Тепловой баланс двигателя
Количество введенной теплоты
Q = GтQн = 0,009484 ∙ 42,44 103 =402,5 кВт.
Теплота, превращенная в полезную работу,
Qe = Nе = 135,48 кВт.
Теплота, передаваемая охлаждающей среде, определится по формуле
,
где с - коэффициент пропорциональности, с = 0,45…0,53 для четырехтактных двигателей; примем с = 0,5
m - показатель степени, m = 0,5…0,7 для четырехтактных двигателей, примем m = 0,65.
Теплота теряемая с отработавшими газами
Qг =Gт{М2[(cv )пс + R]tг – М1[(cv )в + R]tв} =
= 0,009484{0,72 [23,729+8,314]529 – 0,689 [20,771 + 8,314]15 }=
= 112,39 кВт,
tг = (Тг – 273) =808 - 273 = 535 оС и t0 = (Т0 – 273) = 288 – 273 = 15 оС — температуры отработавших газов и поступающего воздуха, R = 8,314
кДж/(кмоль·град) – универсальная газовая постоянная.
(cv )пс = 23,729 кДж/(кмоль⋅град) - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания, определяется методом интерполяции при температуре tг и α=1,38.
(cv )в = 20,771 - средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме. Определяется методом интерполяции, исходя из следующих значений: - при температуре t0 = 0°С (cv )в = 20,759 кДж/(кмоль⋅град); - при температуре t0 = 100°С = 20,839 кДж/(кмоль⋅град);
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива при α=1,38 отсутствует в балансе
Остаточный
член теплового баланса
Qост = Q – (Qe + Qохл + Qг.).
=402,5-(135,48+122,4+112,9)=31,72 кВт.
Таблица 1. Основные величины теплового баланса двигателя
Составляющие теплового баланса |
Q, кВт |
q, % |
Количество располагаемой (введенной) теплоты |
402,5 |
100 |
Теплота, превращенная в полезную работу |
135,48 |
33,66 |
Теплота, потерянная с охлаждающим агентом |
122,4 |
30,41 |
Теплота, потерянная с отработавшими газами |
112,9 |
28,05 |
Остаточный член теплового баланса |
31,72 |
7,88 |
Построение свернутой индикаторной диаграммы
Индикаторную диаграмму строим для номинального режима работы двигателя, т. е. при Nе = 135 кВт и и n=2700 об/мин, аналитическим методом.
Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Ms=0,8 мм в мм; масштаб давлений Мр=0,04 МПа в мм.
Определим в масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания
АВ=S/МS=115/0,8 = 143,8 мм;
ОА = АВ/(ε-1)= 143,8/(18,5-1)=8,2 мм
Откуда ОВ=ОА+АВ=143,8+8,2=152 мм;
Максимальная высота диаграммы(точка z)
рz/Мр= 9,42/0,04 = 235,5 мм.
z/z=OA(ρ-1)=8,2(1,259-1)=2,1 мм
Определим рабочий объем одного цилиндра
Определим объем камеры сгорания
Vc
=
Определим полный объем цилиндра
Vа
= Vc
+ Vh
= 0,000062+0,001093=0,001155
Принимаем
отношение радиуса кривошипа к длине
шатуна
.
Задаваясь
различными углами φ поворота коленчатого
вала, определяем положение поршня по
формуле
,
для примера рассмотрим
тогда
Задаваясь
различными углами φ поворота коленчатого
вала, определяем 
положение
поршня по формуле
,
.
Находим
текущий объем над поршневого пространства
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия
б) политропа расширения
Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих данных и расчетов. Начало открытия впускного клапана (точка r’) устанавливается за 110 до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка a’’) – через 510 после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b’) принимается за 660 до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка a’) – через 100 после прохода поршнем в.м.т.
Учитывая быстроходность двигателя и работу на дизельном топливе, угол опережения впрыска принимается равным 310 (точка с’). А продолжительность периода задержки воспламенения Δφ1=110. Точка f расположена за 200=310-110 до в.м.т.
Таблица 2. Результаты расчета точек политроп каждых 100 поворота К.В.
|
S |
Si |
Vi |
Pi |
Pi/Mp |
Si/Ms |
o пкв |
|
мм |
м³ |
Па |
мм |
мм |
0 |
0 |
0,0000 |
0,0000620 |
0,087 |
2,2 |
8,2 |
10 |
0,01941 |
0,0011 |
0,0000725 |
0,087 |
2,2 |
9,6 |
20 |
0,07668 |
0,0044 |
0,0001038 |
0,087 |
2,2 |
13,7 |
30 |
0,16897 |
0,0097 |
0,0001542 |
0,087 |
2,2 |
20,3 |
40 |
0,29180 |
0,0168 |
0,0002216 |
0,087 |
2,2 |
29,2 |
50 |
0,43937 |
0,0253 |
0,0003024 |
0,087 |
2,2 |
39,8 |
60 |
0,60500 |
0,0348 |
0,0003926 |
0,087 |
2,2 |
51,7 |
70 |
0,78160 |
0,0449 |
0,0004886 |
0,087 |
2,2 |
64,3 |
80 |
0,96213 |
0,0553 |
0,0005874 |
0,087 |
2,2 |
77,3 |
90 |
1,14000 |
0,0656 |
0,0006852 |
0,087 |
2,2 |
90,2 |
100 |
1,30943 |
0,0753 |
0,0007774 |
0,087 |
2,2 |
102,3 |
110 |
1,46564 |
0,0843 |
0,0008629 |
0,087 |
2,2 |
113,6 |
120 |
1,60500 |
0,0923 |
0,0009389 |
0,087 |
2,2 |
123,6 |
130 |
1,72494 |
0,0992 |
0,0010044 |
0,087 |
2,2 |
132,2 |
140 |
1,82389 |
0,1049 |
0,0010586 |
0,087 |
2,2 |
139,3 |
150 |
1,90103 |
0,1093 |
0,0011004 |
0,087 |
2,2 |
144,8 |
160 |
1,95607 |
0,1125 |
0,0011308 |
0,087 |
2,2 |
148,8 |
170 |
1,98903 |
0,1144 |
0,0011488 |
0,087 |
2,2 |
151,2 |
180 |
2,00000 |
0,1150 |
0,0011545 |
0,087 |
2,2 |
152,0 |
190 |
1,98903 |
0,1144 |
0,0011488 |
0,088 |
2,2 |
151,2 |
200 |
1,95607 |
0,1125 |
0,0011308 |
0,090 |
2,2 |
148,8 |
210 |
1,90103 |
0,1093 |
0,0011004 |
0,093 |
2,3 |
144,8 |
220 |
1,82389 |
0,1049 |
0,0010586 |
0,098 |
2,5 |
139,3 |
230 |
1,72494 |
0,0992 |
0,0010044 |
0,105 |
2,6 |
132,2 |
240 |
1,60500 |
0,0923 |
0,0009389 |
0,116 |
2,9 |
123,6 |
250 |
1,46564 |
0,0843 |
0,0008629 |
0,130 |
3,2 |
113,6 |
260 |
1,30943 |
0,0753 |
0,0007774 |
0,150 |
3,7 |
102,3 |
270 |
1,14000 |
0,0656 |
0,0006852 |
0,178 |
4,4 |
90,2 |
280 |
0,96213 |
0,0553 |
0,0005874 |
0,219 |
5,5 |
77,3 |
290 |
0,78160 |
0,0449 |
0,0004886 |
0,282 |
7,1 |
64,3 |
300 |
0,60500 |
0,0348 |
0,0003926 |
0,381 |
9,5 |
51,7 |
310 |
0,43937 |
0,0253 |
0,0003024 |
0,544 |
13,6 |
39,8 |
320 |
0,29180 |
0,0168 |
0,0002216 |
0,833 |
20,8 |
29,2 |
330 |
0,16897 |
0,0097 |
0,0001542 |
1,367 |
34,2 |
20,3 |
340 |
0,07668 |
0,0044 |
0,0001038 |
2,349 |
58,7 |
13,7 |
350 |
0,01941 |
0,0011 |
0,0000725 |
3,839 |
96,0 |
9,6 |
360 |
0,00000 |
0,0000 |
0,0000620 |
9,420 |
235,5 |
8,2 |
370 |
0,01941 |
0,0011 |
0,0000725 |
9,420 |
235,5 |
9,6 |
380 |
