3. Тепловой расчет

Цель теплового расчета – определение параметров рабочего цикла дизеля, экономических показателей и основных размеров двигателя . Расчет проводится для режима работы дизеля, соответствующего номинальной мощности на. При проведении расчета ряд исходных данных рекомендовано в пособии, недостающие данные в процессе расчета выбираются на основании литературных источников и материалов по двигателю-прототипу.

Тепловой расчет по данной в пособии методике проводят в порядке осуществления рабочих процессов в двигателе: наполнения цилиндра воздухом, его сжатия и горения топлива, расширения продуктов сгорания и выпуска отработавших газов. Производится расчет экономических показателей работы двигателя: индикаторного p_mi и эффективного p_me давлений, индикаторного и эффективногоК.П.Д., удельныхb_i, b_е и часового В расходов топлива.

Схемы газовоздушного тракта дизелей: а) без наддува, б) с наддувом и без охлаждения наддувочного воздуха, в) с наддувом и с охлаждением наддувочного воздуха.

После этого определяют основные размеры дизеля: d и S, а затем указывается марка дизеля в соответствии со стандартом. При выполнении расчета обращают внимание на его точность.

На рис.1 представлены схемы трактов впуска и выпуска дизелей, одну из которых предстоит выбрать при проведении теплового расчета.

1. Методика теплового расчета дизеля.

Схема цикла (рис.2), последовательность расчета параметров цикла и определения размеров цилиндра по методике Гриневецкого - Мазинга даны ниже. Конкретные примеры проведения теплового дизеля приведены, например, в [2,3].

Давление в конце наполнения: , кПа

где: - средняя скорость воздушного потока во впускном клапане,м/с (= 40... 50 м/с для малооборотных дизелей;= 50...80 м/с для СОД и ВОД.);- коэффициент скорости в клапане (=0,6...0,7),R_air= 0,297 кДж/(кг^.К) - удельная газовая постоянная воздушного заряда; k - показатель адиабаты сжатия в компрессоре ( k = 1,4).

Температура в конце наполнения: =, где:

Т_int= ;_; ; = 100 кПа;

- средняя температура охлаждающего агента, К; Т_t=320...400 К, Т_а=300 К; =0...0,06; = 5...15 К; Т_r= 700...900 К; = 0,5...0,7;- степень повышения давления в компрессоре;= 0,65...0,85;=1,4.

а) диаграмма расчетного цикла СДВС без наддува,

б) диаграмма расчетного цикла СДВС с наддувом.

Коэффициент остаточных газов: .

При выборе следует учитывать тип смесеобразования и быстроходность дизеля, давление надувочного воздуха, пусковые качества и др. факторы. Например, у дизелей без наддува с неразделенными камерами сгоранияколеблется в пределах от 13 до 15. Наименьшеевыбирают для малооборотных, а наибольшее – для высокооборотных дизелей. Для дизелей с наддувом при выбореиспользуют энергетическую зависимость:×, где - степень сжатия двигателя с наддувом.

Увеличение приводит к повышению термического К.П.Д. двигателя, но вызывает возрастание , максимальных давления цикла, температуры циклаи, как следствие, максимальных нагрузок на детали дизеля и повышенного содержания оксидов азота в отработавших газах. Минимумопределяется надежностью самовоспламенения топлива при пуске дизеля. Поэтому для дизеля с наддувомдолжна быть выбрана не менее 10.

Коэффициент наполнения: =, где

=(0,75...0,95)P_int, Ф_пр=1,05...1,1, =0,8...1,0,=1,09...1,13, = 1,02...1,06,

здесь: - коэффициент, учитывающий увеличение теплоемкости остаточных газов по сравнению с теплоемкостью свежего заряда;

коэффициент очистки, ,Ф_=Ф_с·Ф_пр, _.

Свойства рабочего тела в характерных точках цикла.

Выбирается сорт топлива и определяется его состав.

Теоретически необходимое количество воздуха в киломолях для полного сгорания 1 кг топлива: . Дизельное топливо: С=0,87; H=0,126; О= 0,004, моторное топливо: С=0,866; H=0,125; О=0,005; S=0,004.

Тогда количество воздуха в киломолях, поступившее в цилиндр для полного сгорания 1 кг топлива: . Принимается значение коэффициента избытка воздуха . Рекомендуемые значения: смесеобразование предкамерное ; смесеобразование вихрекамерное; смесеобразование объемно-пленочное; смесеобразование объемное.

Химический коэффициент молекулярного изменения: о=1+.

Действительный коэффициент молекулярного изменения: =.

Удельная молярная теплоемкость рабочего тела, кДж/(кмоль·К): .

Удельные молярные теплоемкости компонентов рабочего тела:

сухого атмосферного воздуха, азота и кислорода: ·Т;

диоксида углерода: ·Т;

водяного пара: =24,07 + 0,005·Т; диоксида серы: =35,14 + 0,00523·Т.

На такте сжатия: Молярная доля “чистых” продуктов сгорания в составе рабочего тела: доля воздуха:_.

10