Технико-экономическое обоснование

 

Выполнение курсовой работы следует начинать с детального рассмотрения материалов по существующим аналогичным с заданным двигателям. На основании изучения этих материалов должен быть проведен краткий анализ положительных и отрицательных качеств прототипа (прил. 1).

В связи с тем, что проектируемый двигатель должен иметь лучшие технико-экономические показатели, чем у прототипа, необходимо правильно наметить конструктивные мероприятия, позволяющие решить поставленную задачу.

В соответствии с намеченными конструктивными усовершенствованиями необходимо выбрать основные параметры двигателя, учитывая тенденцию их развития. В первую очередь выбираются: марка топлива, расчетный коэффициент избытка воздуха a, форма камеры сгорания и отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D. Выбор каждого параметра должен сопровождаться обоснованием с указанием причин, по которым выбрано то или иное значение.

После проведения технико-экономического анализа, обоснования конструктивных усовершенствований и выбора исходных показателей проектируемого двигателя можно приступать к тепловому расчету.

 

Тепловой расчет двигателя

 

При выполнении теплового расчета следует обратить особое внимание на точность, так как ошибка в подсчете одного показателя влечет за собой искажение всего расчета. В связи с этим рекомендуется основные параметры теплового расчета проектируемого двигателя сопоставлять с соответствующими параметрами существующих прогрессивных двигателей аналогичного типа. При существенных отличиях расчетных параметров от сопоставляемых, расчет необходимо уточнить, а в отдельных случаях необходимо изменить и принятые для расчета величины и коэффициенты.

Тепловой расчет ведется для одного номинального режима работы двигателя.

 

 

Параметры рабочего тела

 

1. В соответствии с выбранным сортом топлива устанавливается его октановое число, молекулярная масса m_Т, химический элементарный состав по массе и низшая теплота сгорания топлива Hu.

2. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, (кмоль /кг; кг/кг):

 

Средний элементарный состав бензина: С=0, 855; Н=0, 145; О=0.

Средний элементарный состав дизельного топлива: С=0, 870; Н=0, 126; О=0, 004.

3.Количество горючей смеси для бензинового двигателя (кмоль/кг):

,

или воздуха для дизеля (кмоль/кг):

,

где a – коэффициент избытка воздуха.

Коэффициент избытка воздуха α при работе двигателя на номинальном режиме принимаем: бензиновые карбюраторные двигатели α =0, 96; бензиновые инжекторные двигатели α =0, 98; дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания α =1, 4.

Молекулярная масса бензина m_Т=115 кг/кмоль.

4.Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при выбранном a, (кмоль/кг):

при a ³ 1

 

при a < 1

где К – коэффициент, зависящий от отношения и M _CO , принимается в пределах 0, 44-0, 47.

При K=0, 461.

5. Общее количество продуктов сгорания, (кмоль/кг):

при a> 1

приa=1

при a< 1

 

Параметры процесса впуска

 

1. Плотность заряда на впуске (кг/м³):

 

где P _К иТ_К – соответственно давление и температуру заряда на впуске; P _К =P ₀ =0, 1 МПа; T _К =Т ₀ =293К – при работе двигателя без наддува; Р ₀ иТ ₀ – соответственно давление и температура окружающей среды; R_в=287 Дж/(кг∙ град) – удельная газовая постоянная воздуха.

 

2. Потери давления на впуске (МПа):

где =50…130 м/с – средняя скорость потока в наименьшем сечении впускной системы.

Выбор значений и для рассчитываемого двигателя должен быть обоснован с учетом скоростного режима двигателя, конструктивных особенностей впускного тракта и самого двигателя.

3. Давление в конце впуска (МПа):

.

4.Коэффициент остаточных газов и их количество:

 

где T_r, P_r и DT – соответственно температура, давление остаточных газов и температура подогрева свежего заряда (для бензиновых двигателей T_r=900…1100К, DT=0…25К, для дизелей, T_r=600…900К, DT=10…40К).

При выборе величины T_r необходимо учитывать, что при увеличении степени сжатия и обогащении рабочей смеси T_r снижается и возрастает при увеличении частоты вращения.

Значение DT выбирается в зависимости от расположения и конструкции впускного трубопровода, быстроходности двигателя и наличия специального устройства подогрева.

Давление остаточных газов, (МПа):

а) для двигателей с выпуском в атмосферу

P_r =(1, 05…1, 25)P_о;

б) для двигателей с газовой турбиной на выпуске

P_r=(0, 75…1, 0)P_к.

Выбор величины T_{r ,} DT иP _r должен быть обоснован и установлен с учетом всех конструктивных и эксплуатационных особенностей двигателя, влияющих на изменение этих величин.

