Расчет рабочего процесса двигателя (тепловой расчет)

Параметры, характеризующие рабочий цикл 2.65

1.43 Среднее теоретическое индикаторное давление

 

Р_i¹ = [λ (ρ – 1) + λ ρ /n₂ – 1 (1 – 1/ δ ^n2-1) – 1/n₁ – 1 (1 – 1/ ε ^n1-1)] кг/см²

Р_i¹ = [1, 44(1, 6 – 1) + (1 – 1/8.88^{1, 28-1}) - (1 – 1/14, 2^{1, 37-1})] = 11, 20 кг/см²

1.44 Коэффициент полноты диаграммы f = 0, 97 (задаемся)

Величина коэффициента f колеблется в пределах f = 0, 92 – 0, 98

1.45 Поправка на впуск и выпуск ∆ Р_i¹ = 0, 226 кг/см² (задаемся)

По опытным данным составляет для тихоходных двигателей 0, 5– 0, 2 кг/см²; для быстроходных двигателей 0, 2 – 0, 3 кг/см²

1.46 Среднее индикаторное давление

Рi = f Р_i¹ - ∆ Р_i¹ кг/см²

Рi = 0, 97*11.20 – 0, 226 = 10, 63 кг/см²

1, 47 Механический КПД η _м = 0, 75 (задаемся)

Тип двигателя	η м
Четырехтактные без наддува	0, 75 – 0, 85
Четырехтактные с наддувом	0, 8 – 0, 9

 

1.48 Среднее эффективное давление

Р_е = η _м Рi

Р_е = 0, 75*10.63 = 7, 9 кг/см²

1.49 Индикаторный расход топлива

g_i = 433*η _нР₀/L₀α T₀P_i кг/квтч

g_i = 433* = 0, 128 кг/квтч

1.50 Эффективный расход топлива

g_е =

g_е = = 0.17 кг/квт.ч

1.51 Индикаторный КПД

η _i = 860/ g_iQ^р_н

η _i = = 0, 66

1, 52 Эффективный КПД

η _е = 860/ g_еQ^р_н

η _е = =0, 49

1.53 Эффективная мощность

N_е = 0, 393 D² C_m P_e квт,

N_е = 0, 393 ² =

где: z – число цилиндров.

Построение индикаторной диаграммы расчетного цикла

 

Для построения диаграммы производим вычисления ее элементов.

2.1 Выбираем длину диаграммы, соответствующую полному объему цилиндра

V_а = 200 мм

2.2 Определяем отрезок, соответствующий объему камеры сжатия

V_с = V_а/ε мм Vc=14, 08

2.3 Определяем отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра

V_s = V_a – V_c мм Vs=185, 92

2.4 Определяем отрезок, соответствующий объему в конце сгорания

V_z = ρ *V_c мм p=(см формулу 1, 38)

2.5 Принимаем масштаб давлений в цилиндре b. Рекомендуемый масштаб:

1 мПа - 30 мм

2.6 Определяем отрезок, соответствующий давлению сгорания Р_z*b мм

Pz=52*3=156

2.7 Определяем отрезок, соответствующий давлению сжатия Р_c*b мм

Pc=формула 1, 22 Pc=36*3=108

2.8 Определяем отрезок, соответствующий давлению в конце наполнения Р_а*b мм Pa=0, 0941*3=2, 823

2.9 Определяем аналитически 10 точек политропы сжатия по формуле

Р = Р_а*b/(V/V_a)ⁿ¹, где значения (V/V_a)ⁿ¹ берем из таблицы

приложения 2

Расчет ведем в табличной форме

 

Va	(V/Va)n1	P
		2.8
0, 9	0, 8655	3.2
0, 8	0, 7366	3.8
0, 7	0, 6134	4.5
0, 6	0, 4966	5.6
0, 5	0, 3843	7.2
0, 4	0, 2849	9.8
0, 3	0, 1921	14.5
0, 2	0, 1102	25.4
0, 15	0, 0743	37.3
0, 1	0, 0426	65.7

 

2.10 Определяем аналитически 10 точек политропы расширения по формуле

Р = P_b*b/(V/V_a)ⁿ², где значения (V/V_a)ⁿ² берем из таблицы

приложения 2

Расчет ведем в табличной форме

 

Va	(V/Va)n2	P
		9.54
0, 9	0.8738	10.9
0, 8	0.7517	12.6
0, 7	0.6335
0, 6	0.5201	18.3
0, 5	0.4120	23.1
0, 4	0.3095	30.8
0, 3	0.2142	44.5
0, 2	0.1274
0, 15	0.0882	100.1
0, 1	0.0525	181.7