0,07668 |
0,0044 |
0,0001038 |
6,627 |
165,7 |
13,7 |
390 |
0,16897 |
0,0097 |
0,0001542 |
4,007 |
100,2 |
20,3 |
400 |
0,29180 |
0,0168 |
0,0002216 |
2,527 |
63,2 |
29,2 |
410 |
0,43937 |
0,0253 |
0,0003024 |
1,702 |
42,6 |
39,8 |
|
0,60500 |
0,0348 |
0,0003926 |
1,222 |
30,5 |
51,7 |
430 |
0,78160 |
0,0449 |
0,0004886 |
0,925 |
23,1 |
64,3 |
440 |
0,96213 |
0,0553 |
0,0005874 |
0,732 |
18,3 |
77,3 |
450 |
1,14000 |
0,0656 |
0,0006852 |
0,602 |
15,0 |
90,2 |
460 |
1,30943 |
0,0753 |
0,0007774 |
0,513 |
12,8 |
102,3 |
470 |
1,46564 |
0,0843 |
0,0008629 |
0,449 |
11,2 |
113,6 |
480 |
1,60500 |
0,0923 |
0,0009389 |
0,403 |
10,1 |
123,6 |
490 |
1,72494 |
0,0992 |
0,0010044 |
0,370 |
9,3 |
132,2 |
500 |
1,82389 |
0,1049 |
0,0010586 |
0,346 |
8,7 |
139,3 |
510 |
1,90103 |
0,1093 |
0,0011004 |
0,330 |
8,2 |
144,8 |
520 |
1,95607 |
0,1125 |
0,0011308 |
0,318 |
8,0 |
148,8 |
530 |
1,98903 |
0,1144 |
0,0011488 |
0,312 |
7,8 |
151,2 |
540 |
2,00000 |
0,1150 |
0,0011545 |
0,310 |
7,8 |
152,0 |
550 |
1,98903 |
0,1144 |
0,0011488 |
0,120 |
3,0 |
151,2 |
560 |
1,95607 |
0,1125 |
0,0011308 |
0,120 |
3,0 |
148,8 |
570 |
1,90103 |
0,1093 |
0,0011004 |
0,120 |
3,0 |
144,8 |
580 |
1,82389 |
0,1049 |
0,0010586 |
0,120 |
3,0 |
139,3 |
590 |
1,72494 |
0,0992 |
0,0010044 |
0,120 |
3,0 |
132,2 |
600 |
1,60500 |
0,0923 |
0,0009389 |
0,120 |
3,0 |
123,6 |
610 |
1,46564 |
0,0843 |
0,0008629 |
0,120 |
3,0 |
113,6 |
620 |
1,30943 |
0,0753 |
0,0007774 |
0,120 |
3,0 |
102,3 |
630 |
1,14000 |
0,0656 |
0,0006852 |
0,120 |
3,0 |
90,2 |
640 |
0,96213 |
0,0553 |
0,0005874 |
0,120 |
3,0 |
77,3 |
650 |
0,78160 |
0,0449 |
0,0004886 |
0,120 |
3,0 |
64,3 |
660 |
0,60500 |
0,0348 |
0,0003926 |
0,120 |
3,0 |
51,7 |
670 |
0,43937 |
0,0253 |
0,0003024 |
0,120 |
3,0 |
39,8 |
680 |
0,29180 |
0,0168 |
0,0002216 |
0,120 |
3,0 |
29,2 |
690 |
0,16897 |
0,0097 |
0,0001542 |
0,120 |
3,0 |
20,3 |
700 |
0,07668 |
0,0044 |
0,0001038 |
0,120 |
3,0 |
13,7 |
710 |
0,01941 |
0,0011 |
0,0000725 |
0,120 |
3,0 |
9,6 |
720 |
0,00000 |
0,0000 |
0,0000620 |
0,120 |
3,0 |
8,2 |
φ
420
Положение точки
определяется из выражения:
p =(1.15…1.25)pc=4,71·1.15=5,42 МПа
p /Мр=5,42/0,04=135,4 мм
Определяем поправку Брикса:
Δ=R/(2MS)мм
где MS масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме мм в мм.
Δ=57,5028/20,8=10,06мм.
По данным Si/Ms и Pi/Mp из таблицы 2 строим индикаторную диаграмму.