Тепловой расчет рядного четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с учетом процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра «Двигателей внутреннего сгорания»

Тепловой расчет рядного четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с учетом процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания

Курсовая работа

по дисциплине «Теория рабочих процессов и моделирование в ДВС»

ЯГТУ 140501.65

2013



Реферат

Страниц 28, рисунков 25, приложений 2

ДВИГАТЕЛЬ, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ, СГОРАНИЕ, ТОПЛИВОПОДАЧА, ЦИЛИНДР, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ

Объект исследования - поршневой рядный дизельный с турбонаддувом четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.

Цель работы - выполнение теплового расчета ДВС с учетом процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания с заданными параметрами.

В ходе работы выполнен расчет рабочего процесса двигателя в программном комплексе «Дизель-РК», а также смоделирован этот процесс. Была выбрана форма камеры сгорания, определены параметры форсунки, топлива и наддува.

В ходе выполнения работы были успешно решены все поставленные задачи:

Выполнен тепловой расчет, получены индикаторные и эффективные показатели двигателя, смоделирован рабочий процесс.

В результате работы получены следующие параметры:

Мощность 51 кВт,

Крутящий момент 171,3 Нм,

Удельный эффективный расход топлива 0,25422 кг/(кВт*ч)



Оглавление

Введение

Основная аналитическая часть теплового расчета двигателя

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Приложение 2



Введение

Целью работы является научиться методически определять параметры двигателя, анализировать данные испытаний двигателя. В ходе курсовой работы нужно определить изменение параметров рабочего тела в цилиндре двигателя, определить скорость тепловыделения, относительное тепловыделение, определить количество токсичных компонентов, определить расположение форсунки, количество и диаметр отверстий, параметры топлива и наддува.

Для этого зададим параметры двигателя:

ДВС четырехцилиндровый, рядный, дизельный с наддувом

Диаметр цилиндра 94мм,

Ход поршня 104мм,

Степень сжатия 17,

Номинальная частота вращения 2850 об/мин.



Основная аналитическая часть теплового расчета двигателя

Используя программу Дизель РК, занесем данные двигателя:

Рис.1Выбор типа и компоновки двигателя

Рис.2 Выбор размерности двигателя

Рис.3 Выбор области применения двигателя и параметров окружающей среды

Рис.4 Выбор параметров наддува

Получим проект двигателя с заданными характеристиками.

Внесем корректировки в настройках цилиндропоршневой группы для более точного расчета:

Рис.5 Выбор параметров цилиндро-поршневой группы



Рис.6 Выбор параметров цилиндро-поршневой группы

Рис. 7 Выбор параметров цилиндро-поршневой группы

Рис.8 Выбор параметров цилиндро-поршневой группы



Внесем корректировки в настройках топливной аппаратуры и камеры сгорания для более точного расчета:

Рис.9 Выбор камеры сгорания

Рис.10 Выбор характеристики впрыска

Максимальное давление впрыска 1500 бар

Рис.11Уточнение характеристик впрыска и сгорания

Рис.12Уточнение характеристик впрыска и сгорания

Рис. 13 Выбор характеристики распылителя

Принимает количество форсунок на цилиндр 1 штука. Диаметр сопловых отверстий 0,15 мм, количество сопловых отверстий 7.

Внесем корректировки в настройках газораспределения для более точного расчета:

Рис.14 Характеристика впускной системы газораспределения

Рис.15 Характеристика выпускной системы газораспределения



Рис.16 Схема впускных каналов

Рис. 17 Схема выпускных каналов

Выберем на двигатель турбокомпрессор с охладителем надувочного воздуха:

Рис.18 Выбор турбокомпрессора

Режим работы двигателя:

Рис.19 Характеристика режима работы двигателя

Производим расчет теплового процесса двигателя в программе, получаем следующие показатели работы двигателя, которые представлены в приложении 1.

По результатам теплового расчета построим зависимости давления в цилиндре, температуре в цилиндре, расхода газа через выпускные каналы от поворота КВ:

Рис.20 Индикаторная диаграмма P=f(б):

Рис.21 Индикаторная диаграмма процессов газообмена Gsc=f(б):

Рис.22 Изменение температуры рабочего тела в цилиндре Tc=f(б):

С помощью визуализации развития топливных струй можно посмотреть, как развивается топливный факел при впрыске топлива с камеру сгорания: двигатель сгорание форсунка газораспределение

Рис.23 Развитие топливной струи

Рис.24 Развитие топливной струи

Рис.25 Развитие топливной струи

Получив все расчеты и построив графики, сравним полученные показатели норм Евро с принятыми. Показатель NOx у расчетного двигателя равен 3.8670, сравнивая с принятыми стандартами, получим показатель нормы Евро 3, по стандарту он не должен превышать 7.

Произведем тепловой расчет в программе Гриневецкого, Мазинга, где по заданной мощности определяются размеры ЦПГ, для сравнения характеристик двух расчетов, данные расчета представлены в приложении Б.

Результаты получаются разные, т.к. в программе Гринивецкого-Мазинга имеются допущения

- схематизация процесса сгорания, подобная принятой в идеальных циклах, если не считать приближенного учета догорания топлива по линии расширения при выборе величин коэффициента использования теплоты;

- отсутствует учет параметров топливоподачи (момент подачи топлива и его количество);

- отсутствует учет влияния фаз газораспределения на показатели рабочего цикла двигателя.



Заключение

Рассмотренная методика практически позволяет выполнить два вида теплового расчета. В одном случае по заданной мощности определяются S и D двигателя. В другом случае по заданным величинам S и D определяются мощность двигателя.

Полученные результаты расчета сопоставимы с параметрами современных двигателей, выпускаемых промышленностью.

Следует отметить, что результаты теплового расчета ДВС являются исходными данными для таких дисциплин как «Динамика двигателей», «Системы двигателей», «Конструирование и расчет ДВС», «Агрегаты наддува».



Список литературы

1) сайт МВТУ им. Баумана www.diezel-rk.bmstu.ru

2) «Тепловой расчет поршневых двигателей»: методическое пособие / Сост. А.А. Павлов. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2007.-28с.

3) ЕЭК ООН 24-09



Приложение 1

"4ка ряд"

Режим: #1 : "RPM=2850, Пк=2.00 ";

Топливо: Diesel No. 2

----------------- МОЩНОСТНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ --

2850.0 - n - Частота вращения коленчатого вала, [1/мин]

51.121 - Ne - Mощность, [кВт]

7.4559 - Pe - Cреднее эффективное давление, [бар]

171.30 - Me - Крутящий момент, [Нм]

0.03800 - qc - Цикловая подача топлива, [г]

0.25422 - ge - Удельный эффект. расход топлива, [кг/(кBт*ч)]

0.33320 - Eta_e - Эффективный KПД

10.478 - Pi - Cреднее индикаторное давление, [бар]

0.46824 - Eta_i - Индикаторный KПД

2.1654 - Pтр - Давление трения, [бар]

0.71159 - Eta_mex - Mеханический KПД

ПАРАМЕТРЫ ОКРУЖАЩЕЙ СРЕДЫ ---------------------

1.0000 - Ро* - Давление заторм. потока, [бар]

288.00 - То* - Температура заторможенного потока, [К]

1.0400 - Pо_т - Статическое давление за турбиной, [бар]

0.98000 - Ро_вх* - Давление заторм. потока за фильтром, [бар]

НАДДУВ И ГAЗOOБMEH -------------------------

1.9100 - Pк - Давление перед впускным коллектором, [бар]

310.46 - Tк - Tемпература перед впускным коллектором, [K]

0.13684 - Gair - Pасход воздуха (+EGR) через цилиндры двиг.,[кг/с]

0.47650 - КПД_тк - KПД агрегата наддува

2.2270 - Pt* - Среднее давление перед турбиной, [бар]

680.52 - Tt* - Cредняя температура перед турбиной, [K]

0.13767 - Ggas - Pасход O.Г. через цилиндры двиг., [кг/с]

2.6154 - Alfa_sum - Kоэфф. избытка воздуха суммарный

-0.85644 - Pнх - Среднее давление насосных ходов, [бар]

0.95458 - Eta_v - Kоэффициент наполнения

0.04021 - Gamma_r - Kоэффициент остаточных газов

0.97566 - Fi - Kоэффициент продувки

0.48483 - G_забр.% - % заброса O.Г. во впускной коллектор

2.0067 - G_утеч.% - % утечек через поршневые кольца

BПУCKHOЙ KOЛЛEKTOP -------------------------

1.8864 - Ps - Среднее давление во впуск. коллект., [бар]

314.26 - Ts - Средн. температ. во впуск. коллект., [K]

317.26 - Tws - Cредняя температура стенки вп. колл., [K]

99.847 - Alfa_ws - Kоэфф. теплоотдачи во вп. колл., [Bт/(м2*K)]

340.05 - Alfa_wsc - Kоэфф. теплоотд. в клап.канале, [Bт/(м2*K)]

BЫПУCKHOЙ KOЛЛEKTOP ------------------------

2.2211 - Pr - Среднее статическое давление O.Г., [бар]

680.06 - Tr - Cредняя статическая температура O.Г., [K]

36.560 - Wr - Cредняя скорость газа, [м/с]

10.471 - Sh - Число Струхаля: Sh=a*Tau/L (д.б. Sh > 8)

613.95 - Twr - Cредняя температура стенки вып. колл., [K]

116.60 - Alfa_wr - Kоэфф. теплоотдачи в вып. колл., [Bт/(м2*K)]

973.09 - Alfa_wcr - Kоэфф. теплоотд. в клап.канале, [Bт/(м2*K)]

CГOPAHИE ----------------------------

2.6808 - Alfa - Kоэффициент избытка воздуха при сгорании

107.24 - Pz - Mаксимальное давление цикла,[бар]

1532.3 - Tz - Mаксимальная температура цикла, [K]

7.0000 - Fi_pz - Угол максимального давления, [град. за BMT.]

29.000 - Fi_tz - Угол максимальн. температуры,[град. за BMT.]

3.5025 - dP/dFi - Maкс. скор. нарастания давл., [бар/град]

Впрыск: Custom Fuel Injection System

830.02 - P_впр.max- Mакс. давление впрыска, [бар]

11.576 - d_32 - Cредний диаметр капель, [мкм]

4.0000 - Teta_оп - Oпережение впрыска / зажигания,[град.до BMT]

26.508 - Fi_впр - Продолжительность топливоподачи, [град]

4.4552 - Fi_задер - Период задержки воспламен. в цилиндре,[град]

0.06136 - Sig_и_здр- Доля топлива, испаривш. за период задержки

49.200 - Fi_горeн - Продолжительность сгорания, [град.п.к.в.]

1.7330 - H_вмт - Вихревое число (отношение) в КС в ВМТ

1.2622 - H_нмт - Вихревое число в цилиндре в начале сжатия

22.758 - W_swirl - Макс. скорость вихря [m/c] в КС на радиусе R= 37

----- ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОKАЗАТЕЛИ ---------------------

2.1998 - Hartridge- Эмиссия дыма по шкале Хартриджа

0.24093 - Bosch - Эмиссия дыма по шкале Бош

0.05238 - K,m-1 - Коэфф. абсол. светопоглощения ОГ по ЕЭК,[1/m]

0.05724 - PM - Эмиссия твердых частиц [г/(кВт*ч)]

819.15 - CO2 - Эмиссия диоксида углерода, [г/(кВт*ч)]

238.65 - NOx,ppm - Концентр. влажных NOx, [1/млн, (ppm)]

3.8670 - NO2,г/кВч- Эмиссия NOx приведен. к NO2, [г/(кВт*ч)] (Zeldovich)

0.74322 - SE - Комплекс суммарной эмиссии NOx и PM

0.0000 - SO2 - Эмиссия SO2, [г/кВтч]

BHУTPИЦИЛИHДPOBЫE ПAPAMETPЫ --------------------

2.2952 - Pa - Давление начала сжатия, [бар]

370.83 - Ta - Tемпература начала сжатия, [K]

94.769 - Pc - Давление конца сжатия, [бар]

1000.1 - Tc - Tемпература конца сжатия, [K]

6.5583 - Pb - Давление начала выпуска, [бар]

904.83 - Tb - Tемпература начала выпуска, [K]

ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛООБМЕНА ЦИЛИНДРА --------------------

871.25 - T_ср - Средняя эквивалентная температура цикла, [K]

525.74 - Alfa_w - Cр. коэфф. теплоотд. от газа к стен,[Bт/м2/K]

502.66 - Tw_поршн - Cредн. температура огневого днища поршня, [K]

420.00 - Tw_втулк - Cредн. температ. огневой поверхн. втулки,[K]

456.97 - Tw_крышк - Cредн. температ. огневой поверхн. крышки,[K]

380.34 - Tw_охл - Cредн. температура со стороны охлаждения

крыш крышки цилиндра, [K]

398.16 - Tкип. - Температ.кипения в сист. жид. охлаждения,[К]

10450. - Alf_w_охл- Cредн. коэфф. теплоотдачи [Bт/(м2*K)] от

стенки крышки цилиндра к охлажд. среде.

1511.4 - q_крышки - Тепловой поток в крышку цилиндра, [Дж/с]

1344.7 - q_поршня - Тепловой поток в поршень, [Дж/с]

1345.3 - q_цилинд - Тепловой поток во втулку цилиндра, [Дж/с]

ПAPAMETPЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС --------------

17.000 - Степ.сжат- Степень сжатия (для ПДП при обоих поршнях в ВМТ)

7.0000 - i_сопел - Число сопловых отверстий форсунки

0.15000 - d_сопел - Диаметр сопловых отверстий форсунки, [мм]

30.000 - Fi_впр.х - Продолжит. впрыска для зад. хар. впрыска,[град]

0.0000 - qc_х - Цикл. порц. топл. для заданной хар. впрыска,[г]

64.000 - Нач.вып - Начало выпуска, [град. до НMT] (ВПуск. вала)

15.000 - Кон.вып - Конец выпуска, [град. за xMT] (ВПуск. вала)

10.000 - Нач.впуск- Начало впуска, [град. до xMT] (ВПуск. вала)

42.000 - Кон.впуск- Конец впуска, [град. за НMT] (ВПуск. вала)

---- ПAPAMETPЫ КОМПРЕССОРА ступени высокого давления

12.356 - N_квд - Mощность компрессора ВД, [кBт]

0.70200 - КПД_квд - Адиабатный КПД компрессора ВД

0.13684 - G_квд - Расход воздуха через компрессор ВД, [кг/с]

2.3696 - Gпр_квд - Расход воздуха приведенный через КВД

0.13727 - Gcor_квд - Расход воздуха через КВД скорректиров.,[кг/с]

2.0000 - П_квд - Степень повышения давления в компрессоре ВД

0.98000 - Ро_квд - Полное давление на входе в КВД, [бар]

288.00 - То_квд - Температура торможения на входе в КВД, [К]

1.9600 - Рк*"квд - Полное давление за компрессором ВД, [бар]

377.85 - Тк*"квд - Температура торможения за компрессором ВД,[К]

0.75000 - Ecool_вд - Термическая эффективность ОНВ ВД

288.00 - Tcool_вд - Температура охлаждающего агента в ОНВ ВД,[К]

1.9100 - Рк*_квд - Давление наддува за КВД, [бар]

310.46 - Тк*_квд - Температура наддувочного воздуха за КВД,[К]

ПAPAMETPЫ ТУРБИНЫ ступени высокого давления ------------

12.356 - N_твд - Mощность ТВД с учетом мех. КПД, [кBт]

0.73146 - КПД_твд - Внутренний КПД турбины ВД

0.92700 - КПДм_твд - Механический КПД турбины ВД

0.13767 - G_твд - Расход газа через ТВД, [кг/с]

1.6126 - Gпр_твд - Расход газа через ТВД приведенный

2.1432 - П_твд - Степень понижения давления в турбине ВД

14.917 - В_твд - Относительная работа ТВД

2.2270 - Рт*_твд - Полное давление перед турбиной ВД, [бар]

680.52 - Тт*_твд - Температура торможения на входе в ТВД, [К]

1.0391 - Ро_твд - Противодавление за турбиной ВД, [бар]

592.59 - То_твд - Температура газа за турбиной ВД, [К]

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОПЛИВА ПО ЗОНАМ НА МОМЕНТ ОКОНЧАНИЯ РАЗВИТИЯ СТРУЙ

N¦ угол в¦угол с¦ поверхн. ¦_____доли топлива в характерных зонаx %____

с¦ плане ¦осью ц¦ контакта ¦ Оболоч. Ядро_V Порш. Перекр Крышка Цил.зeр

1¦ 0.0 ¦ 70.0 ¦кам.в порш¦ 11.70 0.35 2.23 0.34 0.00 0.00

2¦ 51.4 ¦ 70.0 ¦кам.в порш¦ 11.68 0.35 2.25 0.20 0.00 0.00

3¦ 103.0 ¦ 70.0 ¦кам.в порш¦ 11.63 0.35 2.30 0.07 0.00 0.00

4¦ 154.0 ¦ 70.0 ¦кам.в порш¦ 11.67 0.35 2.27 0.19 0.00 0.00

5¦-154.0 ¦ 70.0 ¦кам.в порш¦ 11.63 0.35 2.31 0.06 0.00 0.00

6¦-103.0 ¦ 70.0 ¦кам.в порш¦ 11.67 0.35 2.26 0.18 0.00 0.00

7¦ -51.4 ¦ 70.0 ¦кам.в порш¦ 11.70 0.35 2.24 0.28 0.00 0.00

Сумма по всем струям % 100.¦ 76.66 5.07 18.27 0.00 0.00 0.00

Константы испарения bи ¦ 13873 4690 1049 886 902 30

Прим.: Перекр. - часть топлива ядра пристеночного потока, набегающая

на пристеночные потоки от соседних струй.

Вихревое¦ (Надпорш. зазор, мм. 1.00) ¦ Оптим.¦ Геометрическое - 1.94

число H ¦ Для КС в конце сжатия 1.73 ¦ для КС¦ Уточн.Разлейцевым- 1.58

Версии модулей: Ядро 24.09.08; РК-модель 25.09.08; NOx-модель 5.06.08



Приложение 2

Внесем данные:

0.280-Давление наддува или атмосферное давление мПа

293.-Температура окружающего воздуха К

0.0050-Сопротивление всасывающего коллектора мПа

10.00-Подогрев смеси К

0.165-Давление в выхлопном коллекторе мПа

822. -Температура газов в выхлопном коллекторе К

1.40. Отношение PZ к PС -

1.7 -Коэффициент избытка воздуха-

17.0 -Степень сжатия-

108.1-Эффективная мощность двигателя кВт

4. Число цилиндровштук

2850.-Частота вращения коленвала об/мин

09.88-Средняя скорость поршня м/с

0.27 Отношение R/L

Производим расчет и получаем:

Исходные данные расчета:

PO=.2800 TO=293. DPA=.0050 DT=10.0 PR= .17 TR=822.

LY=1.40 AL=1.70 E=17.0 NE=108. I= 4. N=2850.

CM= 9.9 LA= .27

Результаты теплового расчета:

n0 n1 1.3749 1.3533

nz n2 1.2224 1.2062

PR=.165 TR=822. 9T V= .973 LO= .495 MCV=22.27

PA=.275 TA=437. GAMR= .013 AL= .841 MCP=34.18

PC=**** TC=1199. DM= .0327 RO= 1.36

PZ=17.96 TZ=2217. BO=1.04 DEL=12.51

PB= .82 TB=1260. B=1.038 N1=1.356

PV=15.39 TR= 740. BZ=1.029 N2=1.224 Tk= 422.

Показатели дизеля:

P1=1.917 ќTT= .480 S= 104. NE=109.0 VC= 45.20

PI=1.859 ќTI= .480 D= 94. NЏ=39.18 VA= 768.40

PM= .210 ќTE= .426 FP= 69.5 N‹=37.37 VZ= 61.438

PE=1.650 ќTM= .887 DL= 19.3 CM= 9.88 VH= 723.20

GI= .179 GE= .202 R= 5.20 SC= .650

Построение индикаторной диаграммы:

E VXC PXC PXR

1.000 45.200 12.825 17.955

1.359 61.438 8.458 17.955

2.000 90.400 5.010 11.193

3.000 135.600 2.891 6.815

4.000 180.800 1.957 4.792

5.000 226.000 1.446 3.647

6.000 271.200 1.129 2.918

7.000 316.400 .916 2.416

8.000 361.600 .764 2.052

9.000 406.800 .652 1.776

10.000 452.000 .565 1.562

11.000 497.200 .496 1.390

12.000 542.400 .441 1.249

13.000 587.600 .396 1.133

14.000 632.800 .358 1.035

15.000 678.000 .326 .951

16.000 723.200 .299 .879

17.000 768.400 .275 .816

Размещено на Allbest.ru

...