 

2.11 По площади индикаторной диаграммы находим графически среднее индикаторное давление

 

Динамический расчет двигателя

3.1 Вес поступательно движущихся частей одного цилиндра

G_{пдч =} G_п + 0, 4G_ш кг,

где: G_п – вес поршня, G_ш – вес шатуна

G_{пдч=85+0, 4*125=135}

3.2 Масса поступательно движущихся частей одного цилиндра

m = G_пдч/981 =0, 138 кг/сек²/см

3.3 Средняя угловая скорость вращения коленчатого вала

ω = π n/30=3, 14*275/30=28 1/сек

3.4 Площадь поршня

F = π D²/4 =490 см²

F=3.14*1024/4=803

3.5 Величина λ = 1/4 (задаемся)

3.6 Радиус кривошипа

R = ½ *S мм,

Где: S – ход пор7шня, мм

R=0.5*480=240 мм

3.7 Длина шатуна

L = R/λ мм

L=240/0.25=960мм

3.8 Масштаб ординат диаграммы сил инерции М₀

1 кг/см² = 3 мм

3.9 Длина отрезка АС

АС = m/ F* R* ω ²*(1+ λ )*М₀ =0, 138/803*24*28^2(1+0, 25)*3=12.126 мм

3.10 Длина отрезка ВД

ВД = m/ F* R* ω ²*(1- λ )*М₀ =7.2 мм

3.11 Длина отрезка ЕК

ЕК = 3 λ * m/ F* R* ω ²*М₀ =-3*0, 25*0, 138/803*24*28^2*3=7.2 мм

3.12 Длина диаграммы АВ мм

 

Построение диаграммы сил инерции, отнесенных к единице площади поршня

3.13 Проводим горизонтальный отрезок АВ равный длине индикаторной диаграммы

3.14 Из точки А на перпендикуляре вверх откладываем отрезок АС

3.15 Из точки В на перпендикуляре вниз откладываем отрезок ВД

3.16 Соединяем точки С и Д

3.17 Из точки Е пересечения отрезков АВ и СД на перпендикуляре вверх откладываем отрезок ЕК

3.18 Соединяем точку К с точками С и Д

3.19 Делим отрезки СК и КД на восемь равных частей

3.20 Нумеруем точки деления (1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8)

3.21 Соединяем точки одного номера (1-1; 2-2; 3-3; …..8-8)

3.22 Находим точки, лежащие на серединах отрезков пересечения прямых, соединяющих точки с одинаковыми номерами (т.е. середины отрезков

1-1; 2-2; 3-3 и т.д)

3.23 Через найденные точки проводим плавную кривую.

 

Построение диаграммы касательных усилий одного цилиндра

3.40 Проводим горизонтальную прямую линию и на ней в принятом масштабе по оси абсцисс откладываем отрезок хх, равный четырем ходам поршня.

3.41 Делим отрезок хх на 48 равных частей.

3.42 Нумеруем полученные точки деления с учетом того, что каждая часть выражает 720⁰/48 = 15⁰ поворота кривошипа

3.43 Из каждой точки деления откладываем перпендикуляр, на котором с учетом знака откладываем соответствующее ей касательное усилие, значение которого выбираем из таблицы, представленной выше

3.44 Полученные точки соединяем плавной кривой линией

 

Содержание курсовой работы

Введение

1.1 Краткая характеристика дизеля

1.2 Основные показатели работы дизеля

Расчет рабочего процесса двигателя (тепловой расчет)

1.1 Химический состав топлива в процентах по весу:

Углерода (С) 87%

Водорода (Н) 12, 6%

Кислорода (О₂ ) 0, 4%

Сорт топлива - дизельное (задаемся)

1.2 Низшая теплота сгорания топлива:

Q_{н =} (46.7 – 8, 8*10^-6р₁₅² +3, 17*10^-3р₁₅)*[1 – (х+у+S)]+9, 42S-2, 45х кДж/кг, где:

Р₁₅ - плотность топлива при 15⁰ С, кг/м³; (Л-860; З-840; А-830)

х, у, S – массовые содержания воды, золы и серы, %/100.

=81С+300Н-26 (О₂ - S) – 6 (9Н - W) ккал/кг
=81*87+300*12, 6-26*0, 4-6*9*12, 6 =10137, 2 ккал/кг

1ккал=4, 187кДж

1.3 Средняя скорость поршня

С_m= м/сек,

где: s – ход поршня в м;

n – частота вращения в об/мин

С_{m =} = 4, 4 м/сек

1.4 Максимальная скорость поршня

С_maх=1, 57С_m м/сек

С_maх = 1, 57*4, 4 = 6, 908 м/сек

1.5 Отношение площади поршня к суммарному сечению впускных клапанов

К= (задаемся)

где: , м²;

i - число впускных клапанов

f – площадь сечения полностью открытого клапана

К= = 10

Величина коэффициента К= может быть выбрана в зависимости от степени быстроходности двигателя:

Тип двигателя
Быстроходные	4, 5 – 6
Средней быстроходности	6 – 9
Тихоходные	9 – 12

 

1.6 Наибольшая скорость протекания свежего заряда через впускные клапаны

С₂=1, 57С_m м/сек

С₂ = 6, 908*10 = 69, 08 м/сек

1.7 Температура наружного воздуха t₀ ⁰С (задаемся)

t ₀ = 12 ⁰C

1.8 Абсолютная температура наружного воздуха

Т₀=273+t₀ ⁰К

Т₀ = 273 + 12 = 285 ⁰К

1.9 Коэффициент скорости истечения j, учитывает вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны (задаемся)

j = 0, 7

j = 0, 6 – 0, 7 для двигателей без наддува;

j = 0, 7 – 0, 85 для двигателей c наддува

1.10 Давление конца наполнения (начала сжатия)

P_а=1- С₂²/576j²T₀ кг/см²

Р_а = 1 - (69.08 )²/576*0, 7²*285 = 0, 941 кг/см²

При расчете двигателей с наддувом

P_а = (0, 9 - 0, 96) Р_к

где: Р_к –давление надувочного воздуха

1.11 Повышение температуры свежего заряда в системе двигателя ∆ t ⁰С (задаемся)

∆ t = 15⁰

Величина ∆ t ⁰ по опытным данным составляет:

Для четырехтактных баз наддува 15 – 20⁰С;

Для четырехтактных с наддувом 5 – 10⁰С

1.12 Температура воздуха в момент поступления в цилиндр

Т₀+ ∆ t ⁰К

Т₀+ ∆ t = 285 + 15 = 300⁰К

При расчете двигателей с наддувом должно быть учтено повышение температуры заряда ∆ t₁ вследствие сжатия в нагнетателе

∆ t₁ = Т₀[(P_s/Р₀)^n-1/n – 1] ⁰C,

где: n – показатель политропы сжатия в нагнетателе (для центробежных нагнетателей 1, 7 – 2, 0)

1.13 Степень сжатия ε (задаемся)

ε = 14, 2

1.14 Давление остаточных газов р_г кг/см² (задаемся)

р_г = 1, 02 кг/см²

Для расчета можно принимать в тихоходных двигателях давление

р_г = 1, 02 - 1, 06 кг/см², в быстроходных р_г = 1, 05 – 1, 15 кг/см²

1.15 Температура остаточных газов Т_Г ⁰К (задаемся)

Т_г = 750⁰К

Значение Т_г для четырехтактных тихоходных дизелей 700 -770 ⁰К, для быстроходных 770 – 850 ⁰К

1.16 Давление окружающей среды р₀ кг/см² (задаемся)

р_{0 =} 1 кг/см²

1.17 Коэффициент остаточных газов

γ _r =

γ _r = = 0, 033

Для двигателей с наддувом

γ _r = 0

1.18 Температура в начале сжатия

Т_а = ⁰К

Т_а = = 314 ⁰К

1.19 Коэффициент наполнения цилиндра

η _н =

η _н = = 0, 89

1.20 Показатель политропы сжатия n₁ (задаемся)

n₁ = 1, 37

Значения показателя политропы сжатия n₁ в зависимости от типа двигателя можно выбрать из таблицы

 

Тип двигателя	n1
Быстроходные дизели	1, 38 – 1, 42
Тихоходные дизели	1, 34 – 1, 37

 

1.21 Температура конца сжатия

Т_с = Т_а ε ^{n1-1 0}К

Т_с = 314 ^{1, 37-1} = 838 ⁰К

1.22 Давление конца сжатия

Р_с = Р_а ε ⁿ¹ кг/см²

Р_с = 0, 941 ^{1, 37} = 36 кг/см²

1.23 Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива

L₀ = ( + – ) моль/кг

L₀ = + – ) = 0, 495 моль/кг

1.24 Коэффициент избытка воздуха α (задаемся)

