Тепловой расчёт и тепловой баланс карбюраторного двигателя

Содержание

 

1. Тепловой расчет

2. Построение свернутой индикаторной диаграммы

Заключение

Список используемой литературы

 

 

Отношение l = r / l _ш = 0,285 r - радиус кривошипа

                                          l _ш – длина шатуна

Степень сжатия, e - 10;

 Номинальная мощность, Ne, [кВт] – 70;

Коэффициент избытка воздуха, a - 0,95;

Номинальная частота, n _ном [мин^-1 ] – 5500;

 

 

Тепловой расчёт и тепловой баланс карбюраторного двигателя

 

Произвести расчет четырехтактного карбюраторного двигателя, предназначенного для легкового автомобиля. Эффективная мощность двигателя N_е = 70 кВт при частоте вращения коленчатого вала п = 5500 об/мин. Двигатель четырехцилиндровый, i = 4 с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия ε = 10.

Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 10 можно использовать бензин марки АИ-92.

Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива

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

Низшая теплота сгорания топлива

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

кмоль возд/кг топл.;

=  кг возд/кг топл.

Коэффициент избытка воздуха. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается α = 0,95.

Количество горючей смеси М₁= α*L₀ + l/m_т;

M₁ = 0,95 · 0,516+1/115= 0,4988 кмоль гор. см/кг топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5

Углекислый газ

 кмоль       Окиси углерода, СО₂/кг топл;

 кмоль СО/кг топл;

 

Водяного пара, Н₂О/кг топл;

= 0,0045

 кмоль Н₂/кг топл;

Азота:

 кмоль N₂/кг топл;

Общее количество продуктов сгорания

;

Проверка: М₂ = 0,855/12 + 0,145/2 + 0,792 ∙ 0,95 ∙ 0,516 = 0,5319 кмоль

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Принимаются стандартные условия окружающей среды: барометрическое давление Р₀ = 101,3 кПа, температура воздуха Т₀ = 293 К.

 

Температура остаточных газов. При постоянном значении степени сжатия ε = 10 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при α = const, но уменьшается при обогащении смеси. α = 0,95.

Давление остаточных газов

p_rN = 1,18р₀ = 1,18 · 0,1 =0,118 МПа.

Тогда

A_р = (p_rN – p₀ ·1.035) 10⁸/( ₎ = (0,118-0,1·1,035) 10⁸/(5500² • 0,1) = 0,4793;

Р_r = р₀(1,035 + A_р· 10^-8n²) = 0,1 (1,035+ 0,4973 · 10^-8n²) = 0,1035 + 0,4793·10^-9n².

Т_{r=1060 К}

Процесс впуска. Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается ∆Т_N=8°С. Тогда

;

.

    =7,99 °С

    Плотность заряда на впуске

,

где R_B = 287 Дж/кг · град — удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске β² + ξ_вп = 2,8 и ω_вп = 95 м/с. Тогда

А_n = ω_вп /n_N = 95/5500= 0,01727;

.

Отсюда получим:

∆p_α= 2,8 • 0.01727² • 5500² • 1,189 Ч10^-6/2 = 0,015 МПа;

Давление в конце впуска

 р_α= p₀ — ∆p_α,

р_{α=0,085 МПа}

Коэффициент остаточных газов.

 При определении γ_r для двигателя без наддува принимается коэффициент очистки φ_оч = 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме φ_доз = 1,10, что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30—60°. При этом на минимальном скоростном режиме (п = 900 об/мин) возможен обратный выброс в пределах 5%, т. е. φ_доз = 0,95. На остальных режимах значения φ_доз можно получить, приняв линейную зависимость φ_доз от скоростного режима. Тогда

;

Температура в конце впуска:

 

 К;

Коэффициент наполнения:

.

 

 

Процесс сжатия.

 Средний показатель адиабаты сжатия k₁при ε =10 и рассчитанных значениях Т_а определяется по графику, а средний показатель политропы сжатия n₁ принимается несколько меньше k₁. При выборе n₁ учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n₁ уменьшается по сравнению с k₁ более значительно:

k _1=1,378

T_{α =330}

n _1=1,377

Давление в конце сжатия

 (

МПа.

Температура в конце сжатия

 

при n = 5500 об/мин  К.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха):

где

t_{c =} 513,15°С

=21,95 кДж/(кмоль · град);

б) остаточных газов

- определяется методом экстраполяции;

α = 0,95 и t_c =513 °С

 кДж/(кмоль • град).

в) рабочей смеси

 

 кДж/(кмоль • град);

Процесс сгорания. Коэффициент молекулярного изменения горючей  и рабочей смеси  

μ₀=0,5319/0,4988 =1,0663; μ=(1,0633+0,04059)/(1+0,04059)=1,06083;

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива:

 ∆Н_u= 119950(1— α)L₀.

∆Н_u= 119950·(1— 0,95)·0,516=3095 кДж/кг.

Теплота сгорания рабочей смеси

Н_раб.см = (Н_u - ∆H_u)/[М₁(1 + γ_r)].

Нраб.см = (43930 - 3095)/[0,4988(1 + 0,04059)]=85197 кДж/кмоль раб. см;

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

 

=(1/0,5319) [0,0012 ∙(39,123 + 0,003349t_z) +0,0064∙ (22,49 + 0,00143t_z) + 0,0045 (26,67 + 0,004438t_z) + 0,0032 ∙ (19,678 + 0,001758t_z) + 0,3882(21,951+ 0,001457t_z)] = 16,644 + 0,002077t_z кДж/(кмоль∙град).

Величина коэффициента использования теплоты ξ_z=0,91

 

Температура в конце видимого процесса сгорания

.

0,91 ∙ 85197 + 21,944 ∙ 513 = 1,0608 ∙ (16,644 + 0,002077t_z)t_z, или

, откуда

°C;

T_z=t_z+273=3288+273=3561 K;

Максимальное давление сгорания теоретическое

р_z = p_cμT_z/T_c^.

р_z = 2,0249·1,06083·3561/786=9,7315 МПа;

Максимальное давление сгорания действительное

р_zд = 0,85/ р_z;

р_{zд=5,524 МПа}

 

Степень повышения давления

λ= р_z /p_c=4,8059

 

Процессы расширения.

Средний показатель адиабаты расширения k₂ определяется по номограмме при заданном ε=10 для соответствующих значений α и Т_z, а средний показатель политропы расширения n₂ оценивается по величине среднего показателя адиабаты:

а= 0,95

T_{z =} 3561 К

k ₂₌ 1,2518

n ₂₌ 1,251

Давление и температура в конце процесса расширения

р_b= 9,7315/10^1,251 = 0,5459 МПа

 Т_b= 3561/10^{1,251 -1} = 1997,9 К;

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

.

; ;

где ∆ — погрешность расчета. На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 1,7%.

Заключение

 

На основе полученных в процессе теплового расчёта эффективные показатели двигателя, а также некоторых технических характеристик можно сделать некоторые выводы. Карбюраторный двигатель ВАЗ 2106 производства Волжского автомобильного завода имеет эффективный КПД равный 29%. Удельный эффективный расход топлива составляет 308 5 г/кВт∙ч. Среднее эффективное давление 0,91 МПа, что в полнее соответствует такому роду двигателей. Этот мотор можно отнести к высокооборотным, а по эффективной мощности к двигателям со средней мощностью. Отсюда следует, что действительно целесообразно использовать его в качестве привода легковых автомобилей.

 

 

Используемая литература:

 

1. Двигатели внутреннего сгорания. В 3-х книгах. Под редакцией В.Н. Луканина. 1995 Г

2. Курсовое и дипломное проектирование. Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов (работ) для студентов специальностей 140200 и 240500. Издательство АГТУ, 2002 г.. 45 с

3. Условные графические обозначения в схемах судовых систем и систем энергетических установок. Методическое пособие. Издательство АГТУ, 2002 г. 60 с.

4. Порядок построения, изложения и оформления технического задания. Методические указания. Издательство АТИРПиХ. 1993 г. 12 с.

5. Фомин Ю.Я. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1993. 344 с.

6. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1990. 328 с.

7.Дизели. Справочник. Изд-е 3-е, переработ, и дополн. Под общей редакцией В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванченко, Л.К. Коллерова. Л.: Машиностроение. 1977. 480 с

8. Двигатели внутреннего сгорания. Теория и расчёт рабочих процессов. 4-е изд., переработ, и дополн. Под общей редакцией А.С. Орлина и М.Г. Круглова. М.: Машиностроение. 1984.

9. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей. 4-е издан., переработ, и дополн. Под общей редакцией А.С. Орлина и М.Г. Круглова. М.: Машиностроение. 1984. 384 с.

10. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей. Колчин А.И. 3-е издание. 2002–496 с.

 

Тольяттинский государственный университет

Кафедра "Тепловые двигатели"

 

 

Контрольная работа на тему:

Содержание

 

1. Тепловой расчет

2. Построение свернутой индикаторной диаграммы

Заключение

Список используемой литературы

 

 

Отношение l = r / l _ш = 0,285 r - радиус кривошипа

                                          l _ш – длина шатуна

Степень сжатия, e - 10;

 Номинальная мощность, Ne, [кВт] – 70;

Коэффициент избытка воздуха, a - 0,95;

Номинальная частота, n _ном [мин^-1 ] – 5500;

 

 

Тепловой расчёт и тепловой баланс карбюраторного двигателя

 

Произвести расчет четырехтактного карбюраторного двигателя, предназначенного для легкового автомобиля. Эффективная мощность двигателя N_е = 70 кВт при частоте вращения коленчатого вала п = 5500 об/мин. Двигатель четырехцилиндровый, i = 4 с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия ε = 10.

Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 10 можно использовать бензин марки АИ-92.

Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива

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

Низшая теплота сгорания топлива

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

кмоль возд/кг топл.;

=  кг возд/кг топл.

Коэффициент избытка воздуха. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается α = 0,95.

Количество горючей смеси М₁= α*L₀ + l/m_т;

M₁ = 0,95 · 0,516+1/115= 0,4988 кмоль гор. см/кг топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5

Углекислый газ

 кмоль       Окиси углерода, СО₂/кг топл;

 кмоль СО/кг топл;

 

Водяного пара, Н₂О/кг топл;

= 0,0045

 кмоль Н₂/кг топл;

Азота:

 кмоль N₂/кг топл;

Общее количество продуктов сгорания

;

Проверка: М₂ = 0,855/12 + 0,145/2 + 0,792 ∙ 0,95 ∙ 0,516 = 0,5319 кмоль