Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания по заданным параметрам. Вариант №4

Введение
На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.
В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.
Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.
Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.
Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала.





1. Тепловой расчет проектируемого двигателя
Тепловой расчет будем производить на режиме номинальной мощности. Целью теплового расчета является определение аналитическим путем основных параметров, характеризующих двигатель в целом (среднее эффективное давление, удельный эффективный расход топлива, эффективный коэффициент полезного действия), основных размеров двигателей (литраж, рабочий объем цилиндра, ход поршня и диаметр цилиндра) и построение индикаторной диаграммы.

1.1 Топливо
Для бензинового двигателя в соответствии с заданной степенью сжатия а = 8,6 определяем марку бензина (ГОСТ 51105 - 97) по таблице 1.1.
Таблица 1.1. Выбор марки бензина
Степень сжатия
7,6-8,5
8,5-9,5
9,5-12,0
Марка бензина
Нормаль-80
АИ-92
АИ-95

Для проектируемого двигателя оптимальным является бензин марки АИ-92 со средним элементарным составом бензина
С = 0,855; Н = 0,145
где С, Н - массовые доли углерода и водорода в 1кг топлива соответственно, молярная масса тт = 115 кг/ моль
Определяем низшую теплоту сгорания топлива Ни



1.2. Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:
кг.
или кмоль.

Количество свежего заряда:
кмоль.

Общее количество продуктов сгорания:
кмоль.
Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:


1.3. Параметры окружающей среды и остаточных газов
Атмосферные условия: р0 = 0,1 МПа; Т0 = 304 К; давление окружающей
среды : = = 0,1 МПа, температура окружающей среды = = 304 К.
Давление остаточных газов:
= 1.15 0.1 = 0,115 МПа
Принимаем температуру остаточных газов= 1000 К.



1.4. Расчет параметров в конце процесса впуска
Принимаем температуру подогрева свежего заряда на номинальном
скоростном режиме ∆t = 10° C.
Плотность заряда на впуске:
кг/м3,
где: Rв – удельная газовая постоянная воздуха.
В соответствии со скоростным режимом двигателя – 4300 об/мин
и качеством обработки внутренней поверхности впускной системы принимаем
принимаем и м/с,
где: - коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.
- коэффициент затухания скорости движения заряда в сечении цилиндра.
- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.
Потери давления на впуске в двигатель:
МПа.

Давление в конце впуска:
МПа.

Коэффициент остаточных газов:
.
Температура в конце впуска:
К.
Коэффициент наполнения:


1.5. Процесс сжатия
С учетом характерных значений показателя политропы сжатия для заданных параметров двигателя принимаем n1 = 1,38.
Давление в конце сжатия:
МПа.
Температура в конце сжатия:
К.
Средняя молярная теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия:
кДж/(кмоль · град)
Число молей остаточных газов:
кмоль
Число молей газов в конце сжатия до сгорания:
кмоль



1.6. Процесс сгорания
Средняя молярная теплоемкость при постоянном объеме для продуктов
сгорания жидкого топлива в карбюраторном двигателе (при α:


Число молей газов после сгорания:
кмоль.
Расчетный коэффициент молекулярного изменения:

Принимаем коэффициент использования теплоты ξ = 0,82. Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке cz׳z при сгорании 1 кг топлива:
кДж/кг.
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты
сгорания:
= 119950 ( 1 – α ) = 119950 (1 – 0.96) 0.516 = 2476 кДж/кг
Температуру в конце сгорания определяем из уравнения сгорания для
карбюраторного двигателя (при α :
или

Решаем уравнение относительнои находим = 2699К.
Максимальное давление в конце сгорания (теоретическое) :
= β/ = 1.61.072699/800 = 5,76 МПа
Максимальное давление в конце сгорания (действительное):
МПа.
Степень повышения давления:
λ = / = 5,76/1,6 = 3,6

Степень предварительного расширения:
ρ = (βТz)/(λТс) = (1,07 * 2699)/(3,6 * 800) = 1,0028

Степень последующего расширения:
δ = ε/ρ = 8,6/1,0028 = 8,57