Тепловой расчёт цикла модернизируемого дизеля

1.2. Тепловой расчёт цикла модернизируемого дизеля

В качестве топлива для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо следующего элементарного состава:

углерода C – 86%;

водорода H – 13%;

кислорода O – 1%.

Низшая теплотворная способность топлива принимается равной:

ккал/кг кДж/кг.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяется по формуле:

моль/кг.

Коэффициент избытка воздуха при горении для двигателя с неразделенной камерой сгорания принимается равным .

Действительное количество воздуха в цилиндре на 1 кг топлива:

моль/кг.

Количество продуктов сгорания 1 кг топлива:

моль/кг.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

.

Для более правильного выбора средней скорости поршня, величину которой необходимо знать для дальнейшего расчета цикла, производим предварительное определение основных размеров двигателя.

Диаметр цилиндра определяется по формуле:

м,

где л.с. – номинальная эффективная мощность двигателя;

кгс/см² МПа – среднее эффективное давление;

об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала;

– коэффициент, учитывающий тактность двигателя;

– число цилиндров;

.

Ход поршня будет равен:

м.

Средняя скорость поршня:

м/сек.

Для дальнейших расчётов принимаю:

давление и температура наружного воздуха – кгс/см² МПа; К;

среднее значение показателя политропы сжатия – ;

среднее значение показателя политропы расширения – ;

отношение площади сечения цилиндра к площади проходного сечения впускного клапана – ;

cтепень сжатия – ;

давление воздуха после нагнетателя – кгс/см² МПа.

Средняя скорость протекания воздуха в проходном сечении впускного клапана равна:

м/сек.

Температуру наддувочного воздуха определяют по формуле:

К,

где – адиабатный КПД компрессора.

Для снижения температуры наддувочного воздуха устанавливаем холодильник. Принимаем:

К.

Давление в начале сжатия при работе двигателя с наддувом, определяется по формуле:

кгс/см² МПа,

где – коэффициент, учитывающий вредные сопротивления во впускном тракте.

Температура воздуха в начале сжатия:

К,

где К – величина подогрева воздуха от стенок рабочего цилиндра;

К – температура остаточных газов;

– коэффициент остаточных газов.

Давление и температура в конце сжатия определяются по формулам:

кгс/см² МПа;

K.

Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле:

.

Эффективный КПД двигателя определяется по формуле:

.

Удельный эффективный расход топлива равен:

кг/(э.л.с.ч) кг/(кВтч).

Действительный коэффициент молекулярного изменения будет равен:

.

Количество молей смеси свежего заряда воздуха с остаточными газами до горения равно:

моль/кг.

Количество молей продуктов сгорания 1кг топлива:

водяных паров:

моль/кг;

углекислого газа:

моль/кг;

кислорода:

моль/кг;

азота:

моль/кг.

Их сумма:

моль/кг.

Средняя мольная изохорная теплоёмкость воздуха в интервале температур от 0 до будет равна:

ккал/мольград кДж/(мольград).

Средняя мольная изобарная теплоёмкость смеси продуктов сгорания 1кг топлива определяется по формуле:

,

где моль.

Температура в конце сгорания определяется из уравнения:

.

В целях упрощения расчета для двигателей с небольшим коэффициентом остаточных газов можно принять, что теплоёмкость остаточных газов, обозначенная в уравнении сгорания , равна теплоёмкости воздуха, и приняв , уравнение сгорания примет упрощённый вид:

.

Степень повышения давления при сгорании , входящая в уравнение сгорания, определяется в зависимости от принимаемой величины максимального давления цикла .

Принимаем:

кг/см² МПа.

Тогда:

.

Также принимаю:

ккал/кг кДж/кг;

.

Таким образом, получается квадратное уравнение относительно :

К.

Степень предварительного расширения:

.

Температура и давление в конце расширения определяются с учётом по формулам:

K;

кгс/см² МПа.

Среднее индикаторное давление расчётного цикла определяю по формуле:

кгс/см² МПа.

Учитывая неполноту индикаторной диаграммы, среднее индикаторное давление будет равно:

кгс/см² МПа,

где – коэффициент полноты диаграммы.

Принимаем механический КПД дизеля:

.

Определяем среднее эффективное давление:

кгс/см² МПа.

Удельный индикаторный расход топлива определяется по формуле:

кг/(и.л.с.ч) кг/(кВтч).

Удельный эффективный расход топлива:

кг/(э.л.с.ч) кг/(кВтч).

Соответственно индикаторный и эффективный КПД будут равны:

;

,

где 632 – тепловой эквивалент работы 1 л.с. в течение часа.

Окончательное значение диаметра цилиндра двигателя определяется по формуле:

м.

Окончательно принимаем:

мм.

Тогда длина хода поршня:

м мм.

Следовательно:

.

Среднее значение тепловой нагрузки цилиндра можно определить по формуле:

ккал/(м²ч) кВт/м².

где – коэффициент, показывающий, какая часть выделенного в цилиндре тепла передаётся охлаждающей жидкости.

При газотурбинном наддуве двигателя, когда турбонаддувочный агрегат кинематически не связан с валом двигателя, мощность газовой турбины, работающей на отработавших газах двигателя, равна мощности наддувочного компрессора.

Расход воздуха двигателем:

кг/сек,

где – коэффициент избытка продувочного воздуха.

Работа адиабатного сжатия 1 кг воздуха в наддувочном компрессоре от давления до давления :

кгсм/кг кДж/кг,

где – показатель адиабатного сжатия в компрессоре.

Действительная работа сжатия в наддувочном компрессоре:

кгсм/кг кДж/кг,

где – КПД компрессора.

Окружная скорость на наружном диаметре рабочего колеса:

м/с.

Наружный диаметр рабочего колеса компрессора:

м.

Частота вращения ротора турбокомпрессора:

об/мин.

Мощность, затрачиваемая на приведение в действие наддувочного компрессора:

л.с. кВт.

Расход газов через турбину:

кг/сек.

Работа адиабатного расширения 1 кг газов от давления перед турбиной до давления за турбиной равна:

ккал/кг кДж/кг,

где ккал/(кгград) кДж/(кгград) – средняя весовая теплоемкость газов;

кгс/см² МПа – давление газов перед турбиной;

кгс/см² МПа – давление газов за турбиной;

– показатель адиабатного расширения газов в турбине;

– температура смеси газов в выпускном коллекторе, которая определяется по формуле:

К,

где ккал/(кгград) кДж/(кгград) – средняя мольная теплоёмкость воздуха при температуре К;

ккал/(кгград) кДж/(кгград) – средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре газов в выпускном коллекторе:

К;

– средняя мольная теплоёмкость смеси газов с воздухом:

ккал/(кгград) кДж/(кгград).

Мощность газовой турбины:

л.с. кВт,

где – эффективный КПД газовой турбины.

Таким образом:

кВт.

Похожие работы

Проект модернизации одноковшового экскаватора с целью повышения производительности и экономической