53-1

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

ТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 190700 – Технология транспортных процессов

Воронеж 2014

2

УДК 656.13

Белокуров, В. П. Транспортная энергетика [Электронный ресурс] : методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 190700 – Технология транспортных процессов / В. П. Белокуров, Д.В. Лихачев, Е.В. Шаталов; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».

– Воронеж, 2014. – 51 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол №…..от…………..…2014 г.)

4

Практическая работа №1

Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

Одним из главных условий, определяющих нормальную работу двигателей, теплового баланса является обеспечение их оптимального теплового состояние, т.е. такое температурное состояние деталей цилиндровой и поршневой групп, которые отвечают наивыгоднейшему сочетанию теплового процесса, высокой надежности и износостойкости деталей двигателя.

Достаточно стабильная и равномерная температура деталей двигателя обеспечивается их конструкций и условиям охлаждения, а также условиям протекания рабочего процесса, при выборе которых по возможности необходимо снизить тепловое состояние. Кроме того, нормальная работа двигателя возможно в том случае, когда независимо от режима работы поддерживается оптимальная температура, отвечающая наилучшему протеканию физикохимических процессов окисления топлива.

Преимущественное влияние на распределение температур в поршнях, стенках головок и цилиндров оказывает система жидкостного охлаждения. Поэтому при создании новых и формировании существующих автотракторных двигателей, особенно главным является выбор рациональной конструкции системы жидкостного охлаждения.

Главным вопросом, который необходимо решать при выборе системы жидкостного охлаждения, является тепловой расчет радиатора, так как на основании последнего принимается оптимальное конструктивное решение.

Сущность практической работы состоит в том ,чтобы по заданным параметрам конкретного теплового двигателя рассчитать составляющие теплового баланса, а затем на основании полученных данных определить поверхность жидкостного радиатора, который обеспечил бы его нормальный тепловой режим.

Условие задания и теоретические предпосылки

Выполнить расчет теплового баланса четырехтактного карбюратора двигателей внутреннего сгорания и определить необходимую поверхность жидкостного радиатора по следующим исходным данным:

5

ШИФР_____ _____

Марка двигателя……………………………………………………………...ЗМ3977 Мощность………………………………………………………………………55 кВт Эффективный кпд………………………………………………….......................0,18 Охлаждающая жидкость………………………………………………………...вода Элементарный состав топлива……………………………………..................С-85,1

Н-14,88 сера- 0,02

Низшая теплотворность топлива…………………………………….46600 к Дж/кг Температура жидкости из входа в радиатор…………………………………...850С Температура жидкости на выходе из радиатора…………………....................790С Температура воздуха на входе в радиатор……………………………………..450С Температура воздуха на выходе из радиатора…………………………………550С Удельный эффективный расход топлива……………………………….0,31 кг/кВт

1) Расчет составляющих теплового баланса двигателя.

Здесь необходимо дать определение теплового баланса и записать в виде формул

где Qpp -располагаемое тепло, выделенное при сгорании рабочей массы топлива в двигателе на номинальном режиме, кВТ;

Qе – теплота, преобразованная в двигателе в эффективную работу, кВт; Qохл – теплота, которая рассеивается в системе жидкостного охлаждения,

кВт;

Qг – потери тепла с отработавшими газами, кВт;

Qнс – теплота, теряемая вследствие неполного сгорания топлива, кВт; Qост – остаточный член теплового баланса, учитывающий потери тепла, не

6

ηe – эффектный кпд двигателя;

Qpн – низшая теплотворность топлива, кДж/кг;

2) Теплота, использованная на получение эффективной мощности двига-

где Uг=URO2+UN2+UH2O+ U – объем продуктов сгорания 1 кг топлива, Н

м3/кг;

URO2=1,866 C P +0,375S P л −объем трехатомных сухих газов (СО2,SO2 ), Н

100

м3/кг;

СР – процентное содержание углерода в 1 кг рабочей массы топлива; SРл – процентное содержание серы в 1 кг рабочей массы топлива;

UN2=0,79U0 – содержание азота в теоретически необходимом количестве в воздуха;

U0=0,089(СР+0,375SPл)+0,265НР – теоретически необходимое количество воздуха для полного сжигания топлива, Нм3/кг;

где U0 – теоретически необходимое количество воздуха для полного сжигания топлива, Нм3/кг;

НР – процентное содержание водорода в 1 кг рабочей массы топлива; UH2O=0,11НР+0,0161α U0 – количество водяных паров образовавшихся

при сгорании водорода топлива и содержащихся в воздухе, Нм3/кг; где α – коэффициент избытка воздуха, необходимого для полного ожида-

ния топлива (принимается для карбюраторных двигателей - 1,15, для двигателей -1,3, для дизелей с наддувом -1,6);

U=(α–1) U0 – избыточный объем воздуха;

7

Cг – объемная изобарная теплоемкость выбирается из таблиц теплоемкостей по углекислому газу при температуре уходящих газов;

Tг – температура уходящих газов / принимается для дизелей - 800 0 С, для карбюраторных двигателей6000 С)

5) Количество тепла, теряемого при не полном сгорании топлива, определяется из опыта и соответствует 2% располагаемого тепла.

Расчет поверхности жидкостного радиатора

Расчет поверхности радиатора базируется на двух уравнениях: уравнения

где К – коэффициент теплопередачи в радиаторе от охлаждений жидкости к воздуху (выбирается по таблице 3 прилож.);

Е – поверхность радиатора, участвующая в теплообмене, м2; t ж, t в – средние температуры жидкости и воздуха 0С;

Gж, Gв – количество жидкости и воздуха, циркулирующих в системе охлаждения, кг/с;

Сж – массовая изобарная теплоемкость жидкости(принимается для воды 4,19 кДж/кг. град., для тосола 3,5 кДж/кг.град);

Св – теплоёмкость воздуха ( 1,05 кДж/кг.1рад);

8

t'ж, t'в – соответственно температуры жидкости и воздуха на входе в радиатор (выбирается из таблицы 3);

t''ж, t''в – соответственно температуры жидкости и воздуха на выходе из радиатора (таблица 3).

Количество жидкости, циркулирующей в системе охлаждения, определя-

Считая, что температура жидкости в воздухе меняется по линейному закону, поверхность радиатора можно рассчитать по формуле

Поверхность охлаждения трубчато-пластинчатого радиатора F, омываемая воздухом, складывается из поверхности трубок и пластин F=Fтp+Fпл

Зная расчетную поверхность F, оформляется конструкция радиатора. Обычно радиатор выполняется в виде прямоугольника.

Конструктивная компактность радиатора, характеризуется объемом ко-

Фронтовая поверхность радиатора определяется конструктивно( для расчета может быть принята для двигателей мощностью до 60 кВт – 0,25+0,3 м2; для двигателей мощностью свыше 60 кВт – 0,45 – 0,55 м2).

9

Практическая работа №2

Расчеты движения автомобиля

Основные соотношения для расчетов движения автомобиля и пешехода.

Соотношения относятся к прямолинейному движению автомобиля. Маневр автомобиля рассмотрен в п. 4.

Размерность всех величин дана в системе СИ.

1. Параметры равномерного движения автомобиля и пешехода:

где G – вес автомобиля, Н;

f – коэффициент сопротивления качению;

αд – угол продольного наклона дороги (при движении на подъем его считают положительным, при спуске – отрицательным);

ψд – коэффициент сопротивления дороги. Сила инерции автомобиля, Н:

где вр 1 0,03 0,05Ик

δвр – коэффициент учета вращающихся масс; Ик – передаточное число коробки передач;

Ga – вес автомобиля с номинальной нагрузкой (полный вес), Н;

j – установившееся замедление автомобиля при торможении, м/с2– ускорение силы тяжести (9,81 м/с2).

Сила сопротивления воздуха, Н: