Термодинамічний розрахунок циклу ДВС

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

1. Розрахунок циклу двигуна внутрішнього згоряння

Короткий опис процесів, що становлять цикл карбюраторного двигуна

Ідеалізований цикл карбюраторного двигуна представлений циклом Карно. У цьому циклі підвід і відвід теплоти реалізується в процесах V = const, а стиснення свіжого заряду і розширення продуктів згоряння - у политропического процесах з відведенням теплоти (з постійними значеннями показників політропи).
Реальні цикли складаються з більш складних процесів зі змінним складом робочого тіла і мінливими значеннями показників політропи. Реальні процеси відрізняються від теоретичних також наявністю додаткових теплових втрат, насосних втрат, втрат на тертя і привід допоміжних механізмів, що, природно, в подальшому враховується.

Склад палива

Вид палива
Середній елементарний склад
Молярна маса парів m 1, кг / (кг * моль)
C
H
O
Автомобільні бензини
0,855
0,142
-
110-120
Дизельні палива
0,870
0,126
0,004
180-200
Палива тихохідних двигунів
0,870
0,125
0,005
220-280

Теоретично необхідну кількість повітря для згоряння 1 кг палива

Основні реакції при горінні палива мають вигляд:


Під реакціями підписані молярні маси речовин, що беруть участь в реакціях, а в правих частинах у загальному вигляді записано кількість теплоти, що виділяється в цих реакціях. На підставі цих записів можна скласти формулу для розрахунку теоретично необхідної кількості повітря для згоряння 1 кг палива. Слід врахувати кількість кисню, що міститься в паливі, і масову частку кисню в повітрі (0,23):

де M 0 - Маса повітря, необхідна для згоряння 1 кг палива, кг; C, H, O - масові частки вуглецю, водню і кисню в паливі.
Останню формулу можна записати у вигляді: (1) підставивши значення отримаємо кг

Справжнє кількість повітря, що подається для згоряння 1 кг палива

Кількість повітря, що подається для згоряння, зазвичай відрізняється від теоретично необхідної кількості і записується у вигляді:
, (2)
де a - коефіцієнт надлишку повітря; в карбюраторних двигунах зазвичай a = 0,8 ... 1,15. Враховуючи, що у нас a = 1,14, отримаємо кг.

Кількість теплоти, що виділяється при згорянні палива

Якщо відомі основні хімічні реакції, що протікають при згорянні палива, і теплові ефекти цих реакцій, то легко записати формулу для обчислення сумарної кількості теплоти, МДж / кг, що виділяється при згорянні 1 кг палива (формула Менделєєва):
. (3)
При згорянні палива частина теплоти несеться з водяними парами і не дає вкладу в сумарне кількість теплоти (Нижча теплота згоряння палива). Підставимо значення: МДж / кг.

Розрахунок процесу стиснення

Параметри початкової точки

У карбюраторних двигунах параметри початкової точки мають зазвичай такі значення:
T 1 = (350 ... 430) K;
p 1 = (0,9 ... 0,95) * 10 5 Па (у тихохідних двигунах);
p 1 = (0,75 ... 0,85) * 10 5 Па (у швидкохідних двигунах);
Порівняно високі значення температури в початковій точці пов'язані з нагріванням повітря у вхідних каналах двигуна.

Розрахунок процесу стиснення свіжого заряду

4.2.1. Молекулярна маса свіжого заряду визначається за формулою
, (4)
тут m б, m в - масові частки парів бензину і повітря; m б, m в-молярні маси парів бензину і повітря.
Маса свіжого заряду - M с.з. = 1 кг парів бензину + 16,9 кг повітря = 17,9 кг . Масова частка парів бензину m б = = 0,06, масова частка повітря m в = = 0,94. Підставляємо ці значення в (4): кг / кг * моль.
4.2.2. Для розрахунку теплоємності свіжого заряду, враховуючи малий вміст парів бензину в суміші, можна використовувати формулу для теплоємності повітря (з достатньою для інженерної практики точністю).
Середнє значення молярної теплоємності для ізохоричному процесу в інтервалі температур 0 - T розраховується за формулою (5), де .
Задаємося значенням Т 2 = 625 К. ДЖ / кмоль * К, тепер можна визначити величину питомої масової теплоємності (6) Дж / (кг * К).
Показник адіабати для процесу стиснення. Газова постійна для свіжого заряду обчислюється за формулою (7) Дж / (кг * К)
Середнє значення теплоємності при постійному тиску (8) . Дж / (кг * К)
Показник адіабати для процесу стиснення (9) = 1,378.
Показник політропи для процесу стиснення. У завданні наводиться значення (n 1 - k 1) =- D 1, тому n 1 = k 1 - D 1 = 1,378 - 0,009 = 1,37.
P 1 * V 1 = RT; =>

Тепер можна визначити параметри в кінці процесу стиснення: м 3 / кг, Па, К. Отримане значення температури відрізняється від спочатку прийнятого на 207К.
Задамося іншим значенням Т 2.
Середнє значення молярної теплоємності для ізохоричному процесу в інтервалі температур 0 - T розраховується за формулою (5), де .
Задаємося значенням Т 2 = 832 К. ДЖ / кмоль * К, тепер можна визначити величину питомої масової теплоємності (6) Дж / (кг * К).
Показник адіабати для процесу стиснення. Газова постійна для свіжого заряду обчислюється за формулою (7) Дж / (кг * К)
Середнє значення теплоємності при постійному тиску (8) . Дж / (кг * К)
Показник адіабати для процесу стиснення (9) = 1,373.
Показник політропи для процесу стиснення. У завданні наводиться значення (n 1 - k 1) =- D 1, тому n 1 = k 1 - D 1 = 1,373 - 0,009 = 1,364.
P 1 * V 1 = RT; =>

Тепер можна визначити параметри в кінці процесу стиснення: м 3 / кг, Па, К. Отримане значення температури відрізняється від спочатку прийнятого на 8К.
Ітерація: Взяли Т 2 = 832, отримали 824 після другої підгонки.

Розрахунок процесу згоряння

Склад продуктів згоряння

З основних реакцій і випливає, що в результаті реакцій на 1 кг С припадає 44/12 = 3,67 кг CO 2, а на 1 кг Н припадає 36 / 4 = 9 кг Н 2 О.
З урахуванням цих співвідношень склад продуктів згоряння бензину буде наступний: кг, кг, кг, кг.
Загальна маса продуктів згорання, кг:
М п.с. = 3,67 С + 9Н + 0,77 М 0 + (a - 1) М 0 = 3,14 +1,305 +11,51 +1,94 = 17,89 кг
Масові частки речовин, що складають продукти реакції горіння:


Молярна маса продуктів згорання

Обчислюється за формулою (12):
кг / моль.

Середня мольна теплоємність продуктів згоряння

В інтервалі температур 1, Т 2) для a 1 визначається за формулою (14)
, Де .
Задаємося значенням Т 3 = 2850К кг / моль. Питома масова теплоємність обчислюється за формулою
ДЖ / (кг * К).

Параметри в кінці процесу згоряння

Температура наприкінці згоряння обчислюється за формулою (15) , Де q 2,3 - Кількість теплоти виділилася при згоранні 1 кг свіжого заряду. Її можна обчислити за формулою (16) , Де x Z - коефіцієнт підведення теплоти, його значення - для карбюраторних двигунів знаходиться в межах 0,85-0,95, вибираємо 0,9, x a - враховує менше виділення теплоти - x a = 1,4 a-0, 4, при α 1
К. Отримана температура відрізняється від спочатку прийнятої на 5 К, що знаходиться в межах допустимого.
, V 3 = V 2, .=> Па.
Ітерація: Взяли Т 3 = 2850, отримали 2845,3

Розрахунок процесу розширення продуктів згоряння

Показник адіабати

Задаємося значенням температури в кінці процесу розширення Т 4 = 1610 К: К. Обчислення середніх значень молярних теплоємностей (в інтервалі температур) проводиться за формулами (13) і (14).
; ДЖ / кмоль
ДЖ / (кг * К),
, ДЖ / (кг * К)
.

Показник політропи

,

Розрахунок процесу вихлопу газу

Па, V 4 = V 1,
.
Отримане значення температури відрізняється від спочатку прийнятого на 10, що знаходиться в допустимому інтервалі відхилення.
Ітерація: Взяли Т 4 = 1610, отримали 1620

Енергетичні характеристики циклу

Рівняння теплового балансу

Для розглянутого циклу можна записати баланс у вигляді: q 2,3 + q 1,2 + q 3,4 + q 4,1 = l 3,4 + l 1,2, або q 2,3 = q і, де q і - Енергія, отримана в циклі q і = l 3,4 + l 1,2 - q 1,2 - q 3,4 - q 4,1; (17)
l 1,2 - Робота стиснення, (18)
Дж / кг,
l 3,4 - робота розширення, (19)
Дж / кг,
q 1,2 - теплота, відведена в процесі стиснення, (20)

Дж,
q 3,4 - теплота, відведена в процесі розширення, (21)
Дж,
q 4,1 - теплота, відведена з вихлопними газами, (22) ;
Дж / (кмоль * К),
, ДЖ / (кг * К)
Дж.
Корисна робота
Дж. Проводимо зіставлення кількості теплоти, що виділилася в процесі згоряння 1 кг свіжого заряду q 2,3 і суми корисної роботи і відведеної теплоти q і в циклі. Ці величини не збігаються, тому підраховуємо відносну величину дисбалансу за формулою (25).
Дисбаланс не перевищує п'яти відсотків, тому робимо висновок, що підрахунок був правильним.
Середнє теоретичне індикаторне тиск обчислюється за формулою (26)


V
P
V2
P2
0,06
4,8405
0,06
16,712
0,12
1,8858
0,12
6,978
0,18
1,0864
0,18
4,1865
0,24
0,7347
0,24
2,9136
0,3
0,5424
0,3
2,1995
0,36
0,4233
0,36
1,7481
0,42
0,3432
0,42
1,4395
0,48
0,2862
0,48
1,2166
0,54
0,2439
0,54
1,0488
0,6
0,2113
0,6
0,9184
0,66
0,1856
0,66
0,8145
0,72
0,1649
0,72
0,7299
0,78
0,1479
0,78
0,6599
0,84
0,1337
0,84
0,601
0,9
0,1217
0,9
0,551
0,96
0,1115
0,96
0,508
1,02
0,1027
1,02
0,4706
1,08
0,095
1,08
0,436

Індикаторна діаграма

Після визначення параметрів у вузлових точках циклу і визначення індикаторного тиску виробляємо обчислення проміжних значень параметрів у политропического процесах стиснення і розширення і всі процеси наносимо на графік .
Середнє індикаторне тиск представляє собою деяке умовне постійний тиск, при дії якого на поршень протягом одного ходу відбувається робота, рівна роботі за цикл. Цей параметр характеризує напруженість роботи двигуна.
Дійсна індикаторна діаграма менше теоретичної за рахунок відмінності дійсних процесів від теоретичних. Зменшення площі індикаторної діаграми можна врахувати за допомогою коефіцієнта повноти діаграми V = 0,95, а механічні втрати - відносним механічним ККД h м = 0,95. Середнє ефективне тиск циклу (27) МПа

Термічний ККД циклу

(28) ®

Геометричні характеристики двигуна

Робочий об'єм циліндра

(30) ® л

Визначення діаметру циліндра і робочого ходу поршня

При заданому значенні .
=>

Розрахунок теплообмінної поверхні радіатора
1. Вихідні дані
Потужність двигуна Р e = 60Вт
Температура води на вході t = 90С
Температура повітря на вході t = 30
Швидкість обдування = 25 м / с
Висота радіатора Н = 300 мм
Ширина В = 50 мм
Розмір трубки b a 24 5
Розміщення трубок дворядне
Крок трубок s = 15 м
Ребра сталеві
Товщина 0,2 мм
Теплопровідність 53,6 Вт / (м К)
2. Розрахунок радіатора
Визначення кількості елементів n:
n = = = 30
приймаємо 42 шт.
Уточнюємо тепловий потік, що відводяться одним елементом Q :
Вт
Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі   від води до стінки трубки. Теплофізичні властивості води приймаємо при температурі входу 95 С:
кг / м ; м / c; ; Р = 1,95.
Визначаємо еквівалентний діаметр трубки:
а) площу перерізу трубки f

б) змочують периметр


в) Еквівалентний діаметр
мм
Обчислюємо критерій Рейнольдса для течії води в трубці, задавшись швидкістю м / c:

Обчислюємо критерій Нуссельта:

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі:

Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від стінки трубки до повітря. Теплофізичні властивості повітря приймаємо при температурі 28 С: кг / м ; м / c; Вт / (м * К); .
Обчислюємо критерій Рейнольдса для течії повітря в міжтрубному просторі, за характерний розмір приймаємо ширину радіатора В:

Обчислюємо критерій Нуссельта:


Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі:

Визначення середньої температури теплоносіїв:
Визначаємо масова витрата води :
кг / с
Визначаємо масова витрата повітря :
кг / с
Визначаємо середню температуру теплоносіїв якщо теплоємність води і повітря відповідно Дж / кг * К; Дж / кг * К:


Визначення коефіцієнта ефективності оребрення.
Обчислюємо довжину ребра:
мм
Визначаємо безрозмірний параметр х:


Знаходимо коефіцієнт ефективності оребрення :
= Th x / x = th 0,828 / 0,828 = 0,82
Попереднє визначення площі оребрення.
Площа бічної поверхні трубки :
м
Визначимо середню температуру стінки трубки:

Площа поверхні оребріння:

Кількість ребер :

Відстань між ребрами:

Уточнений розрахунок.
Визначаємо критерій Рейнольдса, за еквівалентний діаметр приймаємо 2 h:


Обчислюємо критерій Нуссельта:

Уточнюємо коефіцієнт тепловіддачі α в від оребренной стінки до повітря:

Уточнюємо температуру, для чого визначаємо живий перетин радіатора S і перераховуємо витрата повітря G в:



QUOTE
Уточнюємо коефіцієнт ефективності оребріння:


Визначаємо вільну поверхню трубки між ребрами:


Уточнюємо площа ребер:

Оцінюємо похибка:

і збільшуємо висоту трубки пропорційно відсутньою відсотками:

Визначаємо довжину радіатора L, вважаючи дворядне розташування трубок:

Визначаємо остаточні габарити радіатора, мм:

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Транспорт | Курсова
96кб. | скачати


Схожі роботи:
Термодинамічний розрахунок газового циклу
Розрахунок і аналіз ідеального циклу ДВС зі змішаним підведенням теплоти
Тепловий розрахунок ДВС
Термодинамічний розрахунок суміші
Термодинамічний розрахунок заданої суміші
Розрахунок швидкісної характеристики ДВС
Розрахунок хімічної рівноваги і термодинамічний аналіз реакційної системи
Розрахунок складу реакційної суміші та термодинамічний аналіз процесу
Розрахунок циклу паротурбінної установки
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru