Материал: 1524

Глава 5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ

Выполнить тепловой расчет дизельного двигателя, предназначенного для грузового автомобиля, и имеющего следующие исходные данные:

эффективную мощность Nе = 190 кВт;

частоту вращения коленчатого вала nN = 2600 об /мин;

число цилиндров i = 8;

применяемое топливо – дизельное;

цетановое число топлива – 45;

состав топлива C = 0,87 кг/кг топл., H = 0,126 кг/кг топл., О = 0,004 кг/кг топл.;

молекулярная масса топлива mТ = 190;

низшая теплота сгорания Hu =42,5 МДж/кг;

степень сжатия ε = 16;

коэффициент избытка воздуха α =1,8;

давление наддува PkN = 0,18.

5.1. Определение параметров рабочего тела

Теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топ-

Так как при работе двигателя по внешней скоростной характеристике изменяется интенсивность трубонаддува, то коэффициент избытка воздуха для различных скоростных режимов можно определять по формуле

Действительный расход воздуха для номинального режима работы двигателя

L = αLо = 1,8 0,497 = 0,8946 кмоль.

Количество свежего заряда

M1 = L + 1/mТ = 0,8946 + 1/190 = 0,8998 кмоль.

Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания:

Mco2 = C / 12 = 0,87/12 = 0,0725 кмоль; MH2O =H / 2 = 0,126/2 = 0,063 кмоль;

MN = 0,79α Lо = 0,79 1,8 0,497 = 0,7067 кмоль;

2

MO = 0,209(α-1) L = 0,209 (1,8-1) 0,497 = 0,0831 кмоль.

2

Количество продуктов сгорания

M2 = MCO +MH O+MN +MO = 2 2 2 2

= 0,0725+0,063+0,7067+0,0831= 0,9253 кмоль.

Химический коэффициент молекулярного изменения

β = М2 / М1= 0,9253 / 0,8998 = 1,0283.

5.2. Процесс впуска

Параметры окружающей среды: Ро = 0,1 МПа, То = 293 K.

Степень подогрева свежего заряда на номинальном режиме двигателя ТN= 10 . Среднюю скорость поршня на этом же режиме принимаем CN= =10,4 м/с.

Температура воздуха после компрессора

гдеnk показательполитропы сжатия компрессора,принимаем равным 1,7. Плотность воздуха, поступающего в двигатель на различных скорост-

ных режимах будет изменяться в зависимости от изменений значений Тk и

Pk, которые можно определять по формулам:

n

Тk = (tkN - 56)+112 ( nN - 0,5)+273; tkN = TkN - 273;

n

Pk = (PkN - 0,056)+0,112 ( nN - 0,5).

Плотность воздуха, поступающего в двигатель, на номинальном режиме будет равна

Ход поршня при номинальной частоте вращения коленчатого вала

Sp = 30 CN / nN = 30 10,4/2600 = 0,12 м.

Отношение площади поршня к площади клапана Fn / fкл = 6.

Максимальная скорость свежего заряда в проходном сечении клапана

Wвп = 0,05433 0,12 2600 6 = 101,7 м/с.

Сопротивление выпускаемой системы с учетом коэффициента затухания скорости

(β2+ ) = 2,7.

Давление в цилиндре двигателя в конце впуска

Pa =PkN (β2+ ) Wвп2 ρk / (2 106) = 0,18 2,7101,72 1,6814/(2 106) = 0,1565 МПа.

Давление остаточных газов на номинальном режиме работы двигателя

PrN = 0,9 PkN = 0,9 0,18=0,162.

Давление остаточных газов для различных скоростных режимов в первом приближении будет изменяться по тому же закону как и давление наддува.

n

Pr =(PrN 0,056)+0,07 ( nN 0,2).

Температура остаточных газов для различных скоростных режимов

Tr = (trN + 45) 90 ( n 0,5) + 273. nN

Принимаем TrN = 780 К, тогда trN = 780 273 = 507 С.

Изменение степени подогрева свежего заряда в зависимости от скоростного режима двигателя можно принять таким же, как и для карбюраторных двигателей, т.е.

110 0,0125n

Т ТN 110 0,0125nN .

Коэффициент остаточных газов

здесь ν = Сpr / Cpо = 1,14 (Срr теплоемкость продуктов сгорания при

постоянном давлении, Cpо – теплоемкость воздуха при постоянном давлении).

Коэффициент наполнения

При определении параметров рабочего тела в конце впуска не учитывались дозарядка и продувка.

5.3. Процесс сжатия

Для определения показателя адиабаты сжатия принимаем нижний предел температуры рабочего тела в конце сжатия tc1 = 700 C, расчетную температуру tс = 810 C.

Теплоемкость свежего заряда в точке С (см. рис.1) согласно таблицы 10 будет равна

(mcν)'c= 22,408+0,00299 (tc 700) = 22,408+ +0,00299 (810 700) = 22,7369 кДж/кмоль.

Теплоемкость свежего заряда в точке А

(mcν)'а = 20,838+0,00146 (tа 100) = 20,8380,00146 (127 100) = 20,878 кДж/кмоль.

Показатель адиабаты сжатия

Принимаем n1 = К1.

Температура рабочего тела в конце сжатия

Тс = Та ε n1 1 = 400 161,36 1 = 1085 К.

Ошибка в выборе расчетной температуры рабочего тела в конце сжа-тия составит

Если ошибка будет больше 2 %, необходимо задать новое значение tс и расчет повторить.

Давление в конце сжатия

Рс = Ра εn1= 0,1565 161,36= 6,794 МПа.

В расчетах не учитывалась разница между теплоемкостью остаточных газов и теплоемкостью воздуха.