Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Краткое описание процессов, составляющих цикл карбюраторного двигателя.
Идеализированный цикл карбюраторного двигателя представлен на рисунке 1. В этом цикле 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 показателей политроп)
Реальные циклы состоят из более сложных процессов с переменным составом рабочего тела и изменяющимися значениями показателей политроп. Реальные процессы отличаются от теоретических также наличием дополнительных тепловых потерь и потерь на трение, что естественно в дальнейшем учитывается.
Топливо - бензин.
Коэффициент избытка воздуха α = 1,1.
Степень сжатия ε = 8,5.
Мощность двигателя .
Число оборотов .
Число тактов двигателя .
Число цилиндров .
Значение .
Начальная температура .
Начальное давление .
|
Вид топлива |
Средний элементарный состав |
Молярная масса паров, кг/(кг·моль) |
||
|
C |
H |
O |
||
|
Автомобильный бензин |
0,855 |
0,145 |
── |
110-120 |
(1)
, где Мо - количество воздуха (в кг), необходимое для сгорания 1кг топлива;
С, Н, О - массовые доли углерода, водорода, кислорода в топливе.
Мо = 11,59 [0,855 + 3 × 0,145] = 14,95 кг.
Количество воздуха, подаваемое для сгорания записывается в виде:
M=aМ0, (2)
где a - коэффициент избытка воздуха (1,11).
Принимаем a@1.
М = 1 × 14,95 @ 14,95
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
При сгорании топлива часть теплоты уносится с водяными парами и не дает вклада в суммарное количество теплоты QH (низшая теплота сгорания топлива).
2.1 Параметры начальной точки
В карбюраторных двигателях параметры начальной точки имеют обычно следующие значения:
Т1=(350...430)К;
Р1=(0,9…0,95)*105 Па (в тихоходных двигателях);
Р1=(0,75…0,85)*105 Па (в быстроходных двигателях);
(4)
, где mб, mв - массовые доли паров бензина и воздуха;
mб=115, mв=29 - молярные массы паров бензина и воздуха.
Масса свежего заряда
= 1кг бензина (паров) + 14,95 кг воздуха = 15,95 кг.
Массовая доля паров бензина
Массовая доля воздуха
.
Молекулярная масса свежего заряда из формулы (4):
2.4 Расчет теплоемкости свежего заряда.
Для расчета 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) , где .
Теплоемкость свежего заряда (задаемся значением Т2 = Т1+450=830К), по формуле (8):
Значение удельной теплоемкости вычисляется по формуле (Задаваясь значением Т2)
(9)
.
Газовая постоянная для свежего заряда вычисляется по формуле
(10)
Среднее значение теплоемкости при постоянном давлении
(11)
Показатель адиабаты для процесса сжатия
(12)
В задании приводится значение (13)
D = 0,01; .
Теперь можно определить все параметры в конце процесса сжатия (точка 2).
Объём в процессе сжатия равен: (14)
Давление в процессе сжатия: (15)
Температура процесса сжатия: (16)
Из формул (14), (15), (16):
при
при
.
Полученное значение Т2 совпадает с заданным (менее 10°), поэтому приближение больше не нужно.
Из основных реакций при горении топлива следует, что в результате реакций на 1кг С приходится
, а на 1кг Н приходится
С учётом этих соотношений 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:
(22)
Среднюю мольную теплоемкость в интервале температур (0;,Т) будем рассчитывать по формуле:
для a ³ 1 (23)
, где
Задаемся значением Т3 = 2800 К, и делаем расчет по формуле (23) т.к. a=1,1:
(24)
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 a < 1 ( берем равным 1)
при
Полученное значение Т3 совпадает с заданным, поэтому приближение больше не нужно.
Давление в процессе сгорания:
(26)
Объем в процессе сгорания:
Задаемся значением температуры в конце процесса расширения
(27)
Задаемся значением Т4 = 1400К, 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)
n2 =k2+D (30)
n2 =1,25+0,01=1,26
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
n2 =1,244+0,01=1,254
Полученное значение Т4 хорошо совпадает с заданным, поэтому приближение больше не нужно.
(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
(39)
(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)
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)
(46)
(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 n = 0,92 - 0,97 (берем равным 0,95), а механические потери относительным механическим КПД hм = 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).
