Раздел 1 тепловой расчет двигателя

Вариант А: дизельный двигатель

1. Топливо

Принимаем дизельное топливо среднего элементарного состава: С = 0,870; тттН = 0,126; О = 0,004

Низшая теплота сгорания топлива

Н_u = 33,91С +125,60Н – 10,89 (О-S) – 2,51 (Н+W),

где C, H, O, S – содержание углерода, водорода, кислорода и серы в составе топлива в долях,

W – содержание воды в связанном виде в топливе, долей.

2. Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

, кмоль возд./кг топл.

, кг возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха. Для различных двигателей при номинальной мощности принимаются следующие значения коэффициента избытка воздуха :

Дизели с неразделенными камерами сгорания – 1,40…1,60

Вихрекамерные дизели – 1,30…1,45

Предкамерные дизели – 1,40…1,50

Дизели с наддувом – 1,30…2,20

В учебных целях в расчетах можно принимать для дизелей без наддува  = 1,4…1,5, а с наддувом  = 1,6…1,8.

Количество свежего заряда

M₁= L₀, кмоль св. зар./кг топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания:

– диоксида углерода СО₂

= С/12, кмоль СО₂/кг топл.

– паров воды Н₂О:

= Н/2, кмоль Н₂О/кг топл.

– свободного кислорода О₂:

= 0,208(-1)L₀, кмоль О₂/кг топл.

– азота N₂:

= 0,792L₀ , кмоль N₂/кг топл.

Общее количество продуктов сгорания:

, кмоль пр. сг./кг топл.

3. Параметры окружающей среды и остаточные газы

Атмосферные условия: р₀ = 0,1 МПа, Т₀ = 293 К.

Давление окружающей среды для дизелей

- без наддува р_к= р₀ = 0,1 МПа;

- с наддувом р_к = р_н, где р_н – давление наддува, МПа.

Давление наддува р_н принимается в соответствии с прототипом или в соответствии со следующими зависимостями:

- при низком давлении наддува 1,5 р₀;

- при среднем наддуве (1,5…2,2) р₀;

- при высоком наддуве (2,2…2,5) р₀;

Температура окружающей среды для дизелей:

- без наддува Т_к=Т₀, К

- с наддувом ,

где n_k – показатель политропы сжатия турбонагнетателя.

Для турбокомпрессоров с осевой (ТК) и центростремительной (ТКР) турбинами n_k = 1,4…2,0. В расчетах можно принимать n_k = 1,60…1,65.

Давление остаточных газов для дизелей, МПа:

– без наддува p_r = (1.05…1.25)p₀

– с наддувом p_r = (0.75…0.98)p_к.

Температура остаточных газов для дизелей Т_r = 600…900 К. При предварительном выборе температуры остаточных газов необходимо иметь ввиду, что при увеличении степени сжатия , снижении коэффициента избытка воздуха  температура остаточных газов снижается, а при увеличении частоты вращения – возрастает.

4. Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда Т. Естественный подогрев свежего заряда на впуске Т =10…25С, можно принимать Т = 20С. Для двигателя с наддувом Т = (-5)…(+10)С, можно принимать Т = 10С. Для двигателей с воздушным охлаждением Т = 30…60С.

Плотность заряда на впуске, кг/м³

_к = p_к 10⁶/(R_в T_к),

где R_в – удельная газовая постоянная для воздуха

R_в =287 Дж/(кг∙град.).

Потери давления на впуске в двигателе, МПа:

р_a=0,5(² + _вп)²_вп _к 10^-6 ,

где (²+_вп) – коэффициенты, учитывающие затухание скорости движения заряда () и сопротивление впускной системы в наиболее узком ее сечении (_вп);

(²+_вп) = 2,5…4,0 , можно принимать 2,7…2,9;

_вп – скорость потока на впуске, м/с; _вп = 50…130 м/с.

Для учебных целей для дизелей малой и средней мощностей можно принимать значения скорости потока на впуске при частотах вращения:

n = 1600 мин ^–1 _вп = 74.5 м/с

n = 1800 мин ^–1 _вп = 84 м/с

n = 2000 мин ^–1 _вп = 93 м/с

n = 2200 мин ^–1 _вп = 102 м/с

Давление в конце впуска, МПа

р_а = р_к - р_а

Для дизелей без наддува р_а = 0,080…0,097 МПа (рекомендуемые значения р_а = 0,082…0,088), для дизелей с наддувом р_а = (0,9…0,97) р_к

Коэффициент остаточных газов

,

где  - степень сжатия.

Для дизелей без наддува _r = 0,02…0,05, при наддуве величина коэффициента остаточных газов снижается.

Температура в конце впуска, К

T_a = (T_к + T + _rT_r)/(1+_r)

Коэффициент наполнения

_V = T_к( p_a - p_r)/[(T_к + T)( - 1)p_к]

Коэффициент наполнения для дизелей без наддува должен быть в пределах 0,80…0,94, с наддувом 0,80…0,97.