Термодинамический расчет цикла двигателя внутреннего сгорания
Осуществление практических расчетов циклов тепловых машин. Основы теплотехнического определения цикла двигателя внутреннего сгорания при использовании минимального количества эмпирических соотношений. Характеристика и специфика жидких моторных топлив.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.10.2011 |
| Размер файла | 134,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Термодинамический расчет цикла двигателя внутреннего сгорания
Цель работы
Закрепить и углубить теоретические знания по курсу «Техническая термодинамика», получить навыки практических расчетов циклов тепловых машин. Получить представление об основах теплотехнического расчета цикла двигателя внутреннего сгорания при использовании минимального количества эмпирических соотношений.
Исходные данные:
Топливо - автомобильный бензин.
Коэффициент избытка воздуха б = 1,1.
Степень сжатия е = 10,2.
Мощность двигателя .
Число оборотов .
Число тактов двигателя .
Число цилиндров .
Значение .
Начальная температура .
Начальное давление
В идеализированном цикле карбюраторного двигателя подвод и отвод теплоты реализуется в процессах V=const, а сжатие свежего заряда и расширение продуктов сгорания в политропических процессах с отводом теплоты (с постоянными значениями политроп).
Реальные циклы составлены из более сложных процессов с переменным составом рабочего тела и изменяющимися значениями показателей политроп. Реальные процессы отличаются от теоретических также наличием дополнительных тепловых потерь, потерь на трение и привод вспомогательных механизмов, что мы будем в дальнейшем учитывать. При выполнении курсовой работы вначале производится расчет всех узловых точек цикла, при этом приходиться пользоваться методом последовательных приближений. После этого определяются промежуточные значения давлений для процессов сжатия рабочей смеси и расширения продуктов сгорания. Необходимые для построения графического изображения этих процессов и вычисляются количества тепловой и механической энергии в каждом из процессов.
На основании проведенных расчетов можно определить значение коэффициента полезного действия и величину теоретического индикаторного давления, а затем вычислить и все геометрические параметры двигателя.
2. Основные характеристики жидких моторных топлив
тепловой двигатель моторный топливо сгорание
2.1 Состав топлива
|
Вид топлива |
Средний элементарный состав |
Молярная масса паров, кг/(кг·моль) |
|||
|
C |
H |
O |
|||
|
Автомобильный бензин |
0,855 |
0,145 |
-- |
115 |
2.2 Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива
где Мо - количество воздуха (в кг), необходимое для сгорания 1кг топлива;
С, Н, О - массовые доли углерода, водорода, кислорода в топливе.
Мо = 11,59 [0,83 + 3?0,145] = 14,95 кг
2.3 Действительное количество воздуха, подаваемое для сгорания 1кг топлива
Количество воздуха, подаваемое для сгорания, обычно отличается от теоретически необходимого количества и записывается в виде:
M=aМ0 (2)
где a =1,1- коэффициент избытка воздуха ;
М = 1,11 Ч 14,95 @ 16,5
2.4 Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива
Если известны основные химические реакции, протекающие при сгорании топлива, и тепловые эффекты этих реакций, то легко записать формулу для вычисления суммарного количества теплоты, выделяющейся при сгорании 1кг топлива (Формула Менделеева):
МДж/кг; (3)
МДж/кг
Здесь обозначения такие же, как и в предыдущей формуле. При сгорании топлива часть теплоты уносится с водяными парами и не дает вклада в суммарное количество теплоты QH (низшая теплота сгорания топлива).
3. Расчет процесса сжатия
3.1 Молекулярная масса свежего заряда
(4)
где mб, mв - массовые доли паров бензина и воздуха;
mб=115, mв=29 - молярные массы паров бензина и воздуха.
3.2 Состав свежего заряда
Масса свежего заряда:
= 1кг бензина (паров) + 16,5 кг воздуха = 17,5 кг
Массовая доля паров бензина:
Массовая доля воздуха:
Молекулярная масса свежего заряда из формулы:
3.3 Расчет теплоемкости свежего заряда
учитывая малое содержание паров бензина в смеси, можно использовать формулу для теплоемкости воздуха (с достаточной для инженерной практики точностью).
Среднее значение молярной теплоемкости для изохорического процесса в интервале температур 0 - Т рассчитывается по формуле:
= 20160 + 1,74 Т (5)
Отсюда легко получить формулу для расчета средней теплоемкости в заданном интервале температур.
Известно, что
(6)
где - среднее значение теплоемкости в интервале температур (Т1;Т2);
- среднее значение теплоемкости в интервале температур (0;Т).
Если записать линейную зависимость от Т в виде = А + ВТ, то получим
(7)
и окончательно
(8)
.
Теплоемкость свежего заряда (задаемся значением Т2 = Т1+350=775К), по формуле (8):
Значение удельной теплоемкости вычисляется по формуле (Задаваясь значением Т2):
(9)
3.4 Показатель адиабаты для процесса сжатия
Газовая постоянная для свежего заряда вычисляется по формуле:
(10)
Среднее значение теплоемкости при постоянном давлении:
(11)
Показатель адиабаты для процесса сжатия:
(12)
3.5 Показатель политропы для процесса сжатия
(13)
D = - 0,007; .
Теперь можно определить все параметры в точке 2.
Объём в процессе сжатия равен: (14)
Давление в процессе сжатия: (15)
Температура процесса сжатия: (16)
Из формул (14), (15), (16) соответственно:
1.
2. при
3. при
.
Полученное значение Т2 хорошо совпадает с заданным (менее 10°), поэтому приближение больше не нужно.
4. Расчет процесса сгорания
4.1 Состав продуктов сгорания
Из основных реакций при горении топлива следует также, что в результате реакций на 1кг С приходится:
а на 1кг Н приходится:
Учитывая эти соотношения состав продуктов сгорания бензина будет следующий:
Подставив значения, получим:
Общая масса продуктов сгорания (кг):
Мп.с.= 3,67С + 9Н + 0,77М0 + (a - 1) М0 (17)
Подставив численные значения в формулу (17), получим:
Мп.с.= 17,45 кг
Массовые доли составляющих продуктов:
(18)
(19)
(20)
(21)
Подставив значения в формулы (18), (19), (20), (21) соответственно получим:
4.2 Молярная масса продуктов сгорания
(22)
4.3 Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания
Среднюю мольную теплоемкость в интервале температур (0;,Т) будем рассчитывать по формуле:
для a 1 (23)
Задаемся значением Т3 = 2800 К, и делаем расчет по формуле (23) т.к. a=1,1:
(24)
4.4 Параметры в конце процесса сгорания
Температура в конце сгорания вычисляется по формуле:
(25)
где - коэффициент подвода теплоты, его значение для карбюраторного двигателя берем равным 0,9;
- учитывает меньшее выделение теплоты при ? ? 1 ( берем равным 1)
1.
2. при
Полученное значение Т3 хорошо совпадает с заданным, поэтому приближение больше не нужно.
Давление в процессе сгорания:
(26)
Объем в процессе сгорания:
5. Расчет процесса расширения продуктов сгорания
5.1 Показатель адиабаты
Задаемся значением температуры в конце процесса расширения:
(27)
Задаемся значением Т4 = 1300К, тогда по формуле (27):
Вычисление средних значений молярных теплоемкостей (в интервале температур) производится по формуле (23):
Удельная теплоемкость вычисляется по формуле (24):
Среднее значение теплоемкости при постоянном давлении:
(28)
Показатель адиабаты для процесса сгорания:
(29)
5.2 Показатель политропы
n2 =k2+D (30)
n2 =1,25+0,007=1,257
5.3 Параметры в конце расширения
Объем в конце расширения:
(31)
Давление в конце расширения из формулы (31):
(32)
Подставив значения в формулу (32) получим:
Температура в конце расширения Т4 находится из уравнения состояния идеального газа:
(33)
1.
2. при
3. при
n2 =1,242+0,007=1,249
Полученное значение Т4 хорошо совпадает с заданным, поэтому приближение больше не нужно.
6. Энергетические характеристики цикла
6.1 Теплота и работа в процессе сжатия
(34)
(35)
6.2 Теплота и работа в процессе расширения
(36)
(37)
6.3 Полезная работа
(38)
6.4 Доля отведенной теплоты в процентах
(39)
6.5 Теплота, отведенная в процессе (4-1)
(40)
Среднее значение молярной теплоемкости вычисляется по формуле (23):
Удельную теплоемкость найдем по формуле (24):
Подставив значения в формулу (40) получим теплоту, отведенную в процессе 4-1:
Общее количество полученной энергии в цикле
(41)
6.6 Общий баланс энергии в цикле
Проводится сопоставление количества теплоты, выделившейся в процессе сгорания 1кг свежего заряда q2,3 и суммы полезной работы и отведенной теплоты qИ. Совпадение этих величин указывает на правильность проведенных вычислений. При несовпадении этих величин следует подсчитать относительную величину дисбаланса в %. При ошибке большей пяти процентов все расчеты следует проверить.
Количество теплоты, выделившейся при сгорании 1кг свежего заряда:
(42)
Подставив значения в формулу (42) получим:
Дисбаланс находим по формуле
(43)
6.7 Среднее теоретическое индикаторное давление
(44)
Среднее индикаторное давление представляет собой некоторое условное постоянное давление, при воздействии которого на поршень в течение одного хода совершается работа, равная работе за цикл. Этот параметр характеризует напряженность работы двигателя.
Действительная индикаторная диаграмма меньше теоретической за счет отличия действительных процессов от теоретических. Уменьшение площади индикаторной диаграммы можно учесть с помощью коэффициента полноты диаграммы ? = 0,92 - 0,97 (берем равным 0,95), а механические потери относительным механическим КПД ?м = 0,95 - 0,99 (берем равным 0,97).
Среднее эффективное давление цикла:
(45)
Обычные значения pe составляет (0,6 - 1,1) МПа (для карбюраторных ДВС).
6.8 Термический КПД цикла
(46)
7. Геометрические характеристики двигателя
7.1 Рабочий объем цилиндра
(47)
где z - число цилиндров, ф = 4 - тактность, n - число оборотов в секунду, Pе - эффективная мощность двигателя (кВт), pe - среднее эффективное давление цикла (Па).
7.2 Определение диаметра цилиндра и рабочего хода поршня
При заданном значении S/D = в (берем равным 1)
(48)
Список использованных источников
1. В.А. Мухин, В.А. Антипин Термодинамический расчет цикла двигателя внутреннего сгорания: Методические указания. Новосибирск: изд-во СГУПСа. 2003. 33с.
2. СТО СГУПС 1.01 СДМ.01-2007. Стандарт организации. Курсовой и дипломный проекты / Н.В. Мокин, Б.В. Глухов, Б.Е. Татаринцев, В.А. Глотов. Новосибирск,2007. 59с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания и его характеристика. Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы. Расчет термического коэффициента полезного действия цикла.
курсовая работа [209,1 K], добавлен 01.10.2012Температура - параметр, характеризующий тепловое состояние вещества. Температурные шкалы, приборы для измерения температуры и их основные виды. Термодинамический цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом тепла при постоянном давления.
контрольная работа [124,1 K], добавлен 25.03.2012Расчет термодинамических параметров быстроходного автомобильного дизельного двигателя со смешанным теплоподводом в узловых точках. Выбор КПД цикла Карно в рабочем интервале температур. Вычисление значений термического коэффициента полезного действия.
курсовая работа [433,2 K], добавлен 13.07.2011Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Определение параметров в начале и в конце сжатия, а также давления сгорания. Построение политропы сжатия и расширения. Индикаторная диаграмма расчетного цикла. Конструктивный расчет деталей дизеля.
дипломная работа [501,1 K], добавлен 01.10.2013Основные типы двигателей: двухтактные и четырехтактные. Конструкция двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Принцип зажигания двигателя. История создания и принцип работы электродвигателя. Способы возбуждения электродвигателей постоянного тока.
реферат [1,1 M], добавлен 11.10.2010Порядок расчета теоретически необходимого количества воздуха для сгорания топлива. Определение параметров процессов впуска. Вычисление основных параметров процесса сгорания, индикаторных и эффективных показателей двигателя. Основные показатели цикла.
контрольная работа [530,4 K], добавлен 14.11.2010Исследование изобарных, изохорных, изотермических и адиабатных процессов. Определение показателя политропы для заданного газа, изменения энтропии, начальных и конечных параметров рабочего тела. Изучение цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания.
контрольная работа [347,5 K], добавлен 12.02.2012Газовые смеси, теплоемкость. Расчет средней молярной и удельной теплоемкости. Основные циклы двигателей внутреннего сгорания. Термический коэффициент полезного действия цикла дизеля. Водяной пар, паросиловые установки. Общее понятие о цикле Ренкина.
курсовая работа [396,8 K], добавлен 01.11.2012Параметры рабочего тела. Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла. Расчет внешних скоростных характеристик двигателей. Силы давления газов. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 07.07.2015Описание двигателя внутреннего сгорания - тепловой машины, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Сравнительная характеристика четырёхтактного и двухтактного двигателей, их применение.
презентация [9,0 M], добавлен 11.12.2016
