82583

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Отношением площади поперечного сечения цилиндра к проходному сечению впускного клапана следует задаться из конструктивных соображений, имея в виду, что: для тихоходных двигателей при одном всасывающем клапане; для быстроходных двигателей при двух всасывающих клапанах.

Русский

2015-02-28

264.5 KB

13 чел.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Основные исходные параметры 4-х тактного дизеля

Эффективная мощность       Ne  кВт=110

Номинальная частота вращения      n мин-1  =1500

Число цилиндров        z=6

Средняя скорость поршня       Сm  м/с

Степень сжатия         ε 14

Давление конца горения       Pz  Мпа 5.5

Отношение площади поршня к площади сечения клапана  F/f=5

Топливо дизельное со средним составом:     С86.3%; Н12.3% ; О1.1%

Низшая теплота сгорания топлива      Qн кДж/кг=42.654x10

Дополнительные исходные параметры

Давление окружающей среды      P0 = 1.015МН/м2

Температура окружающей среды      T0 = 297 К

Коэффициент избытка воздуха      α 1.9

Коэффициент использования теплоты     ξ 

Показатель политропы сжатия      n1 1.38

Показатель политропы расширения     n2 1.29

Механический КПД        ηm 0.8

Приращение температуры воздуха при нагреве горячими деталями  ΔT15  К

Температура остаточных газов      Tг К

Коэффициент остаточных газов      γг 2,45

Давление выпуска        Рr  МН/м2

Поправка на полноту диаграммы      φ 0,95

Необходимо также задаться значением среднего эффективного давления ре, величина которого для 4-х тактных дизелей без наддува находится в пределах 0,52÷0,65 МН/м2. В быстроходных двигателях ре, как правило, несколько выше, чем в тихоходных. Величина ре оказывает весьма существенное влияние на рабочий процесс двигателя, а поэтому к выбору ее значения следует подходить осторожно. Так, например, излишне высокое значение ре будет не оправдано, т.к. создать такое давление в реальном двигателе без помощи наддува будет невозможно. С другой стороны, при слишком малом ре для обеспечения проектной мощности двигателя (при заданном числе оборотов) потребуется увеличение линейных размеров двигателя.

1. Расчёт параметров наполнения рабочего цилиндра 

1.1. Определяем среднюю скорость воздуха во всасывающем клапане по формуле:

                     =50   ,    м/с. (1)    (где Сm = S n/30  м/с.- ср. скорость поршня.)

Отношением площади поперечного сечения цилиндра к проходному сечению впускного клапана следует задаться из конструктивных соображений, имея в виду, что:

 - для тихоходных двигателей при одном всасывающем клапане;

 - для быстроходных двигателей при двух всасывающих клапанах.

Правильный выбор отношения  оказывает существенное влияние на качество протекания процесса наполнения цилиндра свежим зарядом.

1.2. Температура воздуха в момент поступления в цилиндр:

Т0' = T0 + ΔТ583, К.     (2)

где ΔТ=15°— повышение температуры воздуха за счет нагревания о стенки всасывающего тракта.

Величину степени сжатия e следует принять по практическим соображениям, имея в виду, что с увеличением быстроходности двигателя ε несколько повышается.

Не рекомендуется выходить за пределы значения ε=13,0÷15,5.

1.3. Определяем температуру смеси свежего заряда с остаточными газами к моменту начала сжатия:

, К   (3)

=0,04

Для 4-х тактных дизелей Та =310° - 340° К, γr=0,03÷0,05.

1.4. Определяем абсолютное давление в цилиндре в начале сжатия по формуле

Ра = 98066 – KC22 =(98066-1/3x1/125.1)x10=0.07 , МН/м2     (4)

где  К=1,3 принимаем коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление.

С2 — наибольшая скорость протекания воздуха при открытии клапана.

 =1,57x0,12x10=0,088  , м/с.     (5)

Давление ра должно находиться в пределах 0,085÷0,095 МН/м2.

1.5. Коэффициент наполнения:

 = 0,96     (6)

2. Расчёт параметров процесса сжатия

2.1. Определяем абсолютную температуру, в конце процесса сжатия:

=751,3, К     (7)

n1 =1,37

Для дизелей Тс = 750°÷850°, которой должно быть вполне достаточно для надёжного самовоспламенения топлива при всех режимах работы дизеля.