(47)
где z - число цилиндров, n - число оборотов в секунду, Pе - эффективная мощность двигателя (кВт), pe - среднее эффективное давление цикла, τ - тактность.
При заданном значении S/D = b (берем равным 1).
(49)
Мощность двигателя .
Температура воды на входе 90оС.
Температура воздуха на входе 30 оС.
Скорость обдува ω=20 м/с.
Высота радиатора H= 300 мм.
Ширина В=50 мм.
Размер трубки b×a 25×5.
Размещение трубок двухрядное.
Шаг трубок s= 15 мм.
Толщина рёбер 2мм.
Теплопроводность рёбер 53,6Вт/(м*К).
Для расчёта теплообменника используются два основных уравнения: уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи.
Первое говорит о том, что тепловой поток от горячего теплоносителя равен тепловому потоку, полученному холодным теплоносителем.
Рассчитаем один элемент радиатора – трубку с оребрённой поверхностью. В результате расчёта надо определить необходимое количество трубок, составляющих радиатор, и количество рёбер.
Количество элементов n определяется по формуле:
n= ψN/ Qтр.
Где ψ – доля тепла, отводимая от двигателя (ψ=0,25…0,27); N – мощность двигателя; Qтр - тепло отводимое одним элементом (300…700)Вт
.
Уточняем тепловой поток, отводимый одним элементом, Qтр :
Вт.
Теплофизические свойства воды принимаем при температуре входа 90оС; ρ=965кг/м3; υ=0,326*10-6м2/с; λ=68*10-2 ; Pr=cp=1,95.
Определяем эквивалентный диаметр трубки
dэ =4S/П.
Где S площадь радиатора, равная:
.
Где Hf- высота ребра (25мм), Nf-количество рёбер, Tf- толщина ребра, do-наружний диаметр трубы (50мм), D- внутренний диаметр трубы (47мм).
Причем: Rf=3Tf
Смачиваемый периметр
.
Находим эквивалентный диаметр
.
Вычисляем критерий Рейнольса для течения воды в трубке, задавшись скоростью ω=0,8 м/с:
.
Вычисляем критерий Нуссельта:
.
Определяем коэффициент теплоотдачи:
Вт/(м2/К).
Теплофизические свойства воздуха принимаем при температуре входа 30оС; ρ=1,185кг/м3; υ=15,5*10-6 м2/с; λ=2,63*10-2 ; Pr=7.
Вычисляем критерий Рейнольдса для течения воздуха в межтрубном пространстве, за характерный размер принимаем ширину радиатора В:
.
Вычисляем критерий Нуссельта:
.
Определяем коэффициент теплоотдачи:
Вт/(м2/К).
Определяем массовый расход воды:
кг/с.
Определяем массовый расход воздуха:
кг/с.
Определяем среднюю температуру теплоносителей, если теплоёмкости воды и воздуха соответственно ср=4208 Дж/(кг*к) и ср=1005 Дж/(кг*к).
оС.
оС.
1.5 Определение коэффициента эффективности оребрения.
Вычисляем длину ребра:
.
Определяем безразмерный параметр х:
.
Находим коэффициент эффективности оребрения:
0,924.
1.6 Предварительное определение площади оребрения.
Площадь боковой поверхности трубки:
м2.
Определяем среднюю температуру стенки трубки.
оС.
Площадь поверхности оребрения:
.
Количество рёбер:
.
Расстояние между рёбрами:
1.7 Уточнённый расчёт.
Определяем критерий Рейнольса, за эквивалентный диаметр принимаем 2h:
.
Вычисляем критерий Нуссельта:
.
Уточняем коэффициент теплоотдачи αв от оребрённой стенки к воздуху:
Вт/(м2/К).
Уточняем температуру, для чего определяем живое сечение радиатора S и пересчитываем расход воздуха Gв.
.
кг/с.
оС.
Уточняем коэффициент эффективности оребрения:
.
0,618.
Определяем свободную поверхность трубки между рёбрами:
м2.
Уточняем площадь рёбер:
.
Оцениваем погрешность:
Увеличиваем высоту трубки радиатора пропорционально недостающим процентам.
Определяем длину радиатора, допуская двухрядное расположение трубок:
Определяем окончательные габариты радиатора, мм.
H×B×L=349×50×2260.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ист
5
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
БМС-211.07.00.00.00 ПЗ