Тепловой расчет дизельного двигателя А-01

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВО

«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ФАКУЛЬТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЕ И ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА: «ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Теория рабочих процессов поршневых двигателей внутреннего сгорания»

на тему: «Тепловой расчет дизельного двигателя А-01»

ПГУ 1.4-06.13.03.03.111.001ПЗ

Разработал:

студент гр. 14МД1

Мухин Н.А.

Руководитель:

д.т.н., профессор

Салмин В.В

Пенза 2017 г.



Реферат

дизельный двигатель внутренний сгорание

Мухин Н.А. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Расчетно-пояснительная записка выполнена на 27 страницах, содержит 3 рисунка и 1 таблицу.

Ключевые слова: СМЕСЬ, ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА, СЖАТИЕ, ДИЗЕЛЬ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, РЕГУЛЯТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

В курсовой работе выполняется расчет рабочего процесса для дизельного двигателя внутреннего сгорания сельскохозяйственной техники.

В курсовой работе выполняется расчет двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя тепловой расчет, расчет внешней скоростной характеристики, расчет теплового баланса дизеля, расчет поршня.



Содержание

Содержание

Введение

1. Тепловой расчет

1.1 Исходные данные

1.2 Параметры рабочего тела

1.3 Процесс впуска

1.4 Процесс сжатия

1.5 Процесс сгорания

1.6 Процесс расширения

1.7 Индикаторные параметры рабочего цикла

1.8 Эффективные параметры рабочего цикла

1.9 Основные параметры цилиндра и двигателя

2. Теоретический цикл ДВС

2.1 Расчет параметров рабочего тела в характерных точках

2.2 Расчет энтропии цикла ДВС

3. Тепловой баланс

4. Построение индикаторной диаграммы

5. Построение регуляторной характеристики

Заключение

Список литературы



Введение

Поршневые дизели относятся к роду тепловых двигателей, в которых химическая энергия топлива преобразуется в тепловую непосредственно внутри рабочего цилиндра. Поступающие в цилиндр воздух и впрыскиваемое топливо образуют горючую смесь, которая самовоспламеняется благодаря высокой температуре в конце сжатия, а также химической реакцией топлива с кислородом воздуха. В результате процесса сгорания образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой. Эффективность процесса сгорания характеризуется количеством теплоты, выделенной в объёме рабочего цилиндра.

Задачи:

– тепловой расчет проектируемого двигателя на основе исходных данных и в соответствии с установленным порядком;

– построение индикаторной диаграммы и внешней скоростной характеристики.



1. Тепловой расчет

1.1 Исходные данные для расчета:

– частота вращения коленчатого вала ?? = 1600 мин?1;

– степень сжатия ?? = 16;

– количество цилиндров (расположение) ?? = 6 (рядный);

– количество тактов ?? = 4;

Элементарный состав жидкого топлива:

– топливо-дизельное;

- углерод ?? = 0,870;

- водород ?? = 0,126;

– кислород О = 0,004;

– давление окружающей среды ??₀ = 0,1 МПа;

– температура окружающей среды ??₀ = 293 К;

– мощность двигателя ??_?? = 99 кВт.

Исходные данные для расчета, а также тепловой и динамический расчеты, произведены по известным зависимостям [3].

1.2 Параметры рабочего тела

Для начала расчета ДВС, необходимо определить значение низшей теплоты сгорания топлива. Ее можно определить по формуле:

кДж/кг.

Количество необходимого воздуха для сгорания топлива определяется по формуле:

Коэффициент избытка воздуха- отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха.

Принимаем коэффициент избытка воздуха равным

При сгорании дизельного топлива продукты сгорания состоят из углекислого газа, водяного пара, избыточного кислорода и азота. Количество отдельных составляющих продуктов сгорания определяются по следующим формулам:

Углекислого газа:

Водяного пара:

Кислорода:

Азота:

Общее количество продуктов сгорания:

1.3 Процесс впуска

Принимаются значения давления наддувочного воздуха и температуры в нормальных условиях:

Величина давления остаточных газов и температура принимаются равными:

Двигатель А-01 не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле без наддува может достигать 15…20 °С, а при наддуве за счёт уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Поэтому Плотность заряда на впуске:

Потери давления на впуске в двигателе:

где .

Давление в конце впуска:

Величина коэффициента остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска. Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле:

где

Температура в конце впуска:

Коэффициент наполнения хaрaктеризует наполняемость цилиндра свежим зaрядoм и вырaжaет oтнoшение действительнoгo кoличествa зaрядa, пoступившегo в цилиндр, к тoму кoличеству, кoтoрoе мoглo бы зaпoлнить рaбoчий oбъем цилиндрa при дaвлении и темперaтуре oкружaющей среды. Для четырехтактных двигателей, без учета продувки и зарядки, коэффициент наполнения определяется по формуле:

1.4 Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия k1 определяют по номограмме, а средний показатель политропы сжатия определяют по формуле:

Давление и температура в конце сжатия:

Средняя молярная теплоемкость в конце сжатия:

-воздуха

-остаточных газов (определяется по таблице 3.9 методом интерполяции), при .

-рабочей смеси

1.5 Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси в дизелях:

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в дизельных двигателях:

Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях:

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

;

Степень повышения давления принимается:

Уравнение сгорания:

где

;

Температура в конце видимого процесса сгорания в градусах Кельвина:

Температура в конце видимого процесса сгорания:

Максимальное давление сгорания:

Степень предварительного расширения:

1.6 Процесс расширения

Так же как и при рассмотрении процесса сжатия для упрощения расчетов кривую процесса расширения принимают за политропу с постоянным показателем .

С возрастанием коэффициента использования теплоты, интенсивности охлаждения, отношения хода поршня к диаметру цилиндра средний показатель политропы расширения увеличивается и, наоборот, уменьшается с ростом нагрузки и линейных размеров цилиндра.

Степень последующего расширения:

Давление и температура в конце расширения:

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

Погрешность проведенных расчетов составляет:



1.7 Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление:

Среднее индикаторное давление действительного цикла отличается от теоретического на величину уменьшения работы газов действительного цикла против работы газов теоретического цикла.

Среднее индикаторное давление:

где =0,95- коэффициент полноты диаграммы для двигателя с наддувом,

Индикаторный КПД оценивает величину потерь работы цикла, вызванных теплообменом между стенками цилиндра и рабочим телом, перетечками, гидравлическими сопротивлениями в клапанах, несовершенством процесса сгорания топлива и определяется по формуле:

Индикаторный удельный расход топлива:

1.8 Эффективные показатели двигателя

Эффективными показателями называют величины, характеризующие работу двигателя, снимаемую с его вала и полезно используемую. Во имя получения этой работы собственно и строят двигатели внутреннего сгорания. К числу эффективных показателей относят прежде всего эффективную мощность, крутящий момент, среднее эффективное давление топлива, эффективный КПД. Величину давления механических потерь оценивают по средней скорости поршня по формуле:

Среднее эффективное давление и механический КПД:

Характеристика двигателя, отражающая степень использования теплоты с учетом всех видов потерь как тепловых, так и механических. Представляет собой отношение полезной механической работы ко всей затраченной теплоте:

Эффективный расход топлива:

1.9 Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж двигателя:

Рабочий объем цилиндра:

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра принято коэффициентом k, который определяется по формуле:

Определяем диаметр и ход поршня:

Окончательно принимаем:

-диаметр цилиндра D=130 мм;

-S=D=140 мм.

Определяем основные параметры и показатели двигателя.

Литраж двигателя:

Площадь поршня:

Средняя скорость поршня:

Эффективная мощность:

Эффективный крутящий момент:

Часовой расход топлива:

Литровая мощность:



2. Теоретический цикл ДВС

Термический КПД:

2.1 Расчет параметров состояния рабочего тела в характерных точках теоретического цикла

Исходные данные:

Точка 1.

