Тепловой расчет д-180

Степень сжатия принимаем

ε=17.

 

Степень подогрева заряда характеризует изменение его температуры при движении по впускному тракту и внутри цилиндра.

Принимаем

=10 К.

 

После завершения каждого цикла  в цилиндре двигателя остаются продукты сгорания (отработавшие газы), давление которых p_r , а температура T_r.

T_r = 800 К.

р_r=0,95·р_к, МПа.

р_r=0,95·р_к=0,95·0,17=0,162 МПа.

 

Понижение давления при движении заряда во впускной системе пропорционально квадрату скорости газа в сечении с наименьшей площадью (как правило, это проходное отверстие в клапанах или продувочных окнах) и зависит от коэффициентов сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.

Среднюю скорость воздуха в проходных  отверстиях впускных клапанов дизелей  принимаем 

=70 м/с.

Суммарный коэффициент

=2,7.

 

Расчет параметров заряда в процессе сжатия проводится по условному среднему за процесс показателю политропы  n₁. Показатель политропы сжатия n₁ определяется методом последовательных приближений.

Принимаем

n₁

1,362.

 

Расчет параметров процесса расширения проводится по уравнениям политропного процесса с условно постоянным усредненным показателем n₂.

Принимаем

n₂

1,260.

 

Коэффициент использования теплоты  учитывает потери теплоты от теплопередачи в стенки цилиндров в период сгорания топлива, потери от диссоциации продуктов сгорания, заметной при температурах сгорания выше 2000 К, и потери на перетекание газов (в разделенных камерах сгорания).

Принимаем

=0,86. 
2. Расчет рабочего цикла двигателя

 

Плотность заряда на впуске:

                                           (11)

где R_в – удельная газовая постоянная воздуха, R_в =287 Дж/кг град.

 

Потери давления на впуске:

.                                  (12)

 

 

Давление в конце впуска:

.                                             (13)

 

 

Коэффициент остаточных газов:

                                    (14)

 

 

Температура в конце впуска:

                                       (15)

 

 

Коэффициент наполнения η_v, являющийся наиболее важной величиной, характеризующей процесс впуска, представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместится в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд

                                 (16)

 

 

При расчете процесса сжатия определяются средний показатель политропы сжатия n₁, параметры конца сжатия (р_с и Т_с) и теплоемкость рабочего тела в конце сжатия (mC΄_v)_t0^tc.

При работе дизеля на номинальном  режиме показатель политропы сжатия n₁ устанавливается в зависимости от показателя адиабаты К₁, в следующих пределах

n₁ = (К₁ + 0,02)…( К₁ - 0,02)                                    (17)

В параграфе 1 значение n₁ приняли равным 1,362.

Определение К₁ производится по номограмме [1, рис 25] в зависимости от ε и Т_а.

При ε=17 и Т_а=384 К:

К₁=1,3615

Давление р_с и температура Т_с в конце процесса сжатия:

                                              (18)

 

 

Средняя мольная теплоемкость воздуха  в конце сжатия:

               (19)

где t_с = Т_с – 273⁰ С.

 

.

 

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов дизельного топлива в конце  сжатия определяется методом интерполяции по [1, таблица 8] в зависимости от t_c и α.

При t_c=798⁰С и α=1,7:

 

=24,386 .

 

Средняя мольная теплоемкость рабочей  смеси 

                     (20)

 

Процесс сгорания является основным процессом рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы. Целью расчета процесса сгорания является определение температуры Т_z и давления р_z в конце видимого процесса сгорания, для чего необходимо определить следующие показатели.

Коэффициент молекулярного  изменения свежей μ₀ и рабочей μ смеси:

μ₀ = М₂/М₁;                                                 (21)

 

μ₀ = 0,8815/0,85=1,037.

 

                                          (22)

 

 

Теплота сгорания рабочей смеси:

                     (23)

 

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов  сгорания:

 

  (24)

 

Коэффициент использования теплоты  при наддуве

 

=0,86.

 

Степень повышения давления λ в  дизеле, в основном, зависит от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше  11 – 12МПа. 

Принимаем

λ =1,5.

 

Температура в конце видимого процесса сгорания t_z⁰ С находится путем решения уравнения:

        (25)

 

 

 

Максимальное давление сгорания:

                                                 (26)

 

 

Степень предварительного расширения:

                                                (27)

 

 

В результате осуществления процесса расширения  происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Давление и температура в  конце процесса расширения:

                                                 (28)

 

 

где δ - -степень последующего расширения:

δ = ε /ρ.                                                  (29)

 

δ = 17/1,41=12,06

 

Среднее значение показатели политропы  расширения n₂ для дизелей на номинальном режиме принимается несколько меньше показателя адиабаты расширения К₂, выбираемой по диаграмме [1, рис. 30] в зависимости от δ, Т_z и заданного значения .

Принимаем

δ=12,06, T_z=2192 K,

=1,7, К₂=1,2792, n₂=1,267.

Проверка ранее принятой температуры  остаточных газов производится по формуле

                                             (30)

 

Ошибка в определении Т_z не должна превышать 5%.

 

 

 что допустимо.

 

 

3. Определение индикаторных и эффективных показателей рабочего цикла

 

Рабочий цикл двигателя характеризуется  средними индикаторными: давлением р_i; мощностью N_i; КПД η_i; удельным расходом топлива g_i.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

         (31)

 

 

Среднее индикаторное давление:

,                                                 (32)

где - коэффициент полноты диаграммы принимаемый = 0,92…0,95.

 

 

Индикаторная мощность

                                         (33)

где V_h - рабочий объем одного цилиндра, л

 

 

Индикаторный КПД характеризует  степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и учитывает все тепловые потери действительного цикла:

                                           (34)

 

 

Индикаторный удельный расход топлива:

.                                                 (35)

 

Эффективные показатели, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений и на совершение процессов впуска и выпуска.

Среднее давление механических потерь для дизелей:

для дизелей с неразделенными камерами сгорания

р_м = 0,089 + 0,0118 υ_п.ср,                                    (36)

где υ_п.ср - средняя скорость поршня, м/с;

Принимаем предварительно среднюю  скорость поршня

 

υ_п.ср =8,4 м/с,

тогда:

р_м = 0,089 + 0,0118

8,4=0,188 МПа

 

Среднее эффективное давление р_е представляет собой отношение эффективной работы на валу коленчатого вала двигателя к единице рабочего объема цилиндра. В расчетах двигателей р_е определяется как

p_е = p_i – p_м.                                                           (39)

 

p_е = 1,165–0,188=0,977 МПа

 

Механический КПД.

η_м = p_e / p_i.                                                          (40)

 

η_м = 0,977/ 1,165=0,838

 

Эффективный КПД, эффективный удельный расход топлива и эффективная  мощность

 

                                             (41)

 

 

4. Основные параметры цилиндра и двигателя

 

При заданной эффективной мощности двигателя и выбранной величине S/D основные конструктивные параметры (диаметр цилиндра и ход поршня) определяются следующим образом.

Литраж двигателя, л

                                      (42)

 

 

Рабочий объем цилиндра, л

V_h = V_л / i                                                    (43)

 

V_h = 14,48 / 4=3,62 л

 

Диаметр цилиндра, мм:

                                        (44)

 

 мм

Ход поршня, мм

S = D * S/D.                                                (45)

 

S = 149,99 · 1,367=204,99    мм

                                            

Полученные значения S и D округляем до целых чисел, нуля или пяти. По окончательно принятым значениям D = 120 мм и S=120 мм определяем основные параметры и показатели двигателя:

Литраж двигателя, л

                                       (46)

 

 

Средняя скорость поршня, м/с

υ_п.ср = Sn / (3 · 10⁴).                                         (47)

 

υ_п.ср = 205 · 1250 / (3 · 10⁴) = 8,54 м/с

 

Эффективная мощность

N_e = p_eV_л n/120                                            (48)

 

N_e = 0,977 · 14,48 · 1250/120 = 147,31 кВт

 

Эффективный крутящий момент, Нм

 

М_е = 3·10⁴·N_e/(π·n)                                         (49)

 

М_е = 3·10⁴·147,31/(3,14·1250) = 1125,92  Нм                                     

 

Часовой расход топлива, кг/ч

G_т = N_e g_e.                                                                         (50)