14631

Определение потерь тепла через систему охлаждения автомобильного двигателя

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №4 Определение потерь тепла через систему охлаждения автомобильного двигателя Цель работы: Изучение теплового баланса двигателя и практическое определение потерь тепла через систему охлаждения автомобильного двигателя. Оборудование: дви

Русский

2013-06-08

534 KB

6 чел.

Лабораторная работа  №4

«Определение потерь тепла через систему охлаждения автомобильного двигателя»

Цель работы: Изучение теплового баланса двигателя и практическое определение потерь тепла через систему охлаждения автомобильного двигателя.  

Оборудование: двигатель ЗИЛ – 130, расходомер жидкости, термометры

0-150  0С  (два), расходомер топлива, весы, набор гирек, тестер автомобильный, секундомер.  

Параметры что изменяются: фазы прогрева двигателя от температуры окружающей среды к номинальной рабочей температуре; режимы работы двигателя (холостой ход, средние обороты; 0,8 от максимальных  оборотов коленчатого вала).

Тепловой баланс двигателя представляет собой определенное опытным путем распределение теплоты, вводимой в двигатель с топливом, на полезно используемую теплоту и отдельные виды потерь:

Q1=Qe+Qохл+QM+Qог+QHC+Qост

где Q1- количество теплоты, вводимой в двигатель с топливом за определенный отрезок времени, например, за 1 ч:

Q1= HuGT (Q1- расход топлива, кг/час; Нu - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг); Qe- количество теплоты, превращенной в полезную работу;  Qe= HuGTηe ( (η - эффективный КПД двигателя); Qохл - количество теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости; Qохл = cохл(tвых-tвх)Gохл здесь сохл , Gохл - удельная теплоемкость и расход охлаждающей жидкости; tвых  и tвх - температура охлаждающей жидкости соответственно на выходе и входе системы; Qм -количество теплоты, передаваемой смазочному маслу (этот член теплового баланса выделяется обычно при наличии на двигателе автономного теплообменника для охлаждения смазочного масла и определяется аналогично Qохл. В большинстве случаев Qм включается в остаточный член теплового баланса; Qог - потеря теплоты с отработанными газами;

Qr=GT[M2cv")·tr -M1(μсp)tk]- количество уходящих и входящих газов в цилиндр двигателя в кмолях на 1 кг  сгоревшего топлива, μcv" и μсp - мольные теплоемкости при постоянном давлении соответственно продуктов сгорания и свежего заряда, Дж(кмоль·С); tr — температура отработавших газов за выпускным патрубком, -С;  tk -температура свежего заряда на впуске в цилиндр двигателя,°С. QHC - теплота, не выделившаяся в двигателе вследствие неполноты сгорания. Для ее определения необходимо знать состав продуктов сгорания и теплоту сгорания каждого из продуктов неполного окисления топлива. При α>1 этот член не определяется и соответствующая ему часть теплоты включается в Qост; при α<1 можно вычислить количество теплоты, которое теоретически не может выделиться из-за недостатка воздуха по выражению Qним= ∆HuGT, ∆Hu=1,16·105(1-α)L0;

При этом теплота, соответствующая разнице между QHC и Qним также включается в Qост. В Qост кроме Qм, Qнс или Qнс- Qним входит теплота, рассеиваемая в окружающую среду внешними поверхностями двигателя и его агрегатов, а также теплота, соответствующая кинетической энергии ОГ. На величину Qост естественно влияет погрешность определения составляющих теплового баланса. Теплоту Qохл, Qм и Qог используют при расчете систем охлаждения, смазки и наддува.