 

α = 2, 0

Тип двигателя	Α
Малооборотные дизели без наддува	1, 8 - 2, 2
Высокооборотные дизели без наддува	1, 3 – 2, 1
Малооборотные дизели с наддувом	2, 0 – 2, 3
Высокооборотные дизели с наддувом	1, 5 – 1, 9

 

1.25 Действительное количество воздуха

L = α L₀ моль

L = 2, 0*0, 495 = 0, 99 моль

 

1.26 Количество молей до горения

М₁ = (1+ γ _r ) L моль

М₁ = (1 + 0, 033)*0, 99 = 1.02 моль

1.27 Количество молей продуктов сгорания

М₂ = [ + – (α – 0, 21)L₀] (1 + γ _r ) моль

М₂ = [ + + (2, 0 – 0, 21)*0, 495]*(1 + 0, 033) = 1.05 моль

1.28 Действительный коэффициент молекулярного изменения

μ =

μ = = 1, 03

1.29 Средняя мольная теплоемкость двухатомных газов при P = const

m(N₂ + O₂)C_mp(N₂O₂) = (1 + γ _r)( α – 0, 21)L₀ C_mp(N₂O₂) =

(1 + 0, 033)(2, 0 – 0, 21)0, 495(6, 6 + 0, 00053Т_z) =

6, 041 + 0, 000485Т_z ккал/моль град

1.30 Средняя мольная теплоемкость углекислого газа при P = const

m(СО₂)C_mp(СO₂) = (1 + γ _r)С/12 C_mp(СO₂) =

(1 + 0, 033) (8, 76 + 0, 00189Т_z) =

0, 656 + 0, 000142Т_z ккал/моль град

1.31 Средняя мольная теплоемкость водяных паров при P = const

m(Н₂О)C_mp(Н₂О) = (1 + γ _r)Н/2 C_mp(Н₂О) =

(1 + 0, 033) (6, 706 + 0, 00215Т_z) =

0, 437 + 0, 00014Т_z ккал/моль град

1.32 Средняя теплоемкость смеси при P = const

С_р = m(N₂ + O₂)C_mp(N₂O₂)/М₂ + m(СО₂)C_mp(СO₂)/М₂ +

m(Н₂О)C_mp(Н₂О)/М₂

= =

6, 79 + 0, 00073Т_z ккал/моль град

1.33 Давление конца сгорания Р_z (задаемся)

Р_z =52 кгс/см²

1.34 Степень повышения давления

λ =

λ = = 1, 44

1.35 Средняя мольная теплоемкость воздуха в конце сжатия

С_υ = 4, 61 + 0, 00053Т_с

С_υ = 4, 61 + 0, 00053*838 = 5, 054 ккал/моль град

1.36 Коэффициент использования теплоты при сгорании

ξ = 0, 9 (задаемся)

Тип двигателя	Ξ
Многооборотные дизели	0, 6 – 0, 85
Средней оборотности дизели	0, 85 – 0, 92
Малооборотные дизели	0, 8 – 0, 95

 

1.37 Уравнение сгорания и температура конца сгорания

(С_υ + 1, 986 λ )Т_с + = μ С_рТ_z ⁰K

(5, 054 + 1, 986*1, 44)*838 + = 1, 03*(6, 79 + 0, 00073Т_z)T_z

0, 000752T_z² + 6, 99T_z + 15576, 4 = 0

T_z =

T_z =

T_z = =1857, 5 ⁰K

1.38 Степень предварительного расширения

ρ =

ρ = = 1, 6

1.39 Степень последующего расширения

δ =

δ = = 8, 88

1.40 Показатель политропы расширения

n₂ = 1, 28 (задаемся)

Тип двигателя	n2
Высокооборотные с неохлаждаемыми поршнями	1, 15 – 1, 25
Средней оборотности с охлаждаемыми поршнями	1, 20 – 1, 28
Малооборотные с охлаждаемыми поршнями	1, 28 – 1, 32

 

1.41 Давление конца расширения

Р_в = Р_z/δ ⁿ²

Р_в = 52/8, 88^{1, 28} = 3, 18 кг/см²

1.42 Температура конца расширения

Т_в = Т_z/ δ ^n2-1

Т_в = 1857, 5/8, 88^{1, 28-1} = 1007, 9 ⁰К

Поделиться: