Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА.
КАФЕДРА АД и С
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
"Тепловой расчет ДВС"
по дисциплине "Автомобильные двигатели"
Выполнил: студент гр. 1371 Золев А.В.
Руководитель: Сосницкий А.Б.
Казань 2007
Содержание
Исходные данные. 3
1. Тепловой расчет двигателя. 4
2. Основные параметры двигателя. 15
3. Построение индикаторных диаграмм. 17
Список используемой литературы. 21
Исходные данные1. Мощность двигателя,Ва Ne = 87 кВт;
2. Частота вращения коленчатого вала, nN = 6000 об/мин;
3. Тактность двигателя, τ = 4;
4. Количество цилиндров, i = 4;
5.ВаВа Степень сжатия, ε = 10,3;
6. Тип охлаждения тАУ жидкостное.
Режимы для проведения теплового расчета:
а) режим минимальной частоты вращения nmin = 1000об./мин.
б) режим максимального крутящего момента nM =0,53nN = 3200 об./мин.
в) режим максимальной (номинальной) мощности nN = 6000об./мин.
г) режим максимальной скорости движения автомобиля
ВаВа nmax = 1.05nN = 6300 об./мин.
Подбор аналогов
Величина | Проектируемый двигатель | |||
Ne, кВт | 86/4/6000 | |||
Ме, Н*м | 136,2/6000 | |||
ε | 10,3 | |||
Vл, л | 1,9 | |||
D/S | 88/78 | |||
Nл = Nе/Vл | 45,1 |
Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина
С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115 кг/кмоль.
Определим низшую теплоту сгорания топлива
Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.
Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топливаВаВаВаВаВаВа
кмоль возд/кг топл.
кмоль
возд./кг топл.
Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основных режимах
(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения α = 0,86.
Количество горючей смеси.
Вакмоль гор.см./кг. топл.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5
кмольСО2/кгтопл.
ВакмольСО/кгтопл.
кмольН2О/кгтопл.
кмольН2/кгтопл.
ВакмольN2/кгтопл.
Общее количество продуктов сгорания:
М2 = МСО2 + МСО + МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79αL0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.
Результаты занесем в таблицу
параметры | Рабочее тело; карбюраторный двигательВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа | |||
n, мин-1 | ВаВаВа 1000 | ВаВа 3200 | ВаВа 6000 | ВаВаВа 6300 |
ВаВаВаВаВаВаВа α | ВаВаВа 0,86 | ВаВа 0,96 | ВаВа 0,96 | ВаВаВа 0,96 |
М1 кмоль. гор.см./кг.топл. | ВаВаВа 0,4525 | ВаВа 0,5041 | ВаВа 0,5041 | ВаВаВа 0,5041 |
МСО2 кмоль СО2/кг.топл. | ВаВаВа 0,0512 | ВаВа 0,0655 | ВаВа 0,0655 | ВаВаВа 0,0655 |
МСО кмоль СО/кг.топл. | ВаВаВа 0,0200 | ВаВа 0,0057 | ВаВа 0,0057 | ВаВаВа 0,0057 |
МН2О кмоль Н2О/кг.топл. | ВаВаВа 0,0625 | ВаВа 0,0696 | ВаВа 0,0696 | ВаВаВа 0,0696 |
МН2 кмоль Н2/кг.топл. | ВаВаВа 0,0100 | ВаВа 0,0029 | ВаВа 0,0029 | ВаВаВа 0,0029 |
МN2 кмоль N2/кг.топл. | ВаВаВа 0,3515 | ВаВа 0,3923 | ВаВа 0,3923 | ВаВаВа 0,3923 |
М2 кмоль пр.сг/кг.топл. | ВаВаВа 0,4952 | ВаВа 0,5361 | ВаВа 0,5361 | ВаВаВа 0,5361 |
Параметры окружающей среды и остаточные газы.
Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува
Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К
Температура остаточных газов.
(рис. 5.1 литература 1 принимаем).
При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К
Давление остаточных газов.
Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:
PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.
Процесс пуска.
Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ ТN = 8ºС.ВаВаВаВа
ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (1)
Плотность заряда на выпуске.
Ρr = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) = 1,189 кг / м3,
где RB тАУ 287 Дж / (кг.град.) тАУ удельная газовая постоянная для воздуха.
ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (1)
ВаВаВа Потери давления на впуске.
ВаВаВа При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β2 + ξВП = 2,8 и
ВаωВП = 95 м/с.
ВаВаВаВа β тАУ коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.
ВаВаВа ξВП тАУ коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.
ВаВаВаВа ωВП тАУ средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.
ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа(1)
Тогда ΔРа на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:
ΔРа = (β2 + ξвп) А2nn2ρо10-6/2, где Аn = ωвп/ nN
ВаАn = 95 / 6000 = 0,0158
ΔРа = 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 = 0,0150
Давление в конце пуска.
В карбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.
Ра = Ро тАУ ΔРа = 0,1 тАУ 0,0150 = 0,085 Мпа.
Коэффициент остаточных газов.
При nN = 6000 мин-1.
φоч = 1 тАУ коэффициент очистки.
φдоз = 1,12 тАУ коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.
Температура в конце впуска.
Та = (То + ΔТ + γr * Tr) / (1 + γr) = (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329
Коэффициент наполнения.
Результаты вычислений занесем в таблицу.
Вапараметры | ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Процесс впуска и газообмена | |||
ВаВа n, мин-1 | ВаВаВа 1000 | ВаВаВа 3200 | ВаВаВа 6000 | ВаВаВа 6300 |
ВаВа ВаВаВаαВа | ВаВаВа 0,86 | ВаВаВа 0,96 | ВаВаВа 0,96 | ВаВаВа 0,96 |
Ва Тr , K | ВаВаВа 900 | ВаВаВа 1010 | ВаВаВа 1070 | ВаВаВа 1080 |
Ва Pr , Mpa | ВаВаВа 0,1039 | ВаВаВа 0,1076 | ВаВаВа 0,118 | ВаВаВа 0,1195 |
Ва ΔT , ºC | ВаВаВа 22,29 | ВаВаВа 16 | ВаВаВа 8 | ВаВаВа 7,14 |
Ва ΔPa , Mpa | ВаВаВа 0,0004 | ВаВаВа 0,0043 | ВаВаВа 0,0150 | ВаВаВа 0,0166 |
ВаВа Pa , Mpa | ВаВаВа 0,0996 | ВаВаВа 0,0957 | ВаВаВа 0,085 | ВаВаВа 0,0834 |
ВаВа φ , доз | ВаВаВа 0,95 | ВаВаВа 1,025 | ВаВаВа 1,12 | ВаВаВа 1,13 |
ВаВаВаВаВаВа γ | ВаВаВа 0,0418 | ВаВаВа 0,0365 | ВаВаВа 0,0385 | ВаВаВа 0,0390 |
ВаВаВа Та , К | ВаВаВа 339 | ВаВаВа 334 | ВаВаВа 329 | ВаВаВа 329 |
ВаВаВаВа ηv | ВаВаВа 0,8699 | ВаВаВа 0,9207 | ВаВаВа 0,9255 | ВаВаВа 0,8939 |
Процесс сжатия.
При ε = 10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа
ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа(1)
Давление в колнце сжатия.
При nN = 6000 мин-1
Рс = Раεn = 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.
Температура в конце сжатия.
Тс = Таεn-1 = 329*10,31,376-1 = 792 К.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.
а) свежей смеси (воздуха)
20,6 + 2,638 * 10-3 * tc, где tc = Тс - 273 ºС
20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).
б) остаточных газов
определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1 , α = 0,96 и tc = 519 ºС.ВаВаВаВа
Ва(m) = 24,014+(24,150 тАУ 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).
(m) = 24,44+(24,586 тАУ 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).
(m) = 24,041+(24,469 тАУ 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).
в) рабочей смеси
ВакДж/(кмоль град).
(m) = ВакДж/(кмоль град).
Результаты вычислений заносим в таблицу.
Ва параметры | ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Процесс сжатия | |||
ВаВаВа n, мин-1 | ВаВаВаВаВаВа 1000 | ВаВаВаВаВаВа 3200 | ВаВаВаВаВаВа 6000 | ВаВаВаВаВа 6300 |
ВаВаВа к1 | ВаВаВаВаВаВа 1,3751 | ВаВаВаВаВаВа 1,3757 | ВаВаВаВаВаВа 1,3765 | ВаВаВаВаВа 1,3766 |
ВаВаВа n 1 | ВаВаВаВаВаВа 1,370 | ВаВаВаВаВаВа 1,373 | ВаВаВаВаВаВа 1,376 | ВаВаВаВаВа 1,376 |
ВаВаВа Рс , МПа | ВаВаВаВаВаВа 2,4309 | ВаВаВаВаВаВа 2,3532 | ВаВаВаВаВаВа 2,1036 | ВаВаВаВаВа 2,0655 |
ВаВаВа Тс , ºК | ВаВаВаВаВаВа 803 | ВаВаВаВаВаВа 796 | ВаВаВаВаВаВа 792 | ВаВаВаВаВа 792 |
ВаВаВа tc , ºС | ВаВаВаВаВаВа 530 | ВаВаВаВаВаВа 523 | ВаВаВаВаВаВа 519 | ВаВаВаВаВа 519 |
ВаВа (m. cv)to | ВаВаВаВаВаВа 21,998 | ВаВаВаВаВаВа 21,980 | ВаВаВаВаВаВа 21,969 | ВаВаВаВаВа 21,968 |
Ва(m)to | ВаВаВаВаВаВа 24,169 | ВаВаВаВаВаВа 24,141 | ВаВаВаВаВаВа 24,122 | ВаВаВаВаВа 24,121 |
ВаВаВа (m)to | ВаВаВаВаВаВа 22,085 | ВаВаВаВаВаВа 22,056 | ВаВаВаВаВаВа 22,049 | ВаВаВаВаВа 22,049 |
Процесс сгорания.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:
ΔНu = 119950*(1-α)*L0 кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.
Теплота сгорания рабочей смеси:
Нраб.см. = ВакДж/кмоль раб.см.
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:
(m)=Ва
кДж/кмоль град.
Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.
(m)=Ва *[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz] кДж/кмоль град.
Коэффициент использования теплоты ξz принимаем = 0,88:
ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа(1)
Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин
ξz Нраб.см + (m) tc = μ(m)tz :
Ва 0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,
Ва 0,002204+26,165 tzтАУ 81132 = 0, откуда
Ваtz =
ВаВа = 2552 ºС;
Tz = tz + 273 = 2825 К;
ВаМаксимальное давление сгорания теоретическое:
ВаВа pz = pc*μ* Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.
Максимальное давление сгорания действительное:
ВаВа PzдВа = 0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.
Степень повышения давления:
ВаВа λ =Ва pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.
Ва параметры | ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Процесс сгорания | |||
ВаВаВаВа n, мин-1 | ВаВаВаВаВа 1000 | ВаВаВаВаВа 3200 | ВаВаВаВаВа 6000 | ВаВаВаВаВа 6300 |
ВаВаВаВаВаВаВа μ0 | ВаВаВаВа 1,0945 | ВаВаВаВа 1,0635 | ВаВаВаВаВа 1,0635 | ВаВаВаВа 1,0635 |
ВаВаВаВаВаВаВа μ | ВаВаВаВа 1,0907 | ВаВаВаВа 1,0613 | ВаВаВаВаВа 1,0612 | ВаВаВаВа 1,0611 |
ΔН , кДж/кг | ВаВаВаВа 8665 | ВаВаВаВа 2476 | ВаВаВаВаВа 2476 | ВаВаВаВа 2476 |
Нраб.см.кДж/кмоль | ВаВаВаВа 74813 | ВаВаВаВа 79348 | ВаВаВаВаВа 79193 | ВаВаВаВа 79155 |
ВаВаВа (m) | ВаВаВаВа 24,2982+ ВаВаВа 0,002034tz | ВаВаВаВа 24,6566+ ВаВаВа 0,002077tz | ВаВаВаВаВа 24,6566+ ВаВаВа 0,002077tz | ВаВаВаВа 24,6566+ ВаВаВа 0,002077tz |
ВаВаВа ВаВаВаВаВаξz | ВаВаВаВа 0,83 | ВаВаВаВа 0,92 | ВаВаВаВаВаВа 0,88 | ВаВаВаВа 0,86 |
ВаВаВаВаВаВаВаВа tz , ºС | ВаВаВаВа 2330 | ВаВаВаВа 2643 | ВаВаВаВаВаВа 2552 | ВаВаВаВа 2509 |
ВаВаВаВаВаВаВаВа Tz , ºК | ВаВаВаВа 2603 | ВаВаВаВа 2916 | ВаВаВаВаВаВа 2825 | ВаВаВаВа 2782 |
ВаВаВаВаВаВаВаВа Pz , МПа | ВаВаВаВа 8,5967 | ВаВаВаВа 9,1438 | Автоматизированная система оперативного управления перевозками Автоматика и автоматизация на железнодорожном транспорте Автомобильные дизельные топлива Автомобильные эксплуатационные материалы |