По величине Qнс можно судить о степени неполноты сгорания и наметить пути повышения теплоиспользования, по величине Qохл лишь ориентировочно о резервах повышения теплоиспользования путем более рационального охлаждения деталей. Последнее связано с тем, что в Qохл входит не только теплота, передаваемая от газов в цилиндре (уменьшением которой можно повысить ηі), но и теплота, передаваемая от газов охлаждающей жидкости в выпускном канале (а в случае охлаждаемого выпускного трубопровода - и в трубопроводе), а также значительная часть теплоты, соответствующей механическим потерям (остальная часть последней передается через масло и рассеивается наружными поверхностями двигателя). На величину ηі влияет не только общее количество теплоты, переданной от РТ охлаждающей жидкости, но и зависимость этих потерь от положения поршня. Поэтому для анализа влияния на ηі тепловых потерь привлекается внутренний тепловой баланс, дающий представление о динамике этих потерь и преобразования теплоты в работу.

Тепловой баланс можно определить в процентах от всего количества введенной теплоты. Тогда

100 =qe+qохл+qM+qог+qнс+qocт

Где qe=Qe·100/Q0;

qохл=Qохл·100/Q0;

qM=QM·100/Q0 и т.д

-

Для примера приведен график (рис.9.1) по распределению составляющих теплового баланса. На режиме полной нагрузки наиболее весомыми членами теплового баланса являются потери с ОГ и полезно используемая теплота (здесь  qнс включено в qocт) Доля теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости, меньше. Это связано частично с тем, что объектом рассмотрения является дизель с наддувом. Потеря qохл уменьшается с ростом нагрузки и частоты вращения. Последнее связано с преобладающим влиянием уменьшения времени теплообмена. Доля потерь с ОГ мало зависит от нагрузки и, как правило, увеличивается с ростом n. На характер qог=f(n) естественно, влияет уменьшение времени охлаждения продуктов сгорания с ростом n. Характер изменения qM с режимом работы можно объяснить изменением доли индикаторной работы, затрачиваемой на механические потери. Теплота Qост мало зависит от режима работы, поэтому qocт возрастает при уменьшении частоты вращения и особенно нагрузки двигателя.

                       Тепловой баланс карбюраторного двигателя

  1.  Общее количество теплоты введено в двигатель с топливом:

Q0=HuGT/3.6,  

              где, Hu- найнища теплота сгорания топлива   

                     Gт – часовая затрата топлива кг/год

  1.  Теплота, эквивалентная эффективные работе за 1 с.

Qe  = 1000Ne

    где,  Ne – эффективная мощность двигателя

3.Теплота, которая передается окружающей среде

QB= ciD1+2mnm(Hu- ∆Hu)/(aHu),

где, с=0,45÷0,53 – коэффициент пропорциональности для четирехтактних       двигателей;  і – число цилиндров;     D – диаметр цилиндра, см;                         n – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/хв;   m = 0,6÷0,7 показатель степени для четирехтактних двигателей;    ∆Hu – количество теплоты,  потерянной в следствие химической не полноты сгорания  топлива; а -  коэффициент избытка воздуха.  

         5.Теплота,  отнесенная  с отработанными газами

 Qr=(GT/3.6){M2[(mcv)+8,315]tr-M1[(mсv)+8.315]t0}

 где (mcv)– теплоемкость остаточных газов кДж/(кмоль•град);           (mcv) - теплоемкость свежего заряда кДж/(кмоль•град);            

М – количество входных и исходных газов в цилиндр двигателя в кмолях на 1 кг

6. Теплота потеряна из-за химической неполноты сгорания топлива:

Qн.с.=∆HuGT/3.6

Таблица 1.   Составляющие теплового баланса

Составляющие теплового баланса

Частота вращения двигателя, об/мин:

1000

3200

5600

6000

Q,

Дж/с

q, %

Q,

Дж/с

q, %

Q,

Дж/с

q, %

Q,

Дж/с

q, %

  Теплота эквивалентна эффективные работе

12 700

28,9

42 770

32,3

60 420

27,2

60 140

25,8

Теплота, которая передается окружающей среде

10 810

24,6

42 050

31,7

60 510

27,3

63 280

27,1

Теплота, унесенная с отработанными газами

9 610

21,8

38 770

29,3

71 060

32,0

74 940

32,1

Теплота потеряна из-за химической неполноты сгорания топлива

8 680

19,7

7 470

5,6

12 510

5,7

13 150

5,6

Неучтенные потери теплоты

2 220

5,0

1 510

1,1

17 420

7,8

21 870

9,4

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

44 020

100

132570

100

221920

100

233380

100

Рис. 38. Залежність складових

теплового балансу карбюраторного

двигуна від частоти обертання

колінчастого вала


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78201. Понятие алгоритма: свойства, способы описания 242.5 KB
  Язык программирования предназначен для реализации программ на ЭВМ. Для разработки программ используются системы программирования. Система программирования средство автоматизации программирования включающее язык программирования транслятор этого языка документацию а также средства подготовки и выполнения программ. Основными изобразительными средствами алгоритмов являются следующие способы их записи: словесный; формульно-словесный; блоксхемный; псевдокод; структурные диаграммы; языки программирования.
78202. Структура программного модуля. Состав интегрированной программной среды 99 KB
  Слова PROGRAM, BEGIN и END выделяют 2 части программы: раздел описаний и раздел операторов. Такая структура обязательна. Любой объект, используемый в программе, должен быть учтен в разделе описаний. Иными словами, в разделе описаний должны быть перечислены имена
78203. Условный оператор. Оператор выбора. Логические операции в Паскале 159.5 KB
  В операторах присваивания переменная и выражение должны иметь один и тот же тип, а для переменных интервального типа - одно и то же подмножество значений. Нельзя присваивать целочисленным переменным выражение типа Real. Однако разрешается присваивать переменной типа Real выражение целочисленного типа.
78204. Операторы организации цикло 74 KB
  Примеры алгоритмов циклической структуры. Процедуры ограничения и прерывания цикла. Для организации цикла необходимо выполнить следующие действия: перед началом цикла задать начальное значение параметра; внутри цикла изменять параметр цикла с помощью оператора присваивания; проверять условие повторения или окончания цикла; управлять циклом т. переходить к его началу если он не закончен или выходить из цикла в противном случае.
78205. Операторы организации итерационных циклов 145 KB
  Если в цикле изменяется простая переменная то она является параметром цикла; если в цикле изменяется переменная с индексом то индекс этой переменной является параметром цикла. Для организации цикла с известным числом повторений в Pscl используется оператор for. Оператор цикла с предусловием While Если число повторений выполняемых в цикле заранее не известно или шаг приращения счетчика параметра цикла отличен от единицы то необходимо использовать оператор цикла с предусловием.
78206. Массивы: определение, описание, размещение в памяти, использование 143 KB
  Массивы: определение описание размещение в памяти использование. Цель: дать определение массиву сформировать знания о массивах приемы составления блок-схем алгоритмов изучить приемы составления программ с использованием массивов. Группа переменных в данном...
78207. Процедуры и функции. Заголовок. Вызов. Собенности применения 98 KB
  Как отмечалось ранее, процедуры и функции представляют собой относительно самостоятельные фрагменты программы, оформленные особым образом и снабженные именем. Упоминание этого имени в тексте программы называется вызовом процедуры (функции). Отличие функции от процедуры заключается в том
78208. Особенности использования массивов в качестве параметров 57.5 KB
  Открытый массив представляет собой формальный параметр подпрограммы описывающий базовый тип элементов массива но не определяющий его размерности и границы: Procedure MyProcOpenrry: rry of Integer; Внутри подпрограммы такой параметр трактуется как одномерный массив с нулевой нижней границей. Используя минимальный индекс как ноль и значение возвращаемое функцией HIGH как максимальный индекс подпрограмма может обрабатывать...
78209. Организация библиотек. Стандартные модули. Структура Unit 79.5 KB
  Организация библиотек. Цель: формирование представлений об организации библиотек и составе библиотечных модулей изучение структуры модуля и формирование навыков создания личных библиотек. Вместе с тем структура модуля позволяет использовать его как своеобразную библиотеку описаний.