Цель работы

Ознакомление с направлениями использования теплоты в двигателях внутреннего сгорания, принципами проведения теплобалансовых испытаний, численное определение значений уравнения теплового баланса двигателя лабораторной установки. Определение зависимостей КПД установки от расхода топлива и соотношения тепловой и электрической мощностей.

Теоретические основы работы

Рабочим телом единого рабочего цикла дизеля являются продукты сгорания, образующиеся в результате реакций окисления топлива. Таким образом, дизель - это такой тепловой двигатель, в цилиндре которого происходят процессы сгорания топлива с выделением теплоты и преобразования тепловой энергии в механическую. Основными отличиями дизеля являются: - высокая степень сжатия; - работа на тяжелом жидком топливе; - внутреннее смесеобразование, т.е. раздельное поступление в цилиндр топлива и воздуха; - самовоспламенение топлива от сжатия. Дизельные двигатели нашли наибольшее распространение на теплово-зах и в судовых тепловых установках. Другой наиболее распространенный тип двигателя внутреннего сгорания - карбюраторный. Основные отличия этого теплового двигателя: - низкая степень сжатия воздуха; - работа на легком жидком топливе; - внешнее смесеобразование, т.е. рабочая смесь паров топлива и воздуха образуется в карбюраторе, за пределами цилиндра; - принудительное воспламенение рабочей смеси. Карбюраторные двигатели преимущественно используются на автомобильном транспорте. Тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, лишь частично используется для совершения эффективной работы. Значительная часть тепла теряется с выпускными газами, охлаждающей водой и смазочным маслом, вследствие неполноты сгорания и др. Внешним тепловым балансом двигателя внутреннего сгорания называется распределение теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в камере сгорания, на отдельные составляющие, включающие как полезно используемую теплоту, так и потери теплоты. Тепловой баланс можно определять на различных режимах работы двигателя. Это позволяет выяснить, как изменяются тепловые потери при изменении нагрузки и числа оборотов. Тем самым появляется возможность оценить характер изменения экономичности в зависимости от режима работы двигателя. Во всех случаях тепловой баланс определяется только на установившихся режимах работы двигателя, когда с течением времени не изменяются температуры охлаждающей воды, смазочного масла и выпускных газов, нагрузка и частота вращения коленчатого двигателя. Для проведения испытаний используется лабораторная установка, схема которой представлена на рис.1.

Принципиальная схема.

При использовании двигателей внутреннего сгорания (поршневых двигателей) возможна утилизация тепла смазочного масла, охлаждающей воды, а также выхлопных газов, как показано на рис.1

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) энергия химических связей топлива преобразуется в тепловую энергию в результате сжигания. Образующиеся при сгорании газы расширяются в цилиндре, приводя в движение поршень. Механическая энергия движения поршня передается маховику посредством коленчатого вала, а затем преобразуется в электроэнергию при помощи генератора переменного тока. Благодаря непосредственному преобразованию энергии высокотемпературного теплового расширения в механическую, а затем электрическую энергию двигатели внутреннего сгорания характеризуются наибольшим тепловым КПД (производством электроэнергии на единицу использованного топлива) среди одноступенчатых (первичных) двигателей. Как следствие, они отличаются и наименьшими удельными выбросами CO2 на единицу произведенной энергии.

Рис.1 1 Двигатель внутреннего сгорания (ДВС); 2 Генератор; 3 Теплообменник-утилизатор теплоты смазочного масла; 4; Теплообменник-утилизатор охлаждающей жидкости после ДВС; 5 Теплообменник-утилизатор теплоты выхлопных газов и теплообменник сброса теплоты; 6 Насосы; 7 Дымосос, 8 Электронагреватели (8 шт.).

Датчики температуры испытательного стенда: Т1 – температура теплоносителя на входе в систему охлаждения дизеля; Т2 – температура теплоносителя на выходе из теплообменника, утилизатора теплоты отработанных газов; Т4 – температура отработанных газов на входе в теплообменник, утилизатор их теплоты; Т5 – температура отработанных газов на выходе из теплообменника, утилизатора их теплоты; Т3 – температура окружающего воздуха на входе в дизель.