5. Температура в конце впуска (К):

6. Коэффициент наполнения:

 

Параметры процесса сжатия

 

1. Величина среднего показателя политропы сжатия n₁ устанавливается в зависимости от частоты вращения рассчитываемого двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, интенсивности охлаждения и других факторов. Величина n₁ также может быть оценена с учетом вышеперечисленных факторов, исходя из значения среднего показателя адиабаты сжатия К₁, которое определяется по номограмме [приложение 2] c учетом выражений:

а) для бензинового двигателя:

n₁»(К₁-0, 01)…(К₁-0, 04)=1, 35…1, 38;

б) для дизелей: n₁»(К₁+0, 02)…(К₁-0, 02)»1, 33…1, 38.

При установлении величины n₁ необходимо помнить, что с увеличением частоты вращения и уменьшением отношения поверхности охлаждения к объему цилиндра n₁ увеличивается, а при повышении средней температуры процесса сжатия и увеличении интенсивности охлаждения двигателя n₁ уменьшается.

2.Давление конца сжатия (МПа):

3.Температура конца сжатия (К):

4.Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия кДж/(кмоль∙ град):

а) свежей смеси:

где t_c=T_c-273⁰C;

б) остаточных газов:

где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табличным данным или по формулам (см. табл. 3) в интервале температур от 0 до 1500⁰ С;

в) рабочей смеси:

 

Параметры процесса сгорания

 

1. Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

2. Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

3. Количество теплоты, потерянное вследствие неполного сгорания топлива (только при a < 1) (кДж/кг):

DHu=119950(1 – a)∙ L₀.

4. Теплота сгорания рабочей смеси (кДж/кмоль):

.

5.Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания (кДж/кмоль)

при a ³ 1

при a < 1

где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табличным данным или по формулам (см. табл. 3) в интервале температур от 1501 до 2800° С.

 

Таблица 3

Газ	mcV, кДж/(кмоль*град), для интервалов температур
От 0 до 15000C	От 1501 до 28000С
Воздух	20, 600+0, 002638*t	22, 387+0, 001449*t
Кислород О2	20, 930+0, 004641*t -0, 00000084*t2 23, 723+0, 001550*t	23, 723+0, 001550*t
Азот N2	20, 398+0, 002500*t	21, 951+0, 001457*t
Водород H2	20, 684+0, 000206*t+0, 000000588*t2 19, 678+0, 001758*t	19, 678+0, 001758*t
Окись углерода СО	20, 597+0, 002670*t	22, 490+0, 001430*t
Углекислый газ СО2	27, 941+0, 019*t-0, 000005487*t2	39, 123+0, 003349*t
Водяной пар H2O	24, 953+0, 005359*t	26, 670+0, 004438*t

 

6. Температура в конце видимого процесса сгорания определяется из уравнений:

а) для бензиновых двигателей:

б) для дизелей:

– теплоемкость при постоянном давлении;

ξ _z иl– соответственно коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания и степень повышения давления

для бензиновых двигателей ξ _z =0, 80…0, 96;

l=(3, 2…4, 2).

для дизелей ξ _z =0, 70…0, 88;

l=(1, 2…2, 5).

Значение ξ _z повышается за счет сокращения потерь теплоты от газов в стенки, выбора рациональной формы камеры сгорания, уменьшения догорания в процессе расширения и выбора коэффициента a, обеспечивающего увеличение скорости сгорания рабочей смеси. Величина ξ _z зависит также от скоростного и нагрузочного режимов двигателя и, как правило, уменьшается при их снижении.

Значение l для дизелей устанавливается в основном в зависимости от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. На величину l также оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растет. Величина l ограничивается допустимыми значениями температур и давления в конце видимого процесса сгорания.

В уравнения сгорания входят две неизвестные величины: температура в конце видимого сгорания t_zи теплоемкость продуктов сгорания или при той же температуре t_z. Используя для определения теплоемкости табличные значения, уравнения сгорания решаются относительно t_z методом последовательных приближений (подбором значенийt_z). При определении теплоемкости по приближенным формулам (см. табл. 3) уравнения сгорания после подстановки в них числовых значений всех параметров и последующих преобразований принимают вид квадратного уравнения:

откуда

7. Давление конца сгорания, МПа:

а) для бензиновых двигателей

б) для дизелей

.

8. Степень повышения давления (для бензиновых двигателей) и степень предварительного расширения (для дизелей)

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. II этап. Обоснование системы показателей для комплексной оценки, их классификация.
2. Вопрос 7. Экономическое обоснование лизинговой сделки. Преимущества и недостатки лизинга.
3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ ОТДЕЛЕНИЯ
4. Дайте психологическое обоснование соотношению понятий «развитие» и «воспитание».
5. Обоснование выбора метода расчета
6. Обоснование выбора площадки для ТЭЦ и её компоновки
7. Обоснование пессимизма и пути возвышения над волей
8. Обоснование принятого метода организации работ
9. Обоснование способа получения заготовки
10. Обоснование функционального назначения отдельных зон
11. Обоснование целесообразности разработки проекта
12. Обследование объекта и обоснование необходимости простейших игровых программ