Федеральное Агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ижевский Государственный Технический Университет
Кафедра «ТДУ»
Курсовая работа по дисциплине теория рабочих процессов
"Тепловой расчет ДВС 21703
Priora
"
Выполнил: ст. группы 7-56-1
Проверил: профессор Бендерский Б.Я.
Ижевск 2009
Основные данные
| Параметр
|
Обозначение
|
Значение
|
Размерность
|
| Номинальная мощность | Ne | 72 | кВт |
| Отношение хода поршня к диаметру цилиндра - S/D | S/D | 0,92 | |
| Число цилиндров | i | 4 | |
| Число оборотов при номинальной мощности | nном
|
5600 | об/мин |
| Степень сжатия | e | 10,3 | |
| Количество тактов | t | 4 | |
| Зажигание | - | искровое | |
| Наддув | - | отсутствует | |
| Топливо | - | бензин | |
| Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна | l | 0,25 |
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВС
Исходные данные
| Коэффициент избытка воздуха | a | 1,3 | |
| Давление окружающей среды | P0
|
0,1013 | МПа |
| Температура окружающей среды | T0
|
290 | К |
| Приращение температуры в процессе подогрева от стенок | DT | 15 | К |
| Температура остаточных газов | Тг
|
1000 | К |
| Давление остаточных газов | Pr
|
0,113 | МПа |
| Коэффициент, определяющий Ра, | KРa
|
0,85 | |
| Коэффициент использования теплоты в точке z | xz
|
0,9 | |
| Коэффициент использования теплоты в точке b | xb
|
0,92 | |
| Коэффициент, учитывающий теплоотдачу в стенку в процессе сжатия | u | 0 | |
| Коэффициент дозарядки | zс.з.
|
1,04 | |
| Коэффициент продувки | zоч
|
1 | |
| Коэф-нт, определяющий действительное давление Pz
|
jPz
|
0,9 | |
| Коэффициент полноты диаграммы | jPi
|
0,95 | |
| Давление наддува | Pк
|
0 | МПа |
| Показатель политропы сжатия в компрессоре | nk
|
0 | |
| Потери давления в воздушном холодильнике | DPхол
|
0 | МПа |
| Приращение температуры при охлаждении | DTхол
|
0 | К |
Состав и свойства горючего - Содержание углерода - Содержание водорода - Содержание кислорода - Теплота сгорания - Молекулярная масса |
С Н О Нu
mT
|
0,855 0,145 0,000 43961 115 |
кДж/кг кг/кмоль |
Расчёт.
Стехиометрическое количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива и состава С+Н+О (воздух принимают как 0,21 объёмных частей кислорода и 0,79 объёмных частей азота)
=
=0,5119 кмоль.
Количество свежей смеси на 1 кг топлива для двигателей с внешним смесеобразованием
=
=0,6742 кмоль.
Полное сгорание при a³1
Принимают, что продукты полного сгорания состоят из углекислого газа СО2
, водяного пара Н2
О, избыточного кислорода О2
и азота N2
=
=0,0712;
=
=0,0725;
=
=0,0322;
=
=0,5257;
Общее количество продуктов сгорания
=
=0,7017.
Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси
=
=1,0409.
Давление в начале сжатия
=
=0,086 МПа.
Коэффициент наполнения
=0,8105 ,
где - коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоёмкостей смеси и остаточных газов и равный
=1,055 .
Коэффициент остаточных газов
=
=0,0429 .
Температура рабочей смеси в начале сжатия
=
=348,4 К.
Действительный коэффициент молекулярного изменения
=
=1,039 .
Давление в конце сжатия
=
=2,078 МПа,
n1=1,365.
Показатель политропы сжатия и расширения находится из трансцендентного уравнения
,
где ,
для процесса сжатия i=1, к=c, n=a, m=e, ;
при адиабатном сжатии , следовательно
для процесса расширения i=2, к=b, n=z, m=e, ;
Rm
=8,1343 кДж/(кмоль*К)– универсальная газовая постоянная.
Температура в конце сжатия
=
=816,2 К.
При a³1
Уравнение сгорания для бензиновых двигателей:
,
где – коэффициент использования теплоты при сгорании,; uс с.з
– молярная внутренняя энергия свежей смеси в конце процесса сжатия (свежего заряда), uс п.с
– молярная внутренняя энергия продуктов сгорания.
Степень повышения давления
=
Молярная внутренняя энергия свежего заряда при температуре tc
, (температура в уравнение молярной внутренней энергии подставляется в °С)
=
=11904 кДж/кмоль,
где Сv c.з
– молярная теплоёмкость свежего заряда (воздуха) при температуре tc
,
Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре tc
=
=12933 кДж/кмоль,
где rк п.с
– объёмная доля компонента продуктов сгорания, Сv п.с
– молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре tс
.
Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре tz
=
=65646 кДж/кмоль,
где Сv п.с
– молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре tz
.
Объёмная доля компонента продуктов сгорания
,
где Мк
– количество компонента продуктов сгорания, кмоль; например, .
Решая уравнение сгорания, определяем температуру Тz
.
Tz=2547,7 K.
Теоретическое давление в цилиндре в конце сгорания
=
=6,739 МПа.
Действительное давление в цилиндре в конце сгорания
,
=6,065 МПа.
Давление конца расширения
=
=0,365 МПа,
n2=1,250 .
n2
– показатель политропы расширения.
Температура конца расширения
=
=1420,7 K.
Среднее индикаторное давление
=
=0,883 МПа.
Индикаторный к.п.д.
=
=0,3975.
Удельный индикаторный расход топлива
=
=0,2060 кг/(кВт*ч).
Механический к.п.д. для предварительного расчета (определения Sи D) принимаем .
Рабочий объём одного цилиндра
=
=514,06 cм3.
Диаметр цилиндра
=
=89,27 мм.
Ход поршня
=
=82,13 мм.
Эффективный к.п.д.
=0,3379.
Удельный эффективный расход топлива
=
=0,2423 кг/(кВт*ч).
Литровая мощность
=
=35,02 кВт/л.
Часовой расход топлива
=
=17,45 кг/ч.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВС
Исходные данные
| Коэффициент избытка воздуха | a | 0,9 | |
| Давление окружающей среды | P0
|
0,1013 | МПа |
| Температура окружающей среды | T0
|
290 | К |
| Приращение температуры в процессе подогрева от стенок | DT | 15 | К |
| Температура остаточных газов | Тг
|
1000 | К |
| Давление остаточных газов | Pr
|
0,113 | МПа |
| Коэффициент, определяющий Ра, | KРa
|
0,85 | |
| Коэффициент использования теплоты в точке z | xz
|
0,9 | |
| Коэффициент использования теплоты в точке b | xb
|
0,92 | |
| Коэффициент, учитывающий теплоотдачу в стенку в процессе сжатия | u | 0 | |
| Коэффициент дозарядки | zс.з.
|
1,04 | |
| Коэффициент продувки | zоч
|
1 | |
| Коэф-нт, определяющий действительное давление Pz
|
jPz
|
0,9 | |
| Коэффициент полноты диаграммы | jPi
|
0,95 | |
| Давление наддува | Pк
|
0 | МПа |
| Показатель политропы сжатия в компрессоре | nk
|
0 | |
| Потери давления в воздушном холодильнике | DPхол
|
0 | МПа |
| Приращение температуры при охлаждении | DTхол
|
0 | К |
Состав и свойства горючего - Содержание углерода - Содержание водорода - Содержание кислорода - Теплота сгорания - Молекулярная масса |
С Н О Нu
mT
|
0,855 0,145 0,000 43961 115 |
кДж/кг кг/кмоль |
Расчёт.
Стехиометрическое количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива и состава С+Н+О (воздух принимают как 0,21 объёмных частей кислорода и 0,79 объёмных частей азота)
=
=0,5119 кмоль.
Количество свежей смеси на 1 кг топлива для двигателей с внешним смесеобразованием
=
=0,4694 кмоль.
Неполное сгорание
при a<1
Принимают, что продукты неполного сгорания состоят из углекислого газа СО2
, окиси углерода СО, водяного пара Н2
О, водорода Н2
и азота N2
=
=0,0148;
=
=0,0564;
=
=0,0067;
=
=0,0658;
=
=0,3640.
где К – коэффициент зависящий от Н/С водорода и углерода, содержащихся в топливе. Для бензинов при Н/С=0,17¸0,19
K=0,4490.
Общее количество продуктов сгорания
=
=0,5077.
Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси
=
=1,0816.
Давление в начале сжатия
=
=0,086 МПа.
Коэффици
=0,8096 ,
где - коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоёмкостей смеси и остаточных газов и равный
=1,064 .
Коэффициент остаточных газов
=
=0,0430 .
Температура рабочей смеси в начале сжатия
=
=348,8 К.
Действительный коэффициент молекулярного изменения
=
=1,078 .
Давление в конце сжатия
=
=2,077 МПа,
n1=1,365.
Показатель политропы сжатия и расширения находится из трансцендентного уравнения
,
где ,
для процесса сжатия i=1, к=c, n=a, m=e, ;
при адиабатном сжатии , следовательно
для процесса расширения i=2, к=b, n=z, m=e, ;
Rm
=8,1343 кДж/(кмоль*К)– универсальная газовая постоянная.
Температура в конце сжатия
=
=817,0 К.
Теплота сгорания продуктов неполного сгорания при a<1
=
=5797,2 кДж/кг.
Коэффициент выделения теплоты при сгорании, если a<1
=
=0,8681.
Уравнение сгорания для бензиновых двигателей:
,
где – коэффициент использования теплоты при сгорании,; uс с.з
– молярная внутренняя энергия свежей смеси в конце процесса сжатия (свежего заряда), uс п.с
– молярная внутренняя энергия продуктов сгорания.
Степень повышения давления
=
Молярная внутренняя энергия свежего заряда при температуре tc
, (температура в уравнение молярной внутренней энергии подставляется в °С)
=
=11923 кДж/кмоль,
где Сv c.з
– молярная теплоёмкость свежего заряда (воздуха) при температуре tc
,
Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре tc
=
=13078 кДж/кмоль,
где rк п.с
– объёмная доля компонента продуктов сгорания, Сv п.с
– молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре tс
.
Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре tz
=
=76168 кДж/кмоль,
где Сv п.с
– молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре tz
.
Объёмная доля компонента продуктов сгорания
,
где Мк
– количество компонента продуктов сгорания, кмоль; например, .
Решая уравнение сгорания, определяем температуру Тz
.
Tz=2827,1 K.
Теоретическое давление в цилиндре в конце сгорания
=
=7,750 МПа.
Действительное давление в цилиндре в конце сгорания
,
=6,975 МПа.
Давление конца расширения
=
=0,348 МПа,
n2=1,330 .
n2
– показатель политропы расширения.
Температура конца расширения
=
=1309,2 K.
Среднее индикаторное давление
=
=0,955 МПа.
Индикаторный к.п.д.
=
=0,2997.
Удельный индикаторный расход топлива
=
=0,2733 кг/(кВт*ч).
Механический к.п.д. для предварительного расчета (определения Sи D) принимаем .
Рабочий объём одного цилиндра
=
=475,40 cм3.
Диаметр цилиндра
=
=86,97 мм.
Ход поршня
=
=80,02 мм.
Эффективный к.п.д.
=0,2547.
Удельный эффективный расход топлива
=
=0,3215 кг/(кВт*ч).
Литровая мощность
=
=37,86 кВт/л.
Часовой расход топлива
=
=23,15 кг/ч.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВС
Исходные данные
| Коэффициент избытка воздуха | a | 1 | |
| Давление окружающей среды | P0
|
0,1013 | МПа |
| Температура окружающей среды | T0
|
290 | К |
| Приращение температуры в процессе подогрева от стенок | DT | 15 | К |
| Температура остаточных газов | Тг
|
1000 | К |
| Давление остаточных газов | Pr
|
0,113 | МПа |
| Коэффициент, определяющий Ра, | KРa
|
0,85 | |
| Коэффициент использования теплоты в точке z | xz
|
0,9 | |
| Коэффициент использования теплоты в точке b | xb
|
0,92 | |
| Коэффициент, учитывающий теплоотдачу в стенку в процессе сжатия | u | 0 | |
| Коэффициент дозарядки | zс.з.
|
1,04 | |
| Коэффициент продувки | zоч
|
1 | |
| Коэф-нт, определяющий действительное давление Pz
|
jPz
|
0,9 | |
| Коэффициент полноты диаграммы | jPi
|
0,95 | |
| Давление наддува | Pк
|
0 | МПа |
| Показатель политропы сжатия в компрессоре | nk
|
0 | |
| Потери давления в воздушном холодильнике | DPхол
|
0 | МПа |
| Приращение температуры при охлаждении | DTхол
|
0 | К |
Состав и свойства горючего - Содержание углерода - Содержание водорода - Содержание кислорода - Теплота сгорания - Молекулярная масса |
С Н О Нu
mT
|
0,855 0,145 0,000 43961 115 |
кДж/кг кг/кмоль |
Расчёт.
Стехиометрическое количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива и состава С+Н+О (воздух принимают как 0,21 объёмных частей кислорода и 0,79 объёмных частей азота)
=
=0,5119 кмоль.
Количество свежей смеси на 1 кг топлива для двигателей с внешним смесеобразованием
=
=0,5206 кмоль.
Полное сгорание при a³1
Принимают, что продукты полного сгорания состоят из углекислого газа СО2
, водяного пара Н2
О, избыточного кислорода О2
и азота N2
=
=0,0712;
=
=0,0725;
=
=0,0000;
=
=0,4044;
Общее количество продуктов сгорания
=
=0,5482.
Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси
=
=1,0529.
Давление в начале сжатия
=
=0,086 МПа.
Коэффициент наполнения
=0,8088 ,
где - коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоёмкостей смеси и остаточных газов и равный
=1,071 .
Коэффициент остаточных газов
=
=0,0536 .
Температура рабочей смеси в начале сжатия
=
=348,7 К.
Действительный коэффициент молекулярного изменения
=
=1,050 .
Давление в конце сжатия
=
=2,077 МПа,
n1=1,365.
Показатель политропы сжатия и расширения находится из трансцендентного уравнения
,
где ,
для процесса сжатия i=1, к=c, n=a, m=e, ;
при адиабатном сжатии , следовательно
для процесса расширения i=2, к=b, n=z, m=e, ;
Rm
=8,1343 кДж/(кмоль*К)– универсальная газовая постоянная.
Температура в конце сжатия
=
=816,8 К.
При a³1
Уравнение сгорания для бензиновых двигателей:
,
где – коэффициент использования теплоты при сгорании,; uс с.з
– молярная внутренняя энергия свежей смеси в конце процесса сжатия (свежего заряда), uс п.с
– молярная внутренняя энергия продуктов сгорания.
Степень повышения давления
=
Молярная внутренняя энергия свежего заряда при температуре tc
, (температура в уравнение молярной внутренней энергии подставляется в °С)
=
=11918 кДж/кмоль,
где Сv c.з
– молярная теплоёмкость свежего заряда (воздуха) при температуре tc
,
Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре tc
=
=13236 кДж/кмоль,
где rк п.с
– объёмная доля компонента продуктов сгорания, Сv п.с
– молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре tс
.
Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре tz
=
=80093 кДж/кмоль,
где Сv п.с
– молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре tz
.
Объёмная доля компонента продуктов сгорания
,
где Мк
– количество компонента продуктов сгорания, кмоль; например, .
Решая уравнение сгорания, определяем температуру Тz
.
Tz=2905,2 K.
Теоретическое давление в цилиндре в конце сгорания
=
=7,760 МПа.
Действительное давление в цилиндре в конце сгорания
,
=6,984 МПа.
Давление конца расширения
=
=0,276 МПа,
n2=1,430 .
n2
– показатель политропы расширения.
Температура конца расширения
=
=1065,4 K.
Среднее индикаторное давление
=
=0,834 МПа.
Индикаторный к.п.д.
=
=0,2906.
Удельный индикаторный расход топлива
=
=0,2818 кг/(кВт*ч).
Механический к.п.д. для предварительного расчета (определения Sи D) принимаем .
Рабочий объём одного цилиндра
=
=544,21 cм3.
Диаметр цилиндра
=
=90,98 мм.
Ход поршня
=
=83,70 мм.
Эффективный к.п.д.
=0,2470.
Удельный эффективный расход топлива
=
=0,3315 кг/(кВт*ч).
Литровая мощность
=
=33,08 кВт/л.
Часовой расход топлива
=
=23,87 кг/ч.
Температура газов в камере сгорания растет с увеличением коэффициента избытка окислителя α, имеет максимальное значение при α=1 и уменьшается с уменьшением α. Это значит, что при α<1 будет иметь место увеличение подогрева рабочей смеси, что ведет к увеличению ее объема, а значит к тому, что меньше свежего заряда будет попадать в цилиндр и коэффициент наполнения будет уменьшаться. При α=1 температура максимальна и коэффициент наполнения, в свою очередь, имеет минимальное значение. При α>1 температура в цилиндре уменьшается, подогрев смеси также уменьшается, а коэффициент наполнения увеличивается.
Удельный индикаторный расход топлива находится в обратно - пропорциональной зависимости с индикаторным к.п.д.
Значит расход топлива будет уменьшаться.
При увеличении α топлива в рабочей смеси становиться меньше, а тепло, идущее на совершение полезной работы используется более эффективно. После α=1 идет снижение темпов роста коэффициента наполнения. Это объясняется тем, что топлива в смеси становиться еще меньше, тепла, подведенного с топливом, тоже становиться меньше, и часть его расходуется на нагревание воздуха в смеси.