Дополнительные исходные параметры

Основные исходные параметры 4-х тактного дизеля

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Целители, наставники и консультанты

Энн Тейлор Харкус [e-mail]

Билл Фергюсон [e-mail]

Кэти Де Монт [e-mail]

Мэнди Эванс [e-mail]

Кэрол Труман [e-mail]

Дайяна Бэй [e-mail]

Мэри Маунт [e-mail]

Глорианна Рон Да [e-mail]

Об авторе

Джо Витале, создатель Духовного Маркетинга, является независимым специалистом по маркетингу, в данный момент проживает в Остине, штат Техас. Его рассказы, семинары, аудио-программы по искусству продаж и маркетингу помогли тысячам людей по всему миру сделать свой бизнес успешным. Среди клиентов Джо такие компании, как Даблдэй Букс, Американская Ассоциация Женщин в бизнесе, телевизионная компания PBS и Американское Общество Красного Креста. Джо Витале – автор десяти книг, включая «Семь забытых секретов успеха» и «Каждое мгновение рождается покупатель». Он также является создателем аудио-программы для компании Найтингэйл-Конан под названием «Сила скандального маркетинга!».

Джо Витале

e-mail: [e-mail]

вебсайт: http://www.mrfire.com

"ивая и новая. я. ребованиям. ть машины, я рассказал ему о том, что хотел, и он сказал, что как раз у н

Эффективная мощность N_e кВт=110

Номинальная частота вращения n мин^{-1 =1500}

Число цилиндров z=6

Средняя скорость поршня С _m м/с

Степень сжатия ε 14

Давление конца горения P_z Мпа 5.5

Отношение площади поршня к площади сечения клапана F/f=5

Топливо дизельное со средним составом: С86.3%; Н12.3%; О1.1%

Низшая теплота сгорания топлива Q_н кДж/кг=42.654x10

Давление окружающей среды P₀ = 1.015МН/м²

Температура окружающей среды T₀ = 297 К

Коэффициент избытка воздуха α 1.9

Коэффициент использования теплоты ξ

Показатель политропы сжатия n₁ 1.38

Показатель политропы расширения n₂ 1.29

Механический КПД η_m 0.8

Приращение температуры воздуха при нагреве горячими деталями Δ T15 К

Температура остаточных газов T_г К

Коэффициент остаточных газов γ_г 2,45

Давление выпуска Р_r МН/м²

Поправка на полноту диаграммы φ 0,95

Необходимо также задаться значением среднего эффективного давления р _е, величина которого для 4-х тактных дизелей без наддува находится в пределах 0,52÷0,65 МН/м². В быстроходных двигателях р _е, как правило, несколько выше, чем в тихоходных. Величина р _е оказывает весьма существенное влияние на рабочий процесс двигателя, а поэтому к выбору ее значения следует подходить осторожно. Так, например, излишне высокое значение р _е будет не оправдано, т.к. создать такое давление в реальном двигателе без помощи наддува будет невозможно. С другой стороны, при слишком малом р _е для обеспечения проектной мощности двигателя (при заданном числе оборотов) потребуется увеличение линейных размеров двигателя.

1. Расчёт параметров наполнения рабочего цилиндра

1.1. Определяем среднюю скорость воздуха во всасывающем клапане по формуле:

₌ 50, м/с. (1) (где С_m = S n /30 м/с.- ср. скорость поршня.)

Отношением площади поперечного сечения цилиндра к проходному сечению впускного клапана следует задаться из конструктивных соображений, имея в виду, что:

- для тихоходных двигателей при одном всасывающем клапане;

- для быстроходных двигателей при двух всасывающих клапанах.

Правильный выбор отношения оказывает существенное влияние на качество протекания процесса наполнения цилиндра свежим зарядом.

1.2. Температура воздуха в момент поступления в цилиндр:

Т₀' = T₀ + Δ Т583, К. (2)

где ΔТ=15°— повышение температуры воздуха за счет нагревания о стенки всасывающего тракта.

Величину степени сжатия e следует принять по практическим соображениям, имея в виду, что с увеличением быстроходности двигателя ε несколько повышается.

Не рекомендуется выходить за пределы значения ε =13,0÷15,5.

