Индикаторные показатели цикла

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

к курсовой работе

по дисциплине « Рабочие процессы, конструкция, основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок»

для студентов специальности 230100 «Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (нефтегазодобыча)» очной и заочной форм обучения.

Тюмень 2008

Введение

Основными задачами при расчете теплового двигателя являются:

1. определение его основных размеров -S/D, где S – ход поршня; D – диаметр поршня;

2. определение сил, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма;

3. оценка топливно-экономических показателей двигателя.

Для этого производятся тепловой, кинематический и динамический расчеты, а также строится скоростная характеристика расчетным способом.

Расчетным режимом является номинальная мощность и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Прежде чем приступить к тепловому расчету двигателя необходимо выполнить аналитический обзор.

В аналитическом обзоре необходимо обосновать принятые исходные данные для расчета двигателя. Это касается, прежде всего обоснование типа двигателя, его номинальной частоты вращения, степени сжатия, числа цилиндров, способа смесеобразования. Необходимо указать существующие тенденции в мировом и отечественном двигателестроении по принятым направлениям. В заключении этого раздела приводятся в табличной форме технические параметры по 2…3 двигателям-прототипам, делаются выводы по достоинствам и недостаткам указанных двигателей. Приведенные выводы должны быть учтены при расчете двигателя.

Тепловой расчет двигателя

При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.

Исходными данными являются: - мощность (номинальная), - частота вращения (номинальная), степень сжатия, - число цилиндров, - коэффициент избытка воздуха.

В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям.

Порядок расчета следующий.

Процессы впуска и выпуска

а) Задаются значениями: Т₀; р₀; Т_r; р_r; DТ; g_r; р_а.

Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+25=298, К; ро=0, 1 МПа.

Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

Для двигателей со свободным впуском:

рr=(0, 105…0, 120)ро, для двигателей с высокой частотой вращения принимаются большие значения рr.

Для двигателей с газотурбинным наддувом:

рr=(0, 75…0, 95)рк, давление наддувочного воздуха для существующих двигателей

рк=(1, 5…2, 2)ро.

Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха a, степени сжатия e, частоты вращения коленчатого вала.

В существующих двигателях значения Тr соответствуют:

для бензиновых и газовых двигателей - 900…1100 К,

для дизелей - 600…900 К.

Большие значения Тr выбираются для высокооборотных двигателей и низкой степенью сжатия.

DТ-степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается в следующих пределах:

для бензиновых и газовых двигателей - 10…30 ,

для дизелей без наддува - 10…20 ,

для двигателей с наддувом - 0…10 .

Коэффициент остаточных газов gr принимается в следующих пределах:

для бензиновых и газовых двигателей - 0, 03…0, 06,

для дизелей без наддува и с наддувом - 0, 06…0, 12.

Давление в конце впуска ра принимается из следующего соотношения:

ра=рк-Dра или ра =ро -Dра.

У двигателей без наддува потери давления Dра за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах:

для бензиновых и газовых двигателей - (0, 05…0, 2)ро,

для дизелей без наддува - (0, 03…0, 18)ро,

для дизелей с наддувом - (0, 03…0, 1)рк.

б) Определяют величины Т_а и h_v по следующим формулам:

                                                                                                        

                                                     (2)

Для двигателей без наддува в уравнениях (1) и (2) Тк =То; рк =ро.

в) В зависимости от принятого значения a определяют состав смеси, введенной в цилиндры двигателя. (ориентировочно)

М₁ = aL₀/ 29; кмоль. (3)

L₀= 14, 5 кг. воздуха / кг. топлива – для дизеля,

L₀= 15 кг. воздуха/ кг. топлива. – для бензинового двигателя.

Процесс сжатия

Определяют параметры процесса сжатия: n₁, р_с, Т_с, .

Показатель политропы сжатия определяется из соотношения:

n₁ = 1, 41 – 100/n; (4)

где n – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.,

Давление конца сжатия:

. (5)

Температура конца сжатия:

  (6)

Масса рабочей смеси в конце сжатия:

. (7)

Процесс сгорания

а) Определяют массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.

a³ 1, 0 (8)

a£ 1, (9)

где С = 0, 855; 0, 87; Н = 0, 145; 0, 125 – соответственно элементарный состав топлива для бензина и дизтоплива.

б) Определяют температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений: 

для бензинового двигателя  (10)

                      для дизеля                 (11)

 где m - коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания

m= , (12)

где x - коэффициент использования теплоты,

для бензиновых двигателей - x=0, 85… 0, 95; для дизелей - x=0, 7…0, 9.

Н_u- низшая теплотворная способность топлива,

для бензина - 44 × , для дизтоплива -

D H_u - потери теплоты вследствие неполноты сгорания при a < 1;

. (13)

в) Определяют максимальное давление газов в цилиндре по формулам:

для дизелей р_z = l × р_c, (14)

Степень повышения давления l принимается:

для дизелей с неразделенной камерой сгорания - 1, 8…2, 2,

для дизелей с разделенной камерой сгорания - 1, 4…1, 6,

для дизелей с пленочным смесеобразованием - 1, 5…1, 8.

Степень предварительного расширения при сгорании (только для дизеля)

для бензиновых двигателей . (15)

Процесс расширения

Определяют параметры процесса расширения: n₂, р _b, Т_b.

Показатель политропы расширения определяется из соотношения:

n₂ = 1, 22 + 1, 30/n.,

где n –номинальная частота вращения.

Давление и температура конца расширения:

для бензиновых двигателей

, (16)

. (17)

для дизелей

, (18)

                                 . (19)

где -степень последующего расширения,

-степень предварительного расширения.