Скачать

Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА.

КАФЕДРА АД и С

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

"Тепловой расчет ДВС"

по дисциплине "Автомобильные двигатели"

Выполнил: студент гр. 1371 Золев А.В.

Руководитель: Сосницкий А.Б.

Казань 2007

Содержание

Исходные данные. 3

1. Тепловой расчет двигателя. 4

2. Основные параметры двигателя. 15

3. Построение индикаторных диаграмм. 17

Список используемой литературы.. 21

Исходные данные

1. Мощность двигателя,  Ne = 87 кВт;

2. Частота вращения коленчатого вала, nN = 6000 об/мин;

3. Тактность двигателя, τ = 4;

4. Количество цилиндров, i = 4;

5.   Степень сжатия, ε = 10,3;

6. Тип охлаждения – жидкостное.

Режимы для проведения теплового расчета:

а) режим минимальной частоты вращения nmin = 1000об./мин.

б) режим максимального крутящего момента nM =0,53nN = 3200 об./мин.

в) режим максимальной (номинальной) мощности nN = 6000об./мин.

г) режим максимальной скорости движения автомобиля

   nmax = 1.05nN = 6300 об./мин.

Подбор аналогов

Величина

Проектируемый

двигатель

Ne, кВт86/4/6000
Ме, Н*м136,2/6000
ε10,3

Vл, л

1,9
D/S88/78

Nл = Nе/Vл

45,1

1. Тепловой расчет двигателя

Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.

Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115 кг/кмоль.

Определим низшую теплоту сгорания топлива

Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.

Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива      

кмоль возд/кг топл.

кмоль

возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основных режимах

(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения α = 0,86.

Количество горючей смеси.

 кмоль гор.см./кг. топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5

кмольСО2/кгтопл.

 кмольСО/кгтопл.

кмольН2О/кгтопл.

кмольН2/кгтопл.

 кмольN2/кгтопл.

Общее количество продуктов сгорания:

М2 = МСО2 + МСО + МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79αL0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.

Результаты занесем в таблицу

параметрыРабочее тело; карбюраторный двигатель                

n, мин-1

    1000   3200   6000    6300
        α    0,86   0,96   0,96    0,96

М1 кмоль. гор.см./кг.топл.

    0,4525   0,5041   0,5041    0,5041

МСО2 кмоль СО2/кг.топл.

    0,0512   0,0655   0,0655    0,0655

МСО кмоль СО/кг.топл.

    0,0200   0,0057   0,0057    0,0057

МН2О кмоль Н2О/кг.топл.

    0,0625   0,0696   0,0696    0,0696

МН2 кмоль Н2/кг.топл.

    0,0100   0,0029   0,0029    0,0029

МN2 кмоль N2/кг.топл.

    0,3515   0,3923   0,3923    0,3923

М2 кмоль пр.сг/кг.топл.

    0,4952   0,5361   0,5361    0,5361

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува

Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К

Температура остаточных газов.

(рис. 5.1 литература 1 принимаем).

При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К

Давление остаточных газов.

Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:

PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.

Процесс пуска.

Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ ТN = 8ºС.    

                                                                                                          (1)

Плотность заряда на выпуске.

Ρr = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) = 1,189 кг / м3,

где RB – 287 Дж / (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха.

                                                                                                               (1)

    Потери давления на впуске.

    При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β2 + ξВП = 2,8 и

 ωВП = 95 м/с.

     β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.

    ξВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.

     ωВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.

                                                                                                                 (1)

Тогда ΔРа на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:

ΔРа = (β2 + ξвп) А2nn2ρо10-6/2, где Аn = ωвп/ nN

 Аn = 95 / 6000 = 0,0158

ΔРа = 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 = 0,0150

Давление в конце пуска.

В карбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.

Ра = Ро – ΔРа = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.

Коэффициент остаточных газов.

При nN = 6000 мин-1.

φоч = 1 – коэффициент очистки.

φдоз = 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.

Температура в конце впуска.

Та = (То + ΔТ + γr * Tr) / (1 + γr) = (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329

Коэффициент наполнения.

Результаты вычислений занесем в таблицу.

