Тепловой и динамический расчет двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА

Кафедра «Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Тракторы и автомобили» на тему: «Тепловой и динамический расчет двигателя»

Оглавление

Введение

Задание на проект

1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

1.1 Определение общих показателей характеризующих работу двигателя

1.2 Определение эффективных показателей двигателя

1.3 Тепловой баланс двигателя

1.4 Определение основных параметров двигателя

Перечень использованной литературы

Введение

Целью курсовой работы является систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса дисциплины «Тракторы и автомобили», а также при выполнении практических и лабораторных работ; освоение методики и получение практических навыков теплового и динамического расчета автомобильного (тракторного) двигателя.

Приведенная в настоящем курсовом проекте последовательность расчета двигателя базируется на известных методиках, изложенных в литературе.

Основными задачами курсовой работы являются:

- получение практики применения теоретических знаний для решений задач проектирования с использованием литературных источников;

- развитие творческих способностей и инициативы при решении инженерных задач в области двигателестроения;

- привитие навыков обоснованного принятия инженерных решений на основании анализа и критической оценки параметров и конструктивных особенностей существующих двигателей.

- обретение навыков владения компьютером для выполнения инженерных задач.

Задание на проект

Прототип ___Д-240____

N ; кВТ ______50______

e

n ___________2000_____

е____________15______

i ____________4_______

Дизель Д-240

P =0,108 , МПа

r

T = 825, К

r

P = , Мпа

a

б = 1,55

о = 0,76

n = 1,2

2

Р =0,1033 , МПа

0

Т = 288, К

0

1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

Задачей теплового расчета является определение индикаторных и

эффективных показателей, построение индикаторной диаграммы, определение составляющих теплового баланса и основных размеров двигателя.

а) Процесс впуска

Давление, или коэффициент наполнения и температура в конце впуска двигателей без наддува

Ра=?h(е-1)РоТо`+РrТо/еТо, МПа

Ра=0,84х(15-1)х0,1033х300+0,108х288/15х288=0,09 МПа

То` = То + ?Т

То` =288+12=300 К

где ?Т -температура подогрева свежего заряда, для дизельных двигателей

10-400.

Та=Рае/?h(е-1)Ро/То+Рr/Тr, К

Та=0,09х15/0,84х0,1033(15-1)/288+0,108/825=321 К.

б) Процесс сжатия

Давление (МПа) и температура (К) в конце сжатия:

Рс= Ра еn1

Рс=0,09х151,35 =3,48 МПа

Тс= Та еn1-1

Тс=321х151,35-1 =828 К

Средний показатель политропы сжатия n1 зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов.

Показатель пилотропы сжатия n1 определяем из соотношения

n1 =1.41-100/n

n1 =1.41-100/2000=1.36

в) Процесс сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

lо=1/0,23(8/3С+8/1Н-От),

lо=1/0,23(8/3х0,87+8/1х0,126-0,004)=14,4.

Это же количество в молях:

Lo=lo/28.96, моль

Lo=14.4/28.96=0.49 моль

где 0,23 - массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха; µ в мольная масса воздуха (28,9 кмоль).

Действительное количество свежего заряда в молях, поступившее в двигатель для сгорания 1 кг топлива (кмоль)

М1= бLo, кмоль

М1=1,55х0,49=0,76 кмоль

Коэффициент остаточных газов для карбюраторных двигателей и двигателей без наддува:

Yr=PrTo/PoTr(е-1)?h



Yr=0.108х288/825х0,1033х(15-1)х0,84=0,031

Число молей остаточных газов:

Mr = Yr M1

Mr=0.031х0,76=0,024 кмоль

Число молей газа, находящегося в цилиндре двигателя в конце сжатия (кмоль): тепловой двигатель топливо сгорание

Mc = M1 + Mr , кмоль

Мс=0,76+0,024=0,78 кмоль

Число молей продуктов сгорания (кмоль):

М2 = М1 + Н2/4 + О2/32+0,21Lo(1- б) , кмоль

М2 = 0,76+0,126/4+0,004/32=0,79 кмоль

Число молей продуктов сгорания и остаточных газов (кмоль):

Mz = М2 + Мr , кмоль

Mz = 0,79+0,024 =0,82 кмоль

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

µ=Мz/Mc

µ=0.82/0.78=1.05

Теплоемкость свежепоступившего заряда (рабочей смеси или воздуха)



Cvc = 20,76+ 1,74х10-3Т , кДж/кмоль град

Cvc = 20,76+1,74х10-3х828 =35,2 кДж/кмоль.град

Теплоемкость продуктов сгорания :

Cpz = (8,32 + (20,112+ 0,922/б) + (13,83/б+ 15,55)10-4 . Tz , кмоль.град

Температура T в конце сгорания, определяется из уравнения сгорания:

(Сvc+8,32?)Тс+ оHu103/ М1(1+Yr)= µ Cpz Tz

В эти уравнение входят две неизвестные величины Cpz и T , для его решения подставляется значение Cpz по уравнению, выраженное через T . Тогда выражение приводится к квадратному уравнению относительно T вида:

АТz 2+ВТz+С=0

Откуда :

-В± v-4АС

Тz= А

где для дизельного топлива с составом: С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004 низшая теплота сгорания Н = 42437 кДж/кг.

Cpz = (8,32 +(20,112+ 0,922/1,55)+(13,83/1,55+15,55)х10-4х1029=54,1 , кмоль.град

Давление в конце сгорания (Мпа)



Рz=?Рс, Рz=1,6х3,48=5,7 МПа

г) Процесс расширения

Давление (МПа) и температура (К) в конце расширения

Рв=Рz.?? n2 , МПа

Тв=Тz/ ?? n2-1 , К

где е/с = - степень последующего расширения, с- степень предварительного расширения для дизельных двигателей: с= 1,2 -1,7.

??=15/1,5=10.

Рв=5,7/101,2=0,36 МПа

Тв=1029/100,2=651 К

1.1 Определение общих показателей характеризующих работу двигателя

Среднее индикаторное давление нескругленной диаграммы :

Рi`=(Рс/(е-1))(?(с-1)+?с/n2-1(1-1/ n2-1)-1/n-1(1-1/еn1-1)) ,МПа

Рi`=(3,48/15-1)х(1,6х(15-1)+1,6х1,5/1,2-1х(1-1/101,2-1)х(1-1/151,36-1))=0,89 МПа

Среднее индикаторное давление действительного цикла:

Рi=vРi`-(Рr-Pa) ,Мпа

Рi=0,93х0,89-(0,108-0,09)=0,81 МПа

где v - коэффициент скругления индикаторной диаграммы 0,92-0,95.

Среднее эффективное давление



Ре=Рi?м , МПа

Ре=0,81х0,75=0,6 МПа

Индикаторная мощность

Ni =Pi Vh z n /120 кВт

Ni =0.81х1,18х4х2000 /120 =63,7 кВт

где Vh - рабочий объем одного цилиндра, л ; z - число цилиндров;

n - частота вращения коленчатого вала, мин .

Индикаторный коэффициент полезного действия

?i=бloPi/Hu?vс

?i=1,55х14,4х0,81/42,5х0,85х1,189=0,42

Эффективный коэффициент полезного действия:

?е=?i ?m

?e=0,42х0,75=0,32

1.2 Определение эффективных показателей двигателя

Средняя эффективность давления

Ре=Рi ?m , МПа

Ре=0,81х0,75=0,6 МПа

Эффективный удельный и часовой расход топлива

ge=3600/Hu ?e , г/квт.ч



ge=3600/42,5х0,32=264 г/квт.ч

GT=ge Ne/1000 , кг/ч

GT=264х50/1000=13,2 кг/ч

1.3 Тепловой баланс двигателя

Распределение тепла, выделяемого при сгорании, происходит на следующие составляющие

Qт = Qe + Qr + Qост + Qох , кДж/с

где Q - тепло, выделенное при сгорании топлива

Q - тепло, превращенное в эффективную работу Qe=Qт ?е

Q - тепло, теряемое с отработавшими газами, в котором средние молекулярные теплоемкости продуктов сгорания и свежего заряда при постоянном давлении определяются следующим образом:

Qт= GT Hu/3600 , кДж/с

Qт=13,2х42437/3600=155,6 кДж/с

Qe=155,6х0,32=49,9 кДж/с

Qr=Gт/3600(М2СprTr`-М1СроТо) , кДж/с

Сpr=8,32+(20,112+(0,922/б)+(13,83/б)+15,5)10-4Тr`, кДж/кмоль град

где температура газов (К) в выхлопной трубе Тr` = (0,90 - 0,92) T и средняя молекулярная теплоемкость свежего заряда при постоянном давлении

Tr`=0,90х825=742 К

Сpr=8,32+(20,112+(0,922/1,55)+(13,83/1,55)+15,5)10-4х742=41,8 кДж/кмоль град

Сро=8,32+(20,76+1,74х10-3хТо) , кДж/кмоль град



Сро=8,32+(20,76+1,74х10-3х288=34 кДж/кмоль град

Qr=13.2/3600(0,79х41,8х742-0,76х34х288)=61,4 кДж/с

- тепло неучтенных тепловых потерь Q= 0,1Q

Qост=0,1х155,6=15,56 кДж/с

Q - тепло, отведенное в систему охлаждения двигателя определяем

ох

Qох=Qт - (Qe+Qr+Qост), кДж/с

Qох=155,6-(49,9+61,4+15,56)=28,8 кДж/с

Составляющие теплового баланса выражаются в процентах

qт=100%

qe=Qe/Qтх100

qе=49,9/155,6х100=32

qr=Qr/Qтх100

qr=61,4/155,6х100=39,1

qох=Qох/Qrх100;

qох=28,8/155,6х100=18,5

1.4 Определение основных параметров двигателя

Литраж двигателя

Vл =30ф Ne /( Pe n) , л

Vл =30х4х50/(0,63х2000) =4,7 литра

Рабочий объем одного цилиндра



Vh =Vл / z ,л

Vh =4,7 /4 =1,2 литра

Диаметр цилиндра

D=2 103vVh/(рS) , мм

D=2 103v1,2/(3,14х125) =110 мм

где ф-тактность двигателя, z-число цилиндров, Vh -рабочий объем цилиндров, S- ход поршня.

Уточненные параметры и показатели двигателя.

- площадь поршня

Fп = р D2 /(4 100) , см2

Fп = 3,14х1102 /(4х100) =94,9 см2

-литраж

Vл = р D2 S z / (4 106 ) , л

Vл = 3,14х1102х125х4 / (4х106) =1,89 л.

-мощность

Ne =Pe Vл n /30ф , кВт

Ne =0,63х1,89х2000 /30х4 =19,8 кВт.

литровая мощность

Nл = Ne / Vл , кВт/л

Nл = 19,8 /1,89 =10,4 кВт /л.

-крутящий момент

Me = 9554 Ne /n , Нм



Me = 9554х19,8 /2000 =94,5 Нм.

-часовой расход топлива

Gт = Ne ge 10-3 , кг/ч

Gт = 19,8х212х10-3 =41,9 кг/ч.



Перечень использованной литературы

1. Молочников, Д.Е. Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Тракторы и автомобили»/ Д.Е. Молочников, В.А. Голубев, П.Н. Аюгин // Ульяновск ГСХА. 2015 г. - 55 с.

2. Автомобильные двигатели и автомобили. Курсовое и дипломное проектирование: Учебное пособие / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, П.Н. Аюгин, Д.Е.

Молочников, Р.К. Сафаров, Н.П. Аюгин; Под ред. А.П. Уханова - 2-е изд., перераб. И доп. - Ульяновск: УГСХА, 2012. - 351с.

3. Данилов, А.С. Лабораторный практикум по испытаниям двигателей внутреннего сгорания и топливным насосам высокого давления / А.С.Данилов, П.Н. Аюгин, Р.К. Сафаров, Д.Е Молочников // Ульяновск: УГСХА, 2011. - 91с.

4. Аюгин, П.Н. Лабораторный практикум по изучению и испытанию тракторов и автомобилей / П. Н. Аюгин, Д. Е. Молочников. - Ульяновск : УГСХА, 2011. - 44 с.

Размещено на Allbest.ru

...