Тепловой расчёт двигателя

1.1. Тепловой расчёт двухтактного дизеля с наддувом ДБ57

1.1.1. Условия задания.

1.1.1.1. Эффективная мощность =2640, кВт.

1.1.1.2. Частота вращения коленчатого вала n = 275, мин^-1.

1.1.1.3. Число цилиндров z=6.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

1.1.2. Исходные данные теплового расчёта.

1.1.2.1. Действительная степень сжатия Ɛ =14.36.

1.1.2.2. Коэффициент избытка воздуха α=2.3.

1.1.2.3. Давление окружающей среды P_аˈ = 0.103, МПа.

1.1.2.4. Температура окружающей среды T_аˈ=288, К.

1.1.2.5. Подогрев Свежего заряда T=25, K.

1.1.2.6. Коэффициент остаточных газов _z= 0.05_.

1.1.2.7. Температура Остаточных газов T_z= 700, k.

1.1.2.8. Максимальное Давление сгорания P_max= 17.1, МПа.

1.1.2.9. Коэффициент использования теплоты в точке ''z'' = 0.8.

1.1.2.10. Коэффициент полноты индикаторной диаграммы = 0.98.

1.1.2.11. Механический кпд двигателя =0.935

1.1.2.12. Средний показатель политропы сжатия n₁ = 1.37

1.1.2.13 Средний показатель политропы расширения n₂ = 1.24

1.1.2.14. Давление воздуха после нагнетателя P_в=0.38, МПа.

1.1.2.15.Доля номеренного хода поршня =0.1

1.1.2.16. Топливо.

1.1.3. Параметры рабочего тела.

1.1.3.1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг

топлива.

дизельное или моторное.

средний элементарный состав топлива: С=0.86; H=0.13; O=0.01

низшая теплота сгорания топлива, дизельное топливо Q_H=42500 кДж/кг.

L₀ кмоль/кг. (1)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

L₀= кг/кг.

1.1.3.2. Количество свежего заряда.

М₁= α L_0, кмоль/кг (2)

М₁= 2.3 кмоль/кг.

1.1.3.3 Количество отдельных компонентов продуктов сгорания, количество

углекислого газа СО₂: M _co2= , кмоль/кг. (3)

СО₂: M _co2= 0.071 кмоль/кг.

Количество водного пара H₂О: МН₂О = , кмоль/кг. (4)

H₂О: МН₂О = = 0.065 кмоль/кг

количество кислорода О₂ : MO₂ = 0.21 (α-1) L₀, кмоль/кг. (5)

О₂ : MO₂ = 0.21 (2.3-1) 0.5=0.135 кмоль/кг.

количество азота N₂ : M_N2 = 0.79 α L₀ , кмоль/кг. (6)

N₂ : M_N2 = 0.79 кмоль/кг.

1.1.3.4. Общее количество продуктов сгорания.

М₂ = М_CO2 + М_H2O + M_O2 + M_N2, кмоль/кг. (7)

М₂ = 0.071+ 0.065 + 0.135 + 0.899=1.17 кмоль/кг.

1.1.4. Параметры процесса газообмена.

1.1.4.1. Температура воздуха после нагнетателя.

Т_в= Т_а , K. (8)

Т_в= 288 ^0.28 = 418.339 K.

Где n_k- показатель политропы сжатия воздуха в нагнетателе.

n_k= 1.4...1.6 для поршневых нагнетателей.

1.1.4.2. Давление в начале сжатия.

Paˈ=(0.85: 0.95) Pв, МПа. (9)

Paˈ=0.85 0.38= 0.323 МПа.

1.1.4.3. Температура в начале сжатия.

Тaˈ= = 379.370 К (10)

Где -степень охлаждения заряда в холодильнике.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

-40-80⁰.

1.1.4.4. Коэффициент наполнения цилиндра, отнесённый к

полезному ходу поршня.

; (11)

=0.845.

отнесённый к полному ходу поршня.

ˈ= (1-0.1)=0.76.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

в прямоточных продувках доля потерянного хода на высоту продувочных окон

где Ψ- доля потерянного поршня. Ψn=0.08 0.15; Ψn=0.1

1.1.4.5. Плотность заряда.