при

Точка 2.

Точка 3.

Точка 4.

Точка 5.

2.2 Энтропия

Исходные данные:

Вторая расчетная точка:

Третья расчетная точка:

Промежуточные значения температуры:

Четвертая расчетная точка:

Промежуточные значения температуры:

Пятая расчетная точка:

Рис.1 T-S диаграмма двигателя

Проверка энтропии:



3. Тепловой баланс двигателя

Количество теплоты:

Теплота эквивалентная эффективной работе за 1 с:

Теплота унесенная с отработавшими газами:

где = , где .

Отсюда

где где

Отсюда

Неучтенные потери теплоты:

Тепло отведенное в систему охлаждения:

Все составные теплового баланса в процессах:



4. Построение индикаторной диаграммы

Построение линии сжатия ac и расширения zb:

При

при

при

при

при

при

при

при

При

при

при

при

при

при

при

при

Рис. 2 - Индикаторная диаграмма.



5. Построение регуляторной характеристики

На основании теплового расчета, проведенного для режима нормальной мощности, получены следующие параметры:

Мощность в расчетных точках:

Значение расхода топлива при различных значениях частоты вращения коленчатого вала можно рассчитать по формуле:

Часовой расход топлива:

Крутящий момент в различных точках:

Часовой расход топлива на холостом ходу:

Значение расхода топлива в самом регуляторе:

Рис.3 - Регуляторная характеристика.

Таблица 1 - Параметры регуляторной характеристики.

800	53,9	270	12,3	601
1000	71,5	258	14,4	723
1200	85	178	16,3	710
1400	94	196	19,4	662
1600	99	224	22,17	590



Заключение

В результате выполнения курсового проекта были получены значения, отличающиеся от значений двигателя прототипа. Рабочий объем цилиндров двигателя прототипа отличается от расчетного значения на 4 , ход поршня двигателя прототипа , диаметр цилиндра прототипа -полностью сходятся с прототипом, удельный расход топлива на .

Приведем сравнительную характеристику двигателей в таблице.

Параметры	Базовый двигатель	Проек-тируемый двигатель
Тип двигателя	Дизельный
Число тактов	Четыре
Число цилиндров	Четыре
Расположение цилиндров	L-образное
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм.	130х140	130x140
Рабочий объем, л.	1,9	1,87
Степень сжатия	16	16
Номинальная мощность, брутто, кВт (л.с)	99 (134)	98 (133)
Максимальный крутящий момент брутто, Нм (кгс м)	600	590
Частота вращения коленчатого вала, мин-1:
номинальная	1600	1600
при максимальном крутящем моменте	1800	1800
минимальная в режиме холостого хода	800	800



Список литературы

1. Артёмов И.И. Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы. Курсовое и дипломное проектирование: методика и общие требования. / И.И. Артёмов, А. Б. Балакшин, А.А. Грабовский и др.: - Пенза : ПГУ, 2004. - 226 с.

2. Вершинин, Г. А. Методическое пособие по курсам теория рабочих процессов ДВС и динамика ДВС для студентов специальности Т. 05.10.00. / Г. А. Вершинин, Г. Я. Якубенко. - Минск : 2001. - 187 с.

3. Вырубов, Д. М. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности ДВС. - 4-е изд., перераб. и доп. / Д.М. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - М. : Машиностроение, 1984. - 384 с.

4. Исаченко, В.П. Теплопередача. / В.П. Исаченко, В.А., Осипова А.С. Сукомел. - М. : Энергия, 1975.

5. Колчин, А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. Пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. / А.И. Колчин, В.П. Демидов. - М. :Высш. школа, 2002. - 496 с.

6. Луканин, В. Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. кн. 1. Теория рабочих процессов: Учеб. / В. Н. Луканин, К. А. Морозов, А. С. Хачиян и др.; под ред. В. Н. Луканина. - М. :Высш. шк., 1995. - 369 с.

Размещено на Allbest.ru

...