Тепловий розрахунок двигуна

Завдання на проектування

Провести тепловий розрахунок автомобільного дизеля з наступними технічними характеристиками:

–номінальна потужність двигуна, N _e =243 кВт;

–частота обертання колінчастого вала при N _e, n _e = 2200 хв^-1;

–ступінь стиску ε = 16,5;

–коефіцієнт надлишку повітря, α = 1,6;

–відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна, λ_ш = 0,26.

Тип двигуна – V-подібний, чотиритактний, восьмициліндровий, дизель, з наддувом, безпосереднє впорскування, сумішоутворення об’ємне. Нагнітач відцентровий, з приводом від газової турбіни. Тиск наддуву – 0,16 МПа.

У якості прототипу вибрано двигун ЯМЗ – 238Д, технічна характеристика якого наступна:

–номінальна потужність двигуна, N _e =243 кВт;

–частота обертання колінчастого вала при N _e, n _e = 2250 хв^-1;

–ступінь стиску ε = 16,5;

–коефіцієнт надлишку повітря, α = 1,6;

–відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна, λ_ш = 0,26

Тип двигуна – V-подібний, чотиритактий, восьмициліндровий, дизель, з наддувом, безпосереднє впорскування, сумішоутворення об’ємне. Нагнітач відцентровий, з приводом від газової турбіни. Тиск наддуву – р_к = 0,16 МПа.

Вибір вихідних даних

Ступінь стиску двигуна, що проектується, приймаємо ε = 16. У відповідності з ДГСТ 305-82 для дизеля, що розраховується, приймаємо дизельне паливо (Л – літнє, для роботи при температурі оточуючого повітря 0 ⁰С і вище; З – зимове, застосовується при температурах до – 20 ⁰С (в цьoму випадку паливо повинно мати t_заст<). Цетанове число палива не менше ніж 45.

Середній елементарний склад дизельного палива С=0,870; Н=0,126; О=0,004.

Визначаємо нижчу теплоту згоряння згідно з елементарним складом палива за формулою:

кДж/кг.

Розрахунок параметрів робочого тіла

Визначаємо теоретично необхідну кількість повітря для повного згоряння одиниці палива:

– у масових одиницях:

кг.пов./кг.палива;

-- в об’ємних одиницях:

кмоль пов. / кг.пал.,

де µ_п =28,96 – молярна маса повітря;

або за формулою:

кмоль пов. / кг.пал.,

Визначаємо кількість свіжого заряду для дизеля:

M ₁ =a · L ₀ = 1,6·0,50= 0,8 кмоль св. зар./кг пал.

Загальна кількість продуктів згоряння:

M ₂ =a · L ₀ + Н /4 + О /32 = 0,8 + 0,126/4 + 0,004/32 = 0,832 кмоль/ кг. пал.

Кількість окремих компонентів та загальна кількість продуктів згоряння (при a= 1, 6):

М _СО2 = С/ 12 = 0,870/12 = 0,073 кмоль/кг. палива;

М _Н2О = Н/ 2 = 0,126/2 = 0,063 кмоль/кг. палива;

М _О2 = 0,208 · (α – 1) ·L ₀ = 0,208·(1,6–1) ·0,500=0,062 кмоль/кг.палива;

М _N2 = 0,792 ·α·L ₀ = 0,792·1,6·0,50=0,634 кмоль/кг. палива;

Сумарна кількість продуктів згоряння:

М ₂ = М _СО2 + М _Н2О + М _О2 + М _N2 = 0,073+0,063+0,062+0,634=

= 0,832 кмоль/кг. палива.

Перевірку здійснюємо за формулою:

М ₂ = С/ 12 +Н/ 2 + 0,792 · α·L ₀ + 0,208· (α – 1 ) · L ₀=0,870/12+0,126/2+0,792*1,6*0,50

+0,208*(1,6-1)*0,50 = 0,832 кмоль/ кг. пал.

У наведених розрахунках значення М ₂ не відрізняються (різниця значень не повинна перевершувати 3%).

Зміна кількості молів робочого тіла при згорянні визначається як різниця (кмоль см/кг пал.):

∆М = М₂-М₁= 0,832-0,8=0,032, кмоль см/кг пал.

Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші:

µ₀=М ₂ /М ₁ = 0.832 / 0,8=1,04 (як правило – µ₀ = 1,02…1,12).

Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші:

µ ₀ =1+ ∆М / М ₁ = 1+0,032/0,8= 1,04 (як правило – µ ₀= 1,02…1,12).

Параметри оточуючого середовища і залишкових газів

Атмосферні умови: р ₀ =0,1 МПа, T ₀= 293 K. Згідно з завданням

р_k =0,16 МПа – середній наддув.

Температура поступаючого в двигун заряду (після нагріву в компресорі):

де n_{k –} показник політропи стиску, прийнятий для відцентрового нагнітача, що охолоджується тепловипромінюванням від корпусу, n_k = 1,65.

Температура й тиск остаточних газів

При турбонаддуві температурний режим двигуна підвищується і збільшує значення Т_r і p_r. Тому можна прийняти:

Т_r =800K;

p_r =0,95· р _k=0.95·0,16=0,162 МПа.