Расчет двигателя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Филиал г. Салехард

Кафедра АТХ

Курсовая работа

По дисциплине:

«Теория, расчет и конструкция тепловых двигателей и энергетических установок»

На тему: «Расчет двигателя»

Салехард 2009г.

ЗАДАНИЕ

Выполнить расчет четырехтактного дизельного двигателя по следующим исходным данным:

1.                 Тепловой расчет двигателя

При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.

Исходными данными для расчета являются: Ре - мощность (номинальная),

nн - частота вращения (номинальная), e - степень сжатия.

В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям. Порядок расчета следующий.

1.1 Процессы впуска и выпуска

а). Задаемся значениями: То; ро ; Тr ; рr; DТ; ра.

Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+15=298 К; ро=0,1 МПа.

Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

Для двигателей с газотурбинным наддувом:

рr=( 0,75…0,95 )рк= ( 0,75÷0,95 )×0,22 = 0,165 ÷ 0,209 МПа, рr=0,209 МПа

давление надувочного воздуха рк для существующих двигателей:

рк=(1,5…2,2)ро.= (1,5…2,2)×0,1 = 0,15 ÷ 0,22 МПа, рк=0,22 МПа

Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха a, степени сжатия e, частоты вращения коленчатого вала, нагрузки.

DТ-степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается для дизельных с наддувом 0…10. Принимаем значение DТ =100 .

Давление в конце впуска ра принимается из следующих соотношений

ра = рх - Dра = 0,22 – 0,022 = 0,198 МПа

У двигателей потери давления Dра за счет сопротивления впускного тракта находятся: Dра = ( 0,03 ÷ 0,1 )× рх = 0,0066 ÷ 0,022 МПа, Dра = 0,022МПа

б). Определяем величины: gr (коэффициент остаточных газов), Тa (температура конца наполнения) и hv (коэффициент наполнения) по следующим формулам:

Температура воздуха за компрессором:

,

где nк - показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается в пределах 1,4…2. Примем nк = 1,6.

в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха a определяем массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):

М1 = a lо / 29, кмоль,

где lo = 14,5 кг. воздуха/ кг. топлива – для дизельного двигателя.

М1 = 1,7*14,5 / 29=0,85 кмоль

Для принятия значения a необходимо учесть способ смесеобразования, примем 1,7.

Масса воздуха в кмолях: Lo =lo/29 = 14,5/29 = 0,5 кмоль

1.2 Процесс сжатия

Определяем параметры процесса сжатия: n1; рс; Тс; Мс.

а). Показатель политропы сжатия п1 определяется из соотношения:

n1 = 1,41 – 100/nн=1,41 – 100/2300=1,366 ,

где nн – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

б). Давление конца сжатия:

.

в). Температура конца сжатия:



г). Масса рабочей смеси в конце сжатия:

, кмоль

д). Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия:

Сv.c=20,16+1,74×10 -3Тс=20,16+1,74×10 -3.1149,58=22,16,

кДж/(кмоль.град).

1.3             Процесс сгорания

а). Определяют массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.

где С = 0,87; Н = 0,125 – соответственно элементарный состав топлива для дизтоплива (ориентировочно).

б). Определяют температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений:



Сrz – теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

Сrz =(20,2 + 0,92/a) + (15,5 + 13,8/a) 10 –4 Тz + 8,314 ,

m -коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания

m=

x - коэффициент использования теплоты в ходе сгорания, для дизелей - x=0,7…0,9, примем 0,8.

Нu- низшая теплотворная способность топлива: для дизтоплива - ;

Подставим и после преобразования получим:

0,00244×Tz2 +30.04×Tz + ( - 66192.74 ) = 0

Tz1 = 2220.46 K

Тz2 = отрицательная температура, а она не может быть такой в конце процесса сгорания.

в). Определяют максимальное давление газов в цилиндре по формулам:

рz = l × рc = 1,5×8,96 = 13,44 МПа

где l степень повышения давления, которое примем равным 1,5.

1.4             Процесс расширения

Определяем параметры процесса расширения: n2; рb; Тb.

а). Показатель политропны расширения n2 определяется из соотношения:

n2 = 1,22 + 130 / nн.=1,22+130/2300=1,276

б). Давление и температура конца расширения:

где - степень последующего расширения,

 - степень предварительного расширения.

Полученные расчетные значения (указанны в скобках) термодинамических параметров процессов цикла необходимо сопоставить с данными табл. 1.

Таблица 1 Предельные значения параметров процессов цикла

1.5             Индикаторные показатели цикла

а). Определяем среднее индикаторное давление (теоретическое) газов

МПа

б). Определяют среднее индикаторное давление (действительное) газов:

pi = jп р11,

где jп – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, учитывающий ее скругление в ВМТ и НМТ, как результат наличия фаз газораспределения, угла опережения впрыскивания топлива или зажигания, а также скорости сгорания топлива. Значения jп принимаются для дизельных двигателей 0,9…0,96.

pi =0,96×1,26=1,2096 МПа

в). Определяем индикаторный КПД цикла:

,

г). Определяем индикаторный удельный расход топлива:

1.6             Эффективные показатели двигателя

а). Определяем среднее давление механических потерь:

,

где - средняя скорость поршня, принимается по двигателю-прототипу (сп= 9,8 ),

 и - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 2.

Таблица 2 Значения коэффициентов  и

б). Определяем среднее эффективное давление газов:

=1,2096-0,2226=0,987 МПа.

в). Определяем механический КПД двигателя:

.

г). Определяем эффективный КПД двигателя:

.

д). Определяем удельный эффективный расход топлива:

.

Полученные расчетные значения (указаны в скобках) индикаторных и эффективных показателей сопоставляем с данными табл.3.

Таблица 3 Предельные значения индикаторных и эффективных показателей современных поршневых двигателей

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6