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

1. Мощность двигателя,  N_e = 87 кВт;

2. Частота вращения коленчатого вала, n_N = 6000 об/мин;

3. Тактность двигателя, τ = 4;

4. Количество цилиндров, i = 4;

5.   Степень сжатия, ε = 10,3;

6. Тип охлаждения – жидкостное.

Режимы для проведения теплового расчета:

а) режим минимальной частоты вращения n_min = 1000об./мин.

б) режим максимального крутящего момента n_M =0,53n_N = 3200 об./мин.

в) режим максимальной (номинальной) мощности n_N = 6000об./мин.

г) режим максимальной скорости движения автомобиля

   n_max = 1.05n_N = 6300 об./мин.

Подбор аналогов

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; m_т = 115 кг/кмоль.

Определим низшую теплоту сгорания топлива

Н_u = 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. топлива      

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.

 кмоль гор.см./кг. топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5

кмольСО₂/кгтопл.

 кмольСО/кгтопл.

кмольН₂О/кгтопл.

кмольН₂/кгтопл.

 кмольN₂/кгтопл.

Общее количество продуктов сгорания:

М₂ = М_СО2 + М_СО + М_Н2О + М_Н2 + М_N2 = 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 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 Т_N = 8ºС.    

                                                                                                          (1)

Плотность заряда на выпуске.

Ρ_r = Р_о *10⁶ / (R_BT_O) = 0,1*10⁶ / (287*293) = 1,189 кг / м³,

где R_B – 287 Дж / (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха.

                                                                                                               (1)

    Потери давления на впуске.

    При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β² + ξ_ВП = 2,8 и

 ω_ВП = 95 м/с.

     β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.

    ξ_ВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.

     ω_ВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.

                                                                                                                 (1)

Тогда ΔР_а на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:

ΔР_а = (β² + ξ_вп) А²_nn²ρ_о10^-6/2, где А_n = ω_вп/ n_N

 А_n = 95 / 6000 = 0,0158

ΔР_а = 2,8 * 0,0158² * 6000² * 1,189 * 10^-6 / 2 = 0,0150

Давление в конце пуска.

В карбюраторном двигателе при n_N = 6000 мин^-1.

Р_а = Р_о – ΔР_а = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.

Коэффициент остаточных газов.

При n_N = 6000 мин^-1.

φ_оч = 1 – коэффициент очистки.

φ_доз = 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.

Температура в конце впуска.

Т_а = (Т_о + ΔТ + γ_r * T_r) / (1 + γ_r) ₌ (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329

Коэффициент наполнения.

Результаты вычислений занесем в таблицу.

Процесс сжатия.

При ε = 10,3 и Т_а = 329 К, n_N = 6000 мин^-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к₁ = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n₁ = 1,37.               

                                                                                                                   (1)

Давление в колнце сжатия.

При n_N = 6000 мин^-1

Р_с = Р_аεⁿ = 0,085*10,3^1,376 = 2,1036 Мпа.

Температура в конце сжатия.

Т_с = Т_аε^n-1 = 329*10,3^1,376-1 = 792 К.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.

а) свежей смеси (воздуха)

20,6 + 2,638 * 10^-3 * t_c, где t_c = Т_с - 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 n_N = 6000 мин^-1 , α = 0,96 и t_c = 519 ºС.    

 (m) = 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).

(m) = 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).

(m) = 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).

в) рабочей смеси

 кДж/(кмоль град).

(m) =  кДж/(кмоль град).

Результаты вычислений заносим в таблицу.

Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

ΔН_u = 119950*(1-α)*L₀ кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.

Теплота сгорания рабочей смеси:

Н_раб.см. =  кДж/кмоль раб.см.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(m)= 

кДж/кмоль град.

Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.

(m)=  *(0,0655*(39,123+0,003349t_z)+0,0057*(22,49+0,00143t_z)+0,0696*(26,6++0,004438t_z)+0,0029*(19,678+0,001758t_z)+0,3923*(21,951+0,001457t_z)=24,657+ 0,002077t_z) кДж/кмоль град.

Коэффициент использования теплоты ξ_z принимаем = 0,88:

                                                                                                                    (1)

Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин

ξ_z Н_раб.см + (m) t_c = μ(m)t_z :

  0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) t_z,

  0,002204+26,165 t_z– 81132 = 0, откуда

 t_z =

   = 2552 ºС;

T_z = t_z + 273 = 2825 К;

 Максимальное давление сгорания теоретическое:

   p_z = p_c*μ* T_z/ Т_с = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.

Максимальное давление сгорания действительное:

   P_zд  = 0,85* p_z = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.

Степень повышения давления:

   λ =  p_z/ p_c = 7,963/2,1036 = 3,786.