2.2. Определяем давление газа в конце процесса сжатия:

 =0,07x13=3,8 , МН/м2     (8)

Для дизелей рс = 3,2÷4,5 МН/м2.

3. Расчёт параметров процесса сгорания

3.1. Теоретически определяем необходимое количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива по формуле:

  =0,428, кмоль/кг    (9)

Задаваясь, значением коэффициента избытка воздуха, определяем действительное количество воздуха в молях, необходимое для сгорания 1 кг топлива заданного состава.

3.2. Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания топлива:

= 0,81 , кмоль/кг    (10)

Значение коэффициента избытка воздуха находится в пределах α=1,9 С увеличением быстроходности, двигателя рекомендуется принимать меньшие значения α. Следует иметь в виду, что чрезмерное увеличение α ведет к увеличению объема цилиндра, а избыточный воздух, не участвуя в горении, - к излишним тепловым потерям.

3.3. Определяем количество молей смеси воздуха и остаточных газов в конце сжатия до момента начала горения:

 =0,84 , кмоль/кг    (11)

3.4. Количество молей в конце горения с учётом остаточных газов:

 =0,89 , кмоль/кг   (12)

3.5. Тогда действительный коэффициент молекулярного изменения:

=1,045       (13)

Значение β должно находиться в пределах 1,028÷1,045. Чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем  большей величины достигает β.

3.6. Задаваясь значением давления газа в конце сгорания, определяем степень повышения давления:

=2,46       (14)

рz =5,5 МН/м2 

В данном случае целесообразно использовать технические параметры прототипа. Полученное значение λ не должно выходить за пределы

λ = 1,3÷2,0 — для тихоходных дизелей;

λ = 1,5÷2,5 — для быстроходных дизелей.

3.7. Находим среднюю молярную изохорную теплоёмкость сухого воздуха в конце сжатия:

Cv' = 19,3 + 0.0025 Тс  21,17 кДж/(кмоль·К)   (15)

3.8. Определяем количество двухатомных газов в продуктах сгорания 1 кг топлива в молях

m(R)=m(O2)+m(N2)=21,17     (16)

3.9. Определяем среднюю мольную изобарную теплоемкость смеси продуктов сгорания 1 кг топлива

=1,05 (17)

3.10. Пользуясь уравнением сгорания для дизелей, определяем абсолютную температуру газа в конце процесса сгорания

=0.85     (18)

Коэффициент использования тепла при сгорании ξ может быть принят в пределах значения:

ξ = 0,85 - 0,90 — для тихоходных дизелей;

ξ = 0,65 - 0,85 — для быстроходных дизелей.

После подстановки значений всех членов, входящих в уравнение сгорания (18), оно примет вид полного квадратного уравнения, при решении которого получится два корня, один из которых будет иметь oотрицательное значение. Этот корень следует опустить, т.к. совершенно очевидно, что температура Tz не может быть отрицательной.

Температура Тг находится в пределах 1750÷2200 K. Полученное значение максимальной температуры цикла должны соответствовать допустимым пределам.

3.11. Определяем коэффициент наполнения рабочего цилиндра

=0,79      (19)

Для четырехтактных дизелей ηн=0,75÷0,88, причем меньшие значения относятся к быстроходным двигателям.

3.12. Определяем коэффициент остаточных газов

 0.03      (20)

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных дизелей обычно лежит в следующих пределах γr=0,03÷0,05.

В результате нескольких последовательных приближений получаем температуру сгорания  Tz=1950

4. Расчёт параметров процесса расширения

4.1. Определяем степень предварительного расширения:

1.38        (21)

4.2. Тогда степень последующего расширения δ может быть определена из соотношения для степени сжатия ε:

,        (22)

=8,9        (23)

4.3. Определяем абсолютную температуру газа в конце расширения

 1150 , К       (24)

Для дизелей Тв=900÷1200 К. Меньшие значения относятся к тихоходным дизелям, а большие – к быстроходным.

4.4. Определяем давление газа в конце процесса расширения

=1,29  , МН/м2      (25)

Значение показателя политропы расширения п2 находится в пределах 1,23÷1,32. Меньшие значения относятся к быстроходном двигателям.

Для дизелей рв=2,5÷4,5 МН/м2. Меньшие значения относятся к тихоходным двигателям, а большие - к быстроходным. Полученные значения параметров должны соответствовать допустимым пределам для двигателей данного типа.