 параметры                 Процесс впуска и газообмена

   n, мин-1

    1000    3200    6000    6300
      α     0,86    0,96    0,96    0,96

  Тr , K

    900    1010    1070    1080

  Pr , Mpa

    0,1039    0,1076    0,118    0,1195
  ΔT , ºC    22,29    16    8    7,14
  ΔPa , Mpa    0,0004    0,0043    0,0150    0,0166
   Pa , Mpa    0,0996    0,0957    0,085    0,0834
   φ , доз    0,95    1,025    1,12    1,13
       γ    0,0418    0,0365    0,0385    0,0390
    Та , К    339    334    329    329

     ηv

    0,8699    0,9207    0,9255    0,8939

Процесс сжатия.

При ε = 10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.               

                                                                                                                   (1)

Давление в колнце сжатия.

При nN = 6000 мин-1

Рс = Раεn = 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.

Температура в конце сжатия.

Тс = Таεn-1 = 329*10,31,376-1 = 792 К.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.

а) свежей смеси (воздуха)

20,6 + 2,638 * 10-3 * tc, где tc = Тс - 273 ºС

20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).

б) остаточных газов

определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1 , α = 0,96 и tc = 519 ºС.    

 (m) = 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).

(m) = 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).

(m) = 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).

в) рабочей смеси

 кДж/(кмоль град).

(m) =  кДж/(кмоль град).

Результаты вычислений заносим в таблицу.

  параметры                                Процесс сжатия

    n, мин-1

       1000       3200       6000      6300

    к1

       1,3751       1,3757       1,3765      1,3766

    n 1

       1,370       1,373       1,376      1,376

    Рс , МПа

       2,4309       2,3532       2,1036      2,0655

    Тс , ºК

       803       796       792      792

    tc , ºС

       530       523       519      519

   (m. cv)to

       21,998       21,980       21,969      21,968

 (m)to

       24,169       24,141       24,122      24,121

    (m)to

       22,085       22,056       22,049      22,049

Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

ΔНu = 119950*(1-α)*L0 кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.

Теплота сгорания рабочей смеси:

Нраб.см. =  кДж/кмоль раб.см.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(m)

кДж/кмоль град.

Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.

(m)*(0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz) кДж/кмоль град.

Коэффициент использования теплоты ξz принимаем = 0,88:

                                                                                                                    (1)

Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин

ξz Нраб.см + (m) tc = μ(m)tz :

  0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,

  0,002204+26,165 tz– 81132 = 0, откуда

 tz =

   = 2552 ºС;

Tz = tz + 273 = 2825 К;

 Максимальное давление сгорания теоретическое:

   pz = pc*μ* Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.

Максимальное давление сгорания действительное:

   Pzд  = 0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.

Степень повышения давления:

   λ =  pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.

  параметры                            Процесс сгорания

     n, мин-1

      1000      3200      6000      6300

        μ0

     1,0945     1,0635      1,0635     1,0635
        μ     1,0907     1,0613      1,0612     1,0611
ΔН , кДж/кг     8665     2476      2476     2476

Нраб.см.кДж/кмоль

     74813     79348      79193     79155

    (m)

     24,2982+

    0,002034tz

     24,6566+

    0,002077tz

      24,6566+

    0,002077tz

     24,6566+

    0,002077tz

         ξz

     0,83     0,92       0,88     0,86

         tz , ºС

     2330     2643       2552     2509

         Tz , ºК

     2603     2916       2825     2782

         Pz , МПа

     8,5967     9,1438
  • Астрономии
  • Банковскому делу
  • ОБЖ
  • Биологии
  • Бухучету и аудиту
  • Военному делу
  • Географии
  • Праву
  • Гражданскому праву
  • Иностранным языкам
  • Истории
  • Коммуникации и связи
  • Информатике
  • Культурологии
  • Литературе
  • Маркетингу
  • Математике
  • Медицине
  • Международным отношениям
  • Менеджменту
  • Педагогике
  • Политологии
  • Психологии
  • Радиоэлектронике
  • Религии и мифологии
  • Сельскому хозяйству
  • Социологии
  • Строительству
  • Технике
  • Транспорту
  • Туризму
  • Физике
  • Физкультуре
  • Философии
  • Химии
  • Экологии
  • Экономике
  • Кулинарии
  • Подобное: