванням: α = 0,85–0,96;

• для бензинових з розподіленим і безпосереднім впорскуванням: α = 0,9–1,3;

• те ж при наявності каталітичного нейтралізатора: α = 0,96–0,98;

• для дизелів з нерозділеною камерою згоряння: a = 1,5–1,7;

• для вихрокамерних дизелів: α = 1,3–1,45;

• для передкамерних дизелів: α = 1,4–1,5;

• для дизелів з наддувом: α = 1,3–2,2;

• для газових двигунів: α ≈ 1;

• для газодизелів: α = 1,6–2,0.

Для газодизелів також необхідно визначити коефіцієнт надлишку повітря в газоповітряній суміші α_Г:

αГ=α·(1+22,4·QU·L0HU·L0Г·q1-q)

Кількість пальної суміші M₁, кмоль/кг (кмоль/кмоль):

• для бензинових двигунів, кмоль/кг M₁ = αL₀ + 1/m_п;

• для дизельних двигунів, кмоль/кг M₁ = αL₀;

• для газових і газодизельних двигунів, кмоль/кмоль M₁ = αL^Г₀ +1.

де:

m_п — молекулярна маса парів палива, кг/кмоль, m_п = 110–120 кг/кмоль чи відповідно до завдання.

Теплота згоряння пальної суміші для рідких палив H_{пал.сум.}, МДж/кмоль:

H_{пал.сум.} = H_U / M₁.

Якщо a < 1, то втрата теплоти ΔH_U, МДж/кг, через неповноту згоряння складе:

ΔH_U = 119,95(1 – a)L₀.

Теплота згоряння пальної суміші для газових палив H_{пал.сум.}, МДж/кмоль:

Hпал.сум=22,4·QUM1.

Теплота згоряння пальної суміші для газодизелів H_{пал.сум.}, МДж/кмоль:

Hпал.сум=22,4·QU+gГ·HUM1.

Кількість продуктів згоряння для рідких палив M_і, кмоль/кг:

а) При повному згорянні палива (α ≥ 1):

MCO2=C12; MH2O=H2; M_O2 = 0,208 (α – 1) L₀; M_N2 = 0,792 α  L₀

тоді загальна кількість продуктів згоряння M₂, кмоль/кг:

M2=C12+H2 + (α – 0,208) · L₀.

б) При неповному згорянні палива (a < 1):

MCO=0,416·(1-α)·L01+K; MCO2=C12-MCO=C12-0,416·(1-α)·L01+K; MH2=0,416·(1-α)·K·L01+K; MH2O=H2-MH2=H2-0,416·(1-α)·K·L01+K; M_N2 = 0,792 α L₀

де:

K — постійна для бензину: K = 0,45–0,50;

тоді загальна кількість продуктів згоряння M₂, кмоль/кг:

M2=C12+H2+0,792·α·L0.

Кількість продуктів згоряння для газових палив M_і, кмоль/кмоль (м³/м³):

MCO2=∑xi·CxHyOz; MH2O=∑yi2·CxHyOz; M_O2 = 0,208 (α - 1) · L₀^Г; M_N2 = 0,792 α L₀ + N_Г;

де:

N_Г — частка азоту в 1 м³ палива, N_Г = 0 для ЗНГ, N_Г = 0,04 для СПГ;

тоді загальна кількість продуктів згоряння M₂, кмоль/кмоль (м³/м³):

М2=МСО2+МН2О+МN2+МO2.

Кількість продуктів згоряння для газодизелів M_і, кмоль/кмоль (м³/м³):

MCO2=∑xi·CxHyOz+C12·gT; MH2O=∑yi2·CxHyOz+H2·gT; M_O2 = 0,208 (α_Г – 1) L₀^T – 0,208 g_T L₀; M_N2 = 0,792 α_Г L₀^Г + N_Г;

де:

N_Г — частка азоту в 1 м³ палива, N_Г = 0 для ЗНГ, N_Г = 0,04 для СПГ;

тоді загальна кількість продуктів згоряння M₂, кмоль/кмоль (м³/м³):

М2=МСО2+МН2О+МN2+МO2.

Для усіх видів палив:

зміна кількості молей при згорянні ΔM, кмоль/кг (кмоль/кмоль):

ΔM = M₂ – M₁;

відносна зміна об’єму суміші μ₀:

μ0=M2M1.