1.3. Определяем температуру смеси свежего заряда с остаточными газами к моменту начала сжатия:

, К (3)

=0,04

Для 4-х тактных дизелей Т_а = 310° - 340° К, γ_r=0,03÷0,05.

1.4. Определяем абсолютное давление в цилиндре в начале сжатия по формуле

Р_а = 98066 – KC₂ ² =(98066-1/3x1/125.1)x10=0.07, МН/м² (4)

где К= 1,3 – принимаем коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление.

С₂ — наибольшая скорость протекания воздуха при открытии клапана.

=1,57x0,12x10=0,088, м/с. (5)

Давление р_а должно находиться в пределах 0,085÷0,095 МН/м^{2 .}

1.5. Коэффициент наполнения:

= 0,96 (6)

2. Расчёт параметров процесса сжатия

2.1. Определяем абсолютную температуру, в конце процесса сжатия:

=751,3, К (7)

n₁ = 1,37

Для дизелей Т_с = 750°÷850°, которой должно быть вполне достаточно для надёжного самовоспламенения топлива при всех режимах работы дизеля.

2.2. Определяем давление газа в конце процесса сжатия:

=0,07x13=3,8, МН/м² (8)

Для дизелей р_с = 3,2÷4,5 МН/м².

3. Расчёт параметров процесса сгорания

3.1. Теоретически определяем необходимое количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива по формуле:

=0,428, кмоль/кг (9)

Задаваясь, значением коэффициента избытка воздуха, определяем действительное количество воздуха в молях, необходимое для сгорания 1 кг топлива заданного состава.

3.2. Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания топлива:

= 0,81, кмоль/кг (10)

Значение коэффициента избытка воздуха находится в пределах α=1,9 С увеличением быстроходности, двигателя рекомендуется принимать меньшие значения α. Следует иметь в виду, что чрезмерное увеличение α ведет к увеличению объема цилиндра, а избыточный воздух, не участвуя в горении, - к излишним тепловым потерям.

3.3. Определяем количество молей смеси воздуха и остаточных газов в конце сжатия до момента начала горения:

=0,84, кмоль/кг (11)

3.4. Количество молей в конце горения с учётом остаточных газов:

=0,89, кмоль/кг (12)

3.5. Тогда действительный коэффициент молекулярного изменения:

=1,045 (13)

Значение β должно находиться в пределах 1,028÷1,045.Чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем большей величины достигает β_.

3.6. Задаваясь значением давления газа в конце сгорания, определяем степень повышения давления:

=2,46 (14)

р_z = 5,5 МН/м²

В данном случае целесообразно использовать технические параметры прототипа. Полученное значение λне должно выходить за пределы

λ = 1,3÷2,0 — для тихоходных дизелей;

λ= 1,5÷2,5 — для быстроходных дизелей.

3.7. Находим среднюю молярную изохорную теплоёмкость сухого воздуха в конце сжатия:

C_v' = 19,3 + 0.0025 Т_с 21,17 кДж/(кмоль·К) (15)

3.8. Определяем количество двухатомных газов в продуктах сгорания 1 кг топлива в молях

m(R)=m(O₂)+m(N₂)=21,17 (16)

3.9. Определяем среднюю мольную изобарную теплоемкость смеси продуктов сгорания 1 кг топлива

=1,05 (17)

3.10. Пользуясь уравнением сгорания для дизелей, определяем абсолютную температуру газа в конце процесса сгорания

=0.85 (18)

Коэффициент использования тепла при сгорании ξможет быть принят в пределах значения:

ξ = 0,85 - 0,90 — для тихоходных дизелей;

ξ = 0,65 - 0,85 — для быстроходных дизелей.

После подстановки значений всех членов, входящих в уравнение сгорания (18), оно примет вид полного квадратного уравнения, при решении которого получится два корня, один из которых будет иметь oотрицательное значение. Этот корень следует опустить, т.к. совершенно очевидно, что температура T_z не может быть отрицательной.

Температура Т_г находится в пределах 1750÷2200 K. Полученное значение максимальной температуры цикла должны соответствовать допустимым пределам.

3.11. Определяем коэффициент наполнения рабочего цилиндра

=0,79 (19)

Для четырехтактных дизелей η_н= 0,75÷0,88, причем меньшие значения относятся к быстроходным двигателям.

3.12. Определяем коэффициент остаточных газов

0.03 (20)

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных дизелей обычно лежит в следующих пределах γ_r=0,03÷0,05.

В результате нескольких последовательных приближений получаем температуру сгорания Tz=1950

4. Расчёт параметров процесса расширения

4.1. Определяем степень предварительного расширения:

1.38 (21)

4.2. Тогда степень последующего расширения δ может быть определена из соотношения для степени сжатия ε:

, (22)

=8,9 (23)

4.3. Определяем абсолютную температуру газа в конце расширения

1150, К (24)

Для дизелей Т_в =900÷1200 К. Меньшие значения относятся к тихоходным дизелям, а большие – к быстроходным.

4.4. Определяем давление газа в конце процесса расширения

=1,29, МН/м² (25)

Значение показателя политропы расширения п₂ находится в пределах 1,23÷1,32. Меньшие значения относятся к быстроходном двигателям.

Для дизелей р_в= 2,5÷4,5 МН/м². Меньшие значения относятся к тихоходным двигателям, а большие - к быстроходным. Полученные значения параметров должны соответствовать допустимым пределам для двигателей данного типа.

5. Расчёт индикаторных и эффективных показателей цикла и его экономичности

5.1. Определяем среднее теоретическое индикаторное давление расчетного цикла по формуле:

=0,59,МН/м² (26)

φ =0,95

5.2. Таким образом, величина расчетного среднего индикаторного давления будет равна:

=0,66, МН/м² (27)

5.3. Определяем среднее эффективное давление расчетного цикла:

р_е = η_m р_i 0,44, МН/м² (28)

η_m =0,80

Полученные значения параметров должны соответствовать допустимым значениям для двигателей данного типа.

5.4. Индикаторный удельный расход топлива определяем по формуле:

=0,140, кг/(кВт·ч) (29)

5.5. Эффективный удельный расход топлива:

=0,165, кг/(кВт·ч) (30)

Величина g_е является основным показателем степени экономичности двигателя. Поэтому не трудно заметить, насколько важен правильный подход к выбору значения механического к.п.д.

Эффективный удельный расход топлива для дизелей с однокамерным смесеобразованием находится в пределах 0,155÷0,235 кг/(кВт·ч), что должно соответствовать допустимым значениям для двигателей данного типа.

5.6. Определяем величину индикаторного КПД двигателя

0,40, (31)

5.7. Определяем величину эффективного КПД двигателя:

η_е = η_i · η_m= 0,40,, (32)

Экономические показатели должны соответствовать показателям аналогичного дизеля и находится на уровне норм для двигателей данного класса. Для дизелей η_e =0,34÷0,42.

6. Расчёт основных размеров рабочего цилиндра

6.1. Определяем среднюю скорость поршня.

7,5, м/с (33)

Для определения диаметра цилиндра в соответствии с требованиями ГОСТа, производим подсчет нескольких вариантов при постоянном значении р _е. Подсчет удобно производить в табличной форме. Приведем конкретный цифровой пример. Предположим, что было принято р_е = 0,54 МН/м² и т - 1,45. В этом случае таблица вариантов может иметь следующий вид, где m=S/D.

Таблица 2

№ варианта	ре ( МН/м^2 )	т	D (мм)	S (мм)	Ст (м/сек)
	0,54 0,54 0,54	1,45 1,50 1,60			5,0 5,1 5,3

В соответствии с ГОСТ 4393-70 примем второй вариант, в котором диаметр цилиндра и ход поршня имеют округленные значения.

6.2. При средней скорости поршня С _m = 7,5 м/с,

и при частоте вращения n = 1500 мин^-1, ход поршня:

0,15, м (34)

6.3. Диаметр цилиндра определяют из формулы эффективной мощности, кВт:

, (35)

откуда

, м (36)

В соответствии с ГОСТ 4393-70 принимаем D = 0,14 ≈ 0,15 м.

6.4. Погрешность вычисления диаметра составляет

(D – D₀ / D) 100% = 2,3 % (37)

Полученные данные соответствуют прототипу двигателя: (указать марку).

Дата добавления: 2015-08-31