Pв = кг/м³. (11)

 

Pв = 3.9кг/м³.

 

Где R=287 Дж/(кг К)-удельная газовая постоянная воздуха.

1.1.5. Параметры процесса сжатия.

1.1.5.1. Давление в конце сжатия.

P_c= Paˈ МПа. (12)

P_c= 0.323 МПа.

1.1.5.2. Температура в конце сжатия.

T_c= Тaˈ К. (13)

T_c= 379.4 К.

1.1.5.3. Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси (воздуха).

=19.88+0.002638 Т_с, кДж/(кмоль k) (14)

=19.88+0.002638 1015.25=22.558, кДж/(кмоль k)

1.1.6. Параметры процесса сгорания.

1.1.6.1. Теоретический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

₀= (15)

₀= =1.028

1.1.6.2. Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

. (16)

=1.027.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

1.1.6.3. Эмпирические формулы средних мольных теплоёмкостей отдельных газов при постоянном объёме.

Для кислорода О₂: = 23.3+ 0.001550 T_z. (17)

= 23.3+0.001550 T_z.

1.1.6.4 Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении.

= )+M_H2O()+M_O2()+M_N2()]. кДж/(кмоль . (18)

= 38.609+0.003349 )+0.065(25.459+0.004438 T_z)+0.135 (23.3+0.001550 T_z)+0.899(21.554+0.001457 )]=22.918+0.00186 кДЖ/(кмольК)
= а+B T_z,кДж/(кмоль К).

= 22.918+0.00175,кДж/(кмоль К).

где а и в - коэффициенты, полученные после подстановки числовых значений.

1.1.6.5. Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном двлении.

^"= ^"+ 8.314= a₁+в T_Z, кДж/(кмоль К). (19)

^"=22.918+0.00175Т_Z+8.314=31.302+0.00175 Т_Z

1.1.6.6. Степень повышения давления.

λ= . (20)

λ= 1.383.

1.1.6.7. Температура в конце процесса сгорания, уравнение сгорания для смешного цикла подвода теплоты.

_V)+ 8.314 λ] T_c= (mC _P) T_Z. (21)

)+8.314 1.383] 1015.25= (31.302+0.00175 T_z) T_z

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

После подстановки числовых значений всех известных параметров управление сгорания принимает вид квадратного уравнения относительно искомой величины T_z:

AT²₂+ BT_Z-C_O=0. (22)

0.0018T²₂+32.147T_Z-597.51=0.

где А,В и С- коэффициенты, полученные после подстановки числовых значений.

T_z= 1698.61К.

1.1.6.8. Степень предварительного расширения.

. (23)

1.24.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

1.1.7. Параметры процесса расширения.

1.1.7.1.Степень последующего расширения.

. (24)

= 11.56.

1.1.7.2. Давление в конце расширения.

Pвˈ= ,MПа (25)

Pвˈ= = 0.822 MПа

1.1.7.3. температура в конце расширения.

Tвˈ= ,K (26)

Tвˈ= =948.94 K

1.1.8. Индикаторные параметры рабочего тела.

1.1.8.1.Теоретическое среднее индикаторное давление, отнесённое к полезному ходу поршня.

Pˈ_mi= МПа (27)

Pˈ_mi=

1.1.8.2. Действительное среднее индикаторное давление, отнесённое к полному ходу поршня.

P_mi= P_mi(1- Ψ) ,МПа (28)

P_mi= 2.22(1- 0.1) = 1.96 МПа

1.1.8.3. Индикаторный КПД.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

. (29)

0.51

1.1.8.4. Индикаторный удалённый расход топлива.

i= , кг/(кВт . (30)

i= = 0.166, кг/(кВт .

1.1.9. Эффективный показатель двигателя.

1.1.9.1. Эффективный КПД.

_е= _{i m. (31)}

_е= _.

1.1.9.2. Среднее эффективное давление.

P_me=P_{mi m},МПа (32)

P_me=1.96 =1.832 МПа

1.1.9.3. Эффективный удельный расход топлива.

b_е= , кг/(кВт . (33)

b_е= 0.176 кг/(кВт .

1.1.9.4. Часовой расход топлива.

В_т=b_е P_e, кг/ч (34)

В_т= 2640=469.92 кг/ч

1.1.10. Основные размеры цилиндра и двигателя.

1.1.10.1. Литраж двигателя.

V_st=30 , л. (35)

V_st=30 314.4 л.

1.1.10.2. Рабочий объём цилиндра.

V_s= ,л (36)

V_s= 52.4 л.

где z- число цилиндров.

1.1.10.3. Диаметр цилиндра.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

d=100 , мм. (37)

d=100 261 мм

1.1.10.4. Ход поршня.

s=m (38)

s=3.77

1.1.11. Уточнённые основные размеры цилиндра и двигателя.

1.1.11.1Диаметр цилиндра d, мм (принять округлённое значение с точностью до 1 мм). d=260мм

1.1.11.2. Ход поршня S,мм (принять округлённое значение с точностью до 1мм). S=980мм

1.1.11.3. Литраж двигателя.

V_st= (39)

V_st= =312.028 л

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

1.1.11.4. Рабочий объём цилиндра.

Vs= (40)

Vs= =52.004 л

1.1.11.5. Эффективная мощность двигателя.

Pe= кВт (41)

Pe= =2619.99кВт

1.1.11.6. Средняя скорость поршня.

V_m= м/с. (42)

V_m= =8.98м/с.

1.1.12. построение расчётной индикаторной диаграммы.

1.1.12.1. Приведённые величины объёмов цилиндра рабочий объём цилиндра.

Vs=160+170 мм (принять):160мм

Объём камеры сгорания.

V_c= , мм (43)

V_c= =10.8мм

где доля потерянного хода поршня.

полный объём цилиндра.

V_d=V_c+V_s, мм (44)

V_d=160+10.77=170.77мм

объём сгорания V_z= V_c,мм (45)

V_z= =13.376мм

1.1.12.2. Масштабы диаграммы:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

масштаб давления M_p=0.05 , МПа/мм; M_p=0.1МПа/мм

масштаб объёмов.

M_v= л/мм. (46)

M_v= =0.328л/мм

где V_h(л)-рабочий объём цилиндра, л.

V_h(мм)-приведённый рабочий объём цилиндра, мм.

1.1.12.3. Ординаты характерных точек расчётной индикаторной диаграммы:

точка начала сжатия ˈˈаˈˈ: , мм; ˈˈа^' ˈˈ: мм (47)

точка конца сжатия ˈˈсˈˈ: , мм; ˈˈсˈˈ: =123.6 мм (48)

точка конца сгорания ˈˈzˈˈ: ˈˈzˈˈ: (49)

точка конца расширения ˈˈвˈˈ: ˈˈв^'ˈˈ: (50)

нижняя мёртвая точка ˈˈdˈˈ: ˈˈdˈˈ: =1.03мм (51)

точка атмосферной линии ˈˈP_aˈˈ: ˈˈP_aˈˈ: (52)

1.1.12.4 Построение политроп сжатия и расширения

Графический способ.

1)Политропа сжатия

Принимаем угол α=15⁰, определяем угол β₁ из уравнения

 

1+tgβ₁=(1+tg α)ⁿ¹=(1+0.27)^1.37=1.39 (53)

1+tgβ₁=(1+0.27)^1.37

1+tgβ₁=1.39

tgβ₁=1.39-1=0.39

< β₁=21.3⁰

2) Политропа расширения

Принимаем угол α=15⁰, определяем угол β₂ из уравнения

1+tg β₂ =(1+tgα)ⁿ² (54)

1+tg β₂=(1+0.27)^1.24

1+tg β₂=1.34

tg β₂ =1.34-1=034

< β₂ =18.78⁰

Политропа сжатия строится от точки «с» к точке «а», а политропа расширения от токи «z» к точке «в».

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПКТУ. ДВ 0808.000 ПЗ

2 Описание конструкции сборочной единицы