- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •1. Цель курсового проекта
- •2. Основные допущения
- •3. Требования к содержанию и оформлению пояснительной записки
- •4.2. Краткое описание идеализированного цикла теплового двигателя
- •4.2.1. Термодинамический процесс политропного сжатия рабочего тела. Уравнения обмена механической и тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой. Энтропия рабочего тела
- •4.2.1.1. Уравнение термодинамического политропного процесса сжатия [1]
- •4.2.1.2. Энергия в механической форме, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда (в нашем случае это работа изменения объёма), описывается интегральным соотношением [1]
- •4.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
- •4.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
- •4.2.4. Термодинамический процесс политропного расширения рабочего тела
- •4.2.5. Термодинамический изохорный процесс отвода тепловой энергии
- •4.2.6. Методические рекомендации по расчёту тепловой энергии и изменения энтропии в термодинамических процессах
- •5. Определение параметров двигателя
- •5.1. Результирующая работа цикла
- •5.2. Суммарная тепловая энергия цикла
- •5.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •5.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •5.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •5.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
- •6. Индикаторная и тепловая диаграммы цикла
- •7. Индикаторная диаграмма двигателя
- •8. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •Пример термодинамического расчета идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
- •1. Исходные данные:
- •Значения параметров состояния рабочего тела в точке c (в конце процесса сжатия a-c)
- •3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
- •3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
- •4. Проверка правильности вычислений параметров состояния рабочего тала в характерных точках цикла
- •5. Результирующая работа цикла, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •6.2. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
- •6.3. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
- •6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
- •6.5 Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
- •6.6 Результирующие параметры обмена тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в цикле
- •6.6.1 Суммарное количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу в цикле
- •6.6.2 Количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в цикле
- •6.6.3.Количество тепловой энергии преобразованной в механическую работу за один цикл в одном цилиндре двигателя Контроль расчётов тепловой энергии в термодинамических процессах цикла
- •7 Расчёт параметров двигателя
- •7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.
- •8. Изменение энтропии в термодинамических процессах цикла
- •9.1. 9. Построение индикаторной и тепловой диаграмм цикла
- •9.2. Последовательность построения индикаторной и тепловой диаграмм цикла и результаты расчётов параметров для построения диаграмм
- •10. Индикаторная диаграмма двигателя
- •11. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •12. Выводы
- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №2
11. Внешняя скоростная характеристика двигателя
В этом разделе предстоит построить графические зависимости эффективной мощности двигателя, вращающего момента, расхода топлива и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя при его работе с наибольшей цикловой подачей топлива. Такая характеристики двигателя называется внешней скоростной.
На основании большого количества экспериментальных исследований поршневых двигателей внутреннего сгорания были получены эмпирические зависимости, описывающие внешнюю скоростную характеристику двигателя [3]. По этим данным мощность двигателя представляет собой кубическую параболлу, а расход топлива примерно пропорционален частоте вращения коленвала двигателя.
Такой вид зависимости мощности двигателя от частоты вращения его коленвала объясняется рядом факторов. Наибольшее влияние на форму кривой мощности оказывают коэффициент наполнения цилиндров двигателя рабочим телом и изменение параметров сгорания топлива. Эти факторы существенно изменяются по мере уменьшения времени протекания цикла (при увеличении частоты вращения коленвала двигателя).
Мощность двигателя может быть описана зависимостью
Pe = Pemax*(a*No + b*No2 – c*No3),
в которой
Pemax - максимальная мощность двигателя, значение которой уже получено в примере расчёта;
Pe - мощность двигателя;
No = Nт/N – относительная частота вращения коленвала, представляющая собой отношение текущей частоты к частоте вращения коленвала при максимальной мощности;
Nт – текущая частота вращения коленвала двигателя;
N – частота вращения коленвала двигателя, заданная в исходных данных курсового проекта.
a, b и c – эмпирические коэффициенты.
Для дизельных двигателей в [3] рекомендуется выбирать значение коэффициента а = 0.5 – 0.7. Коэффициенты b и c следует получать решением системы уравнений
a + b – c = 1 (для обеспечения Pe = Pemax при No = 1);
a + 2*b – 3*c = 0 (т.к. при No = 1 мощность двигателя принимает максимальное значение).
При построении внешней скоростной характеристики двигателя, его максимальную мощность следует определять по приведенной зависимости, расход топлива принимать прямо пропорциональным частоте вращения коленвала, а удельный расход топлива рассчитывать по зависимости 5.12.
Вращающий момент двигателя рассчитывается по формуле
Te = Pe/ω,
где ω = 2*π*N/60 – текущая угловая скорость вращения коленвала двигателя
Результаты расчётов параметров двигателя, необходимых для построения его внешней скоростной характеристики приведены в таблице.
Внешняя скоростная характеристика двигателя
Максимальная мощность двигателя – Pemax = 63кВт
N, 1/мин Pe, кВт Te, Нм Gt, кг/час qe, г/(кВт*час)
400 11.4 271.9 2.71 238
500 15.2 289.5 3.39 223
600 19.2 305.0 4.07 212
700 23.3 318.4 4.74 203
800 27.6 329.7 5.42 196
900 31.9 338.9 6.10 191
1000 36.2 345.9 6.78 187
1100 40.4 350.9 7.45 184
1200 44.5 353.8 8.13 183
1300 48.3 354.5 8.81 183
1400 51.8 353.2 9.49 183
1500 54.9 349.7 10.16 185
1600 57.7 344.1 10.84 188
1700 59.9 336.5 11.52 192
1800 61.6 326.7 12.20 198
1900 62.6 314.8 12.88 206
2000 63.0 300.8 13.55 215
2100 62.6 284.7 14.23 227
2200 61.4 266.5 14.91 243
2300 59.3 246.2 15.59 263
2400 56.3 223.8 16.26 289
Внешняя скоростная характеристика двигателя приведена на рис.4 приложения.