Тепловой расчет ДВС 21703 Priora

Федеральное Агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ижевский Государственный Технический Университет

Кафедра «ТДУ»

Курсовая работа по дисциплине теория рабочих процессов

"Тепловой расчет ДВС 21703 Priora"

Выполнил: ст. группы 7-56-1

Проверил: профессор Бендерский Б.Я.

Ижевск 2009

Основные данные

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВС

Исходные данные

Расчёт.

Стехиометрическое количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива и состава С+Н+О (воздух принимают как 0,21 объёмных частей кислорода и 0,79 объёмных частей азота)

=

=0,5119 кмоль.

Количество свежей смеси на 1 кг топлива для двигателей с внешним смесеобразованием

=

=0,6742 кмоль.

Полное сгорание при a³1

Принимают, что продукты полного сгорания состоят из углекислого газа СО₂, водяного пара Н₂О, избыточного кислорода О₂ и азота N₂

=

=0,0712;

=

=0,0725;

=

=0,0322;

=

=0,5257;

Общее количество продуктов сгорания

=

=0,7017.

Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси

=

=1,0409.

Давление в начале сжатия

=

=0,086 МПа.

Коэффициент наполнения

=0,8105 ,

где - коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоёмкостей смеси и остаточных газов и равный

=1,055 .

Коэффициент остаточных газов

=

=0,0429 .

Температура рабочей смеси в начале сжатия

=

=348,4 К.

Действительный коэффициент молекулярного изменения

=

=1,039 .

Давление в конце сжатия

=

=2,078 МПа,

n1=1,365.

Показатель политропы сжатия и расширения находится из трансцендентного уравнения

,

где ,

для процесса сжатия i=1, к=c, n=a, m=e, ;

при адиабатном сжатии , следовательно

для процесса расширения i=2, к=b, n=z, m=e, ;

R_m=8,1343 кДж/(кмоль*К)– универсальная газовая постоянная.

Температура в конце сжатия

=

=816,2 К.

При a³1

Уравнение сгорания для бензиновых двигателей:

,

где – коэффициент использования теплоты при сгорании,; u_{с с.з} – молярная внутренняя энергия свежей смеси в конце процесса сжатия (свежего заряда), u_{с п.с} – молярная внутренняя энергия продуктов сгорания.

Степень повышения давления

=

Молярная внутренняя энергия свежего заряда при температуре t_c, (температура в уравнение молярной внутренней энергии подставляется в °С)

=

=11904 кДж/кмоль,

где С_{v c.з} – молярная теплоёмкость свежего заряда (воздуха) при температуре t_c,

Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре t_c

=

=12933 кДж/кмоль,

где r_{к п.с} – объёмная доля компонента продуктов сгорания, С_{v п.с} – молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре t_с.

Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре t_z

=

=65646 кДж/кмоль,

где С_{v п.с} – молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре t_z.

Объёмная доля компонента продуктов сгорания

,

где М_к – количество компонента продуктов сгорания, кмоль; например, .

Решая уравнение сгорания, определяем температуру Т_z.

Tz=2547,7 K.

Теоретическое давление в цилиндре в конце сгорания

=

=6,739 МПа.

Действительное давление в цилиндре в конце сгорания

,

=6,065 МПа.

Давление конца расширения

=

=0,365 МПа,

n2=1,250 .

n₂ – показатель политропы расширения.

Температура конца расширения

=

=1420,7 K.

Среднее индикаторное давление

=

=0,883 МПа.

Индикаторный к.п.д.

=

=0,3975.

Удельный индикаторный расход топлива

=

=0,2060 кг/(кВт*ч).

Механический к.п.д. для предварительного расчета (определения Sи D) принимаем .

Рабочий объём одного цилиндра

=

=514,06 cм3.

Диаметр цилиндра

=

=89,27 мм.

Ход поршня

=

=82,13 мм.

Эффективный к.п.д.

=0,3379.

Удельный эффективный расход топлива

=

=0,2423 кг/(кВт*ч).

Литровая мощность

=

=35,02 кВт/л.

Часовой расход топлива

=

=17,45 кг/ч.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВС

Исходные данные

Расчёт.

Стехиометрическое количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива и состава С+Н+О (воздух принимают как 0,21 объёмных частей кислорода и 0,79 объёмных частей азота)

=

=0,5119 кмоль.

Количество свежей смеси на 1 кг топлива для двигателей с внешним смесеобразованием

=

=0,4694 кмоль.

Неполное сгорание при a<1

Принимают, что продукты неполного сгорания состоят из углекислого газа СО₂, окиси углерода СО, водяного пара Н₂О, водорода Н₂ и азота N₂

=

=0,0148;

=

=0,0564;

=

=0,0067;

=

=0,0658;

=

=0,3640.

где К – коэффициент зависящий от Н/С водорода и углерода, содержащихся в топливе. Для бензинов при Н/С=0,17¸0,19

K=0,4490.

Общее количество продуктов сгорания

=

=0,5077.

Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси

=

=1,0816.

Давление в начале сжатия

=

=0,086 МПа.

Коэффициент наполнения

=0,8096 ,

где - коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоёмкостей смеси и остаточных газов и равный

=1,064 .

Коэффициент остаточных газов

=

=0,0430 .

Температура рабочей смеси в начале сжатия

=

=348,8 К.

Действительный коэффициент молекулярного изменения

=

=1,078 .

Давление в конце сжатия

=

=2,077 МПа,

n1=1,365.

Показатель политропы сжатия и расширения находится из трансцендентного уравнения

,

где ,

для процесса сжатия i=1, к=c, n=a, m=e, ;

при адиабатном сжатии , следовательно

для процесса расширения i=2, к=b, n=z, m=e, ;

R_m=8,1343 кДж/(кмоль*К)– универсальная газовая постоянная.

Температура в конце сжатия

=

=817,0 К.

Теплота сгорания продуктов неполного сгорания при a<1

=

=5797,2 кДж/кг.

Коэффициент выделения теплоты при сгорании, если a<1

=

=0,8681.

Уравнение сгорания для бензиновых двигателей:

,

где – коэффициент использования теплоты при сгорании,; u_{с с.з} – молярная внутренняя энергия свежей смеси в конце процесса сжатия (свежего заряда), u_{с п.с} – молярная внутренняя энергия продуктов сгорания.

Степень повышения давления

=

Молярная внутренняя энергия свежего заряда при температуре t_c, (температура в уравнение молярной внутренней энергии подставляется в °С)

=

=11923 кДж/кмоль,

где С_{v c.з} – молярная теплоёмкость свежего заряда (воздуха) при температуре t_c,

Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре t_c

=

=13078 кДж/кмоль,

где r_{к п.с} – объёмная доля компонента продуктов сгорания, С_{v п.с} – молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре t_с.

Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре t_z

=

=76168 кДж/кмоль,

где С_{v п.с} – молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре t_z.

Объёмная доля компонента продуктов сгорания

,

где М_к – количество компонента продуктов сгорания, кмоль; например, .

Решая уравнение сгорания, определяем температуру Т_z.

Tz=2827,1 K.

Теоретическое давление в цилиндре в конце сгорания

=

=7,750 МПа.

Действительное давление в цилиндре в конце сгорания

,

=6,975 МПа.

Давление конца расширения

=

=0,348 МПа,

n2=1,330 .

n₂ – показатель политропы расширения.

Температура конца расширения

=

=1309,2 K.

Среднее индикаторное давление

=

=0,955 МПа.

Индикаторный к.п.д.

=

=0,2997.

Удельный индикаторный расход топлива

=

=0,2733 кг/(кВт*ч).

Механический к.п.д. для предварительного расчета (определения Sи D) принимаем .

Рабочий объём одного цилиндра

=

=475,40 cм3.

Диаметр цилиндра

=

=86,97 мм.

Ход поршня

=

=80,02 мм.

Эффективный к.п.д.

=0,2547.

Удельный эффективный расход топлива

=

=0,3215 кг/(кВт*ч).

Литровая мощность

=

=37,86 кВт/л.

Часовой расход топлива

=

=23,15 кг/ч.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВС

Исходные данные

Расчёт.

Стехиометрическое количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива и состава С+Н+О (воздух принимают как 0,21 объёмных частей кислорода и 0,79 объёмных частей азота)

=

=0,5119 кмоль.

Количество свежей смеси на 1 кг топлива для двигателей с внешним смесеобразованием

=

=0,5206 кмоль.

Полное сгорание при a³1

Принимают, что продукты полного сгорания состоят из углекислого газа СО₂, водяного пара Н₂О, избыточного кислорода О₂ и азота N₂

=

=0,0712;

=

=0,0725;

=

=0,0000;

=

=0,4044;

Общее количество продуктов сгорания

=

=0,5482.

Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси

=

=1,0529.

Давление в начале сжатия

=

=0,086 МПа.

Коэффициент наполнения

=0,8088 ,

где - коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоёмкостей смеси и остаточных газов и равный

=1,071 .

Коэффициент остаточных газов

=

=0,0536 .

Температура рабочей смеси в начале сжатия

=

=348,7 К.

Действительный коэффициент молекулярного изменения

=

=1,050 .

Давление в конце сжатия

=

=2,077 МПа,

n1=1,365.

Показатель политропы сжатия и расширения находится из трансцендентного уравнения

,

где ,

для процесса сжатия i=1, к=c, n=a, m=e, ;

при адиабатном сжатии , следовательно

для процесса расширения i=2, к=b, n=z, m=e, ;

R_m=8,1343 кДж/(кмоль*К)– универсальная газовая постоянная.

Температура в конце сжатия

=

=816,8 К.

При a³1

Уравнение сгорания для бензиновых двигателей:

,

где – коэффициент использования теплоты при сгорании,; u_{с с.з} – молярная внутренняя энергия свежей смеси в конце процесса сжатия (свежего заряда), u_{с п.с} – молярная внутренняя энергия продуктов сгорания.

Степень повышения давления

=

Молярная внутренняя энергия свежего заряда при температуре t_c, (температура в уравнение молярной внутренней энергии подставляется в °С)

=

=11918 кДж/кмоль,

где С_{v c.з} – молярная теплоёмкость свежего заряда (воздуха) при температуре t_c,

Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре t_c

=

=13236 кДж/кмоль,

где r_{к п.с} – объёмная доля компонента продуктов сгорания, С_{v п.с} – молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре t_с.

Молярная внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре при температуре t_z

=

=80093 кДж/кмоль,

где С_{v п.с} – молярная теплоёмкость компонента продуктов сгорания при температуре t_z.

Объёмная доля компонента продуктов сгорания

,

где М_к – количество компонента продуктов сгорания, кмоль; например, .

Решая уравнение сгорания, определяем температуру Т_z.

Tz=2905,2 K.

Теоретическое давление в цилиндре в конце сгорания

=

=7,760 МПа.

Действительное давление в цилиндре в конце сгорания

,

=6,984 МПа.

Давление конца расширения

=

=0,276 МПа,

n2=1,430 .

n₂ – показатель политропы расширения.

Температура конца расширения

=

=1065,4 K.

Среднее индикаторное давление

=

=0,834 МПа.

Индикаторный к.п.д.

=

=0,2906.

Удельный индикаторный расход топлива

=

=0,2818 кг/(кВт*ч).

Механический к.п.д. для предварительного расчета (определения Sи D) принимаем .

Рабочий объём одного цилиндра

=

=544,21 cм3.

Диаметр цилиндра

=

=90,98 мм.

Ход поршня

=

=83,70 мм.

Эффективный к.п.д.

=0,2470.

Удельный эффективный расход топлива

=

=0,3315 кг/(кВт*ч).

Литровая мощность

=

=33,08 кВт/л.

Часовой расход топлива

=

=23,87 кг/ч.

Температура газов в камере сгорания растет с увеличением коэффициента избытка окислителя α, имеет максимальное значение при α=1 и уменьшается с уменьшением α. Это значит, что при α<1 будет иметь место увеличение подогрева рабочей смеси, что ведет к увеличению ее объема, а значит к тому, что меньше свежего заряда будет попадать в цилиндр и коэффициент наполнения будет уменьшаться. При α=1 температура максимальна и коэффициент наполнения, в свою очередь, имеет минимальное значение. При α>1 температура в цилиндре уменьшается, подогрев смеси также уменьшается, а коэффициент наполнения увеличивается.

Удельный индикаторный расход топлива находится в обратно - пропорциональной зависимости с индикаторным к.п.д.

Значит расход топлива будет уменьшаться.

При увеличении α топлива в рабочей смеси становиться меньше, а тепло, идущее на совершение полезной работы используется более эффективно. После α=1 идет снижение темпов роста коэффициента наполнения. Это объясняется тем, что топлива в смеси становиться еще меньше, тепла, подведенного с топливом, тоже становиться меньше, и часть его расходуется на нагревание воздуха в смеси.