5. Расчёт индикаторных и эффективных показателей цикла и его экономичности

5.1. Определяем среднее теоретическое индикаторное давление расчетного цикла по формуле:

=0,59 , МН/м2  (26)

φ=0,95

5.2. Таким образом, величина расчетного среднего индикаторного давления будет равна:

=0,66  , МН/м2     (27)

5.3. Определяем среднее эффективное давление расчетного цикла:

ре = ηm рi 0,44   , МН/м2     (28)

ηm =0,80

Полученные значения параметров должны соответствовать допустимым значениям для двигателей данного типа.

5.4. Индикаторный удельный расход топлива определяем по формуле:

 =0,140, кг/(кВт·ч)    (29)

5.5. Эффективный удельный расход топлива:

 =0,165  , кг/(кВт·ч)     (30)

Величина gе является основным показателем степени экономичности двигателя. Поэтому не трудно заметить, насколько важен правильный подход к выбору значения механического к.п.д.

Эффективный удельный расход топлива для дизелей с однокамерным  смесеобразованием находится в пределах 0,155÷0,235 кг/(кВт·ч), что должно соответствовать допустимым значениям для двигателей данного типа.

5.6. Определяем величину индикаторного КПД двигателя

0,40,      (31)

5.7. Определяем величину эффективного КПД двигателя:

ηе = ηi · ηm= 0,40, ,      (32)

Экономические показатели должны соответствовать показателям аналогичного дизеля и находится на уровне норм для двигателей данного класса. Для дизелей ηe =0,34÷0,42.

6. Расчёт основных размеров рабочего цилиндра

6.1. Определяем среднюю скорость поршня.

  7,5 , м/с     (33)

Для определения диаметра цилиндра в соответствии с требованиями ГОСТа, производим подсчет нескольких вариантов при постоянном значении ре. Подсчет удобно производить в табличной форме. Приведем конкретный цифровой пример. Предположим, что было принято ре = 0,54 МН/м2 и т - 1,45. В этом случае таблица вариантов может иметь следующий вид, где m=S/D.

Таблица 2

№ варианта

ре (МН/м2)

т

D (мм)

S (мм)

Ст (м/сек)

1

2

3

0,54

0,54

0,54

1,45

1,50

1,60

344

340

330

500

510

528

5,0

5,1

5,3

В соответствии с ГОСТ 4393-70 примем второй вариант, в котором диаметр цилиндра и ход поршня имеют округленные значения.

6.2. При средней скорости поршня Сm = 7,5    м/с ,

и при частоте вращения  n = 1500  мин-1, ход поршня:

 0,15 , м     (34)

6.3. Диаметр цилиндра определяют из формулы эффективной мощности, кВт:

,    (35)

откуда

  , м    (36)

В соответствии с ГОСТ 4393-70 принимаем D =  0,14       ≈ 0,15      м.

6.4. Погрешность вычисления диаметра составляет

                                   (DD0 / D) 100% = 2,3 %                                             (37)  

Полученные данные соответствуют прототипу двигателя: (указать марку).

II ЭТАП

7. Построение расчетной теоретической индикаторной диаграммы

7.1. Построение следует начинать с выбора масштабов давлений и объемов. Принимаем, что полный объем цилиндра будет равен :

Va = Vs + Vc = A   , мм     (38)

А=200 мм

1 МН/м2 = b мм. По указанным выше соображениям, при  МН/м2

b = 1 МН/м2 =26,92 мм.                                                                     7.2.     П Vа=200 мм масштаб ординат m = 1 МН/м2 = 25 мм. Поэтому высота диаграммы будет 100÷250 мм. Отношение длины диаграммы и ее высоты  должно соответствовать рекомендуемому значению.

7.3. Объем камеры сжатия определится из выражения

 =14,28  , мм     (39)

7.4. Так как степень сжатия ε =14     , то

   , мм     (40)

7.5. Тогда                =14,24 , мм     (41)

7.6. Для определения положения точки z необходимо воспользоваться соотношением , откуда мм. При степени предварительного расширения ρ =1,08     имеем:  4,7  , мм     (42)

7.7. Откладываем по оси абсцисс значения Vc, Vs, Vz.

0,1 МН/м2 =2,692

7.8. Ординаты величин Pa, Pc, Pz, Pb в масштабе следующие

Pa = 0,07 · 26,92 = 1,8 мм,

Pc = 2,35 · 26,92 = 63 мм,

Pz = 4,7 · 26,92 = 126 мм,

Pb = 0,189 · 26,92 = 5,08 мм.

7.9. Для построения политропы сжатия воспользуемся ее уравнением в виде

,     (43)

откуда    , МН/м2    (44)

Рекомендуется подставлять десять промежуточных значений V, разделив весь объем Vа на десять равных частей. В этом случае вычисление ординат р значительно упрощается. Придавая величине V различные значения в пределах от V =Vа  до V=Vc и умножая на масштаб b, получим ряд соответствующих ординат давлений, которые соединяем плавной кривой.

  1.  Принимаем промежуточные значения объёмов в таком порядке:

0,9 Va = 0,9 ·   мм,              0,4 Va = 0,4 ·   мм,

0,8 Va = 0,8 ·    мм,              0,3 Va = 0,3 ·   мм,

0,7 Va = 0,7 ·  мм,              0,2 Va = 0,2 ·   мм,

0,6 Va = 0,6 ·   мм,              0,15 Va = 0,15 ·   мм,

0,5 Va = 0,5 ·   мм,              0,1 Va = 0,1 ·   мм.

Наносим эти значения на ось абсцисс.

  1.  Определяем промежуточные значения Р' для каждой части объёма по уравнению:                 , мм      (45)

Таблица 3

Тогда при

мм

V = 0,5 Va

 

V = 1 Va

 

V = 0,4 Va

 

V = 0,9 Va

V = 0,3 Va

 

V = 0,8 Va

 

V = 0,2 Va

 

V = 0,7 Va

 

V = 0,15 Va

 

V = 0,6 Va

 

V = 0,1 Va

 

Отложив ординаты Р' вверх из соответствующих делений, находим точки, через которые проводим политропу сжатия.

  1.  Построение линии расширения производится аналогично. Из уравнения политропы расширения имеем

,      (46)

откуда      , МН/м2   (47)

Величине V следует придавать те же значения, что и в первом случае. Для построения политропы расширения принимаем промежуточные значения объёмов в таком чередовании:

  мм,                                 мм,                                  мм.

и далее:

0,3 Va;                         0,5 Va;                               0,7 Va;                        0,9 Va;

0,4 Va;                         0,6 Va;                               0,8 Va;                         1 Va .

  1.  Определяем промежуточные значения P'' для принятых частей объёма по уравнению:    

,    (48)

Таблица 4

Тогда при

мм

V = 0,5 Va

 

V = 1 Va

 

V = 0,4 Va

 

V = 0,9 Va

 

V = 0,3 Va

 

V = 0,8 Va

 

V = 0,21 Va

 

V = 0,7 Va

 

V = 0,16 Va

 

V = 0,6 Va

 

V = 0,132 Va

 

7.14.        По полученным ординатам строим кривую расширения.

  1.  Проверяем погрешность построения диаграммы. Перенеся диаграмму на миллиметровую бумагу планиметрируем площадь acz'zba диаграммы и, вычисляем площадь полезной работы: f =     мм2.
    1.  Определяем среднее индикаторное давление по формуле

                           , МН/м2                                                                                   (49)

7.17. Расхождение с вычисленным ранее значением среднего индикаторного давления  составит

  ,      (50)

Расхождение не должно выходить за пределы ±3%. Погрешность составляет:

Следовательно, построенную индикаторную диаграмму можно использовать для динамического расчёта данного двигателя.

Масштаб: Va=200 мм  1 МН/м2=26,92 мм                  (51)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83917. В.Н. Шевкуненко – создатель современного учения топографической анатомии на основе изменчивости 50.3 KB
  Геселевичем ввёл понятие типовой анатомии человека которая исследует распределение тканевых и системных масс в организме и расположение органов и частей тела с точки зрениях их развития. Типовая анатомия отмечает крайние типы строения и положения органов наблюдаемые у людей определённого телосложения. Шевкуненко исходными побуждающими моментами к таким исследованиям были: частое несоответствие формы и положения органов видимых во время операции с нормой описываемой в руководствах; несовершенство многих хирургических доступов при...
83918. Шовные материалы. Капрон, пролен, дексон, викрил и другие 50.37 KB
  Основные требования к шовному материалу: Биосовместимость отсутствие токсического аллергенного и тератогенного влияния шовной нити на ткани организма. Прочность нити и сохранение её свойств до образования рубца. Необходимо учитывать прочность нити в узле Атравматичность зависит от структуры и вида нити её манипуляционных свойств эластичности и гибкости. Понятие атравматичности включает несколько свойств присущих шовным материалам: Поверхностные свойства нити: кручёные и плетёные нити имеют шероховатую поверхность и при прохождении...
83919. Современные хирургические инструменты для высоких технологий. Ультразвуковые, плазменные СВЧ – инструменты, сшивающие аппараты, лазеры в хирургии 53.42 KB
  Ультразвуковые приборы для разъединения тканей Такие приборы в большинстве случаев основаны на преобразовании электрического тока в ультразвуковую волну магнитострикционное или пьезоэлектрическое явление. Механизм воздействия ультразвука на ткани основан на том что высокочастотная вибрация приводит к механическому разрушению межклеточных связей; и на кавитационном эффекте создание за короткий промежуток времени в тканях отрицательного давления что приводит к закипанию внутри и межклеточной жидкости при температуре тела; образующийся пар...
83920. Выбор способа операции, хирургический риск, операции по стандарту и протоколу. Паллиативные и радикальные операции 48.39 KB
  Паллиативные и радикальные операции. Выбор способа операции зависит от органа на котором будет проводиться оперативное вмешательство от локализации нервных стволов и сосудов по отношению к данному органу и т. Хирургический операционный риск опасность для пациента во время операции представляют как сама оперативная травма и связанные с ней осложнения кровотечения перитонит и т.
83921. Топографическая анатомия подключичной вены и подключичной артерии. Техника пункции подключичной вены. Подключичная артерия, хирургическая тактика при ранении 195.94 KB
  Топография подключичной вены: Подключичная вена начинается от нижней границы 1 ребра огибает его сверху отклоняется кнутри вниз и немного вперёд у места прикрепления к 1 ребру передней лестничной мышцы и входит в грудную полость. Медиально за веной имеются пучки передней лестничной мышцы подключичная артерия и затем купол плевры который возвышается над грудинным концом ключицы. При надключичном доступе точку Иоффе определяют в углу образованном наружным краем латеральной головки грудинноключичнососцевидной мышцы и верхним краем...
83922. Плечевое сплетение. Техника анестезии плечевого сплетения 54.05 KB
  Техника анестезии плечевого сплетения. Короткие ветви отходят в различных местах сплетения в надключичной его части и снабжают отчасти мышцы шеи а также мышцы пояса верхней конечности за исключением m. musculocutneus мышечнокожный нерв отходит от латерального пучка плечевого сплетения из C5 С7 прободает m. cutneus brchii medilis происходит из медиального пучка сплетения из С8 Th1 идет по подмышечной ямке медиально от .
83923. Хирургическая анатомия подмышечной области. Сосудисто-нервный пучок. Коллатеральное кровоснабжение в области надплечья. Подмышечная лимфодиссекция 56.11 KB
  При отведенной конечности область имеет форму ямки foss xillris. Собственная фасция fsci xillris в центре области тонкая в ней заметны узкие щели через которые проходят мелкие крове носные и лимфатические сосуды и нервы к коже. Подфасциальные образования Клетчаточное пространство подмышечной ямки расположено под fsci xillris. По форме это четырехгранная пирамида основанием которой является fsci xillris а верхушка лежит у середины ключицы между ней и I ребром.
83924. Контроль качества продукции в кулинарной промышленности 27.39 KB
  Перед проведением бракеража продукции общественного питания члены бракеражной комиссии или работник лаборатории должны ознакомиться с меню рецептурой блюд и изделий калькуляционными карточками или прейскурантом технологией приготовления блюд изделий качество которых оценивается а также с показателями их качества установленными нормативными документами. Бракеражная комиссия в своей деятельности руководствуется Положением о бракераже пищи в предприятиях общественного питания нормативными документами сборниками рецептур блюд и...
83925. Требования к транспортированию, приему и хранению сырья, пищевых продуктов 26.45 KB
  Мороженое мясо хранят на стеллажах или подтоварниках штабелями. Субпродукты хранят в таре поставщика на стеллажах или подтоварниках. Птицу мороженую или охлажденную хранят в таре поставщика на стеллажах или подтоварниках укладывая в штабеля; для лучшей циркуляции воздуха между ящиками коробами рекомендуется прокладывать рейки. Рыбу мороженую филе рыбное хранят на стеллажах или подтоварниках в таре поставщика.