Курсовая работа: Тепловой расчет двигателя
Название: Тепловой расчет двигателя Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Содержание ВВЕДЕНИЕ 1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ 2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА 2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ 2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ 2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ 3. ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ 5. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ВВЕДЕНИЕ На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства. В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей. Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания. Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня ) и проверить на прочность его основные детали. 1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя
По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, определить параметры состояния рабочего тела, соответствующие характерным точкам цикла, индикаторные и эффективные показатели двигателя, диаметр цилиндра и ход поршня, построить индикаторную диаграмму. Тепловой расчет для карбюраторного двигателя произвести для режима максимальной мощность. При проведении теплового расчётадля карбюраторного двигателя выбираем следующие параметры: Давление окружающей среды р о = 0,1 МПа Температура окружающей среды То = 293 К Давление остаточных газов р r = 0,114 МПа Температура остаточных газов Тr = 1050 К Подогрев свежего заряда ∆Т = 20۫С Коэффициент наполнения ηv = 0,8 Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 8,5 можно использовать бензин АИ 93 Молекулярная масса топлива: С = 0,855; Н = 0,145; mt = 115 кг/моль Низшая теплота сгорания: Нu= 33,891*C+125,6*H-2,51*9*H= 44 МДж/кг Средний показатель политропны сжатия n1 = 1,37 Средний показатель политропны расширения n2 = 1,24 Коэффициент использования тепла ξ = 0,9 тепловой карбюраторный двигатель индикаторный 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ 2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА Давление в конце впуска , где - потери давления в следствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре. где β - коэффициент затухания скорости движения заряда; - коэффициент сопротивления впускной системы; – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы; - плотность заряда на впуске; ; Коэффициент остаточных газов Температура в конце впуска 2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ Давление в конце сжатия: Температура в конце сжатия: 2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива . Наименьшее количество кислорода Оо , которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления. кмоль воз/кг топл кг возд/кг топл , где С, Н, О – массовые доли углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива; 0,21 – объёмное содержание кислорода в 1 кг воздуха; 0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха; Действительное количество молей свежего заряда: где - действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг воздуха. - молекулярная масса паров автомобильных бензинов. Количество молей продуктов сгорания, , Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси: , где - коэффициент молекулярного изменения горючей смеси. Температура в конце видимого сгорания: Температура конца видимого сгорания Тz для карбюраторного двигателя α<1 определяется из уравнения сгорания: , где ξ – коэффициент использования тепла; – теплопроводность топлива; - неполнота сгорания топлива; и - средние мольные теплоёмкости при постоянном объёме рабочей смеси и продуктов сгорания, значения средних мольных теплоемкостей приближенно определяем по формулам; Определяем температуру в конце сгорания по уравнению сгорания: , тогда получим :
Давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя Степень повышения давления 2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ В процессе расширения происходит преобразование тепловой энергии в механическую, определяем по формулам: 3. ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ Теоретическое средние индикаторное давление определяем по формуле:
Действительное средние индикаторное давление: , где φ – коэффициент скругления индикаторной диаграммы для карбюраторных двигателей принимаем равным 0,96 Индикаторный КПД цикла: Индикаторный удельный расход топлива: Средние давление механических потерь: при , , где Средние эффективное давление: Механический КПД двигателя: Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива: 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ Задаем отношение Определяем рабочий объём двигателя по формуле: , где τ = 4 - тактность двигателя; i = 4 - число цилиндров; Объём одного цилиндра: Определяем диаметр и ход поршня: Окончательно принимаем: S = 66мм , D= 76мм . Определяем номинальную мощность двигателя:
Вывод : основные данные полученные в тепловом расчёте при сравнение с характеристиками прототипа позволяют сделать вывод о том что для дальнейших расчётов мы можем принять этот двигатель так как расхождение не превышает 10%. 5. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя, т. е. при Ne = 52,5кВт и Nн = 5600 об/мин . Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Мs = 1 мм в мм ; Масштаб давлений: Мр = 0,05 МПа в мм . Приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания: ; Максимальная высота диаграммы (точка z) Ординаты характерных точек: Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом: а) политропа сжатия отсюда , где б) политропа расширения отсюда Результаты расчета точек политроп приведены в табл.
Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходен n = 5600 об/мин. , то фазы газораспределения устанавливаем с учетом получения хорошей очистки от отработавших газов и обеспечения дозарядки. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r΄) устанавливается за 18˚ до прихода поршня в В.М.Т., а закрытие (точка а ΄΄) – через 60˚ после прохода поршнем Н.М.Т.; начало открытия выпускного клапана (точка b ΄) принимаем за 55˚ до прихода поршня в Н.М.Т., а закрытие (точка а ΄) – через 25˚ после прохода поршнем В.М.Т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимаем равным 35˚, а период воспламенения ∆φ1= 5˚. В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня: где λ — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. При построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ = 0,285. Расчеты координат точек r ', а', а", с', f и b ' сведены в табл.
Положение точки определяется по формуле: МПа; мм. Действительное давление сгорания МПа; мм. Соединяя плавными кривыми точки r с а' , с' с с" и далее с z д и кривой расширения, b ' с b " (точка b " располагается обычно между точками b и а ) и линией выпуска b"r' r , получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc" z дb ' b " r . СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей; учеб. пособие для вузов.; М.: Высшая школа, 1980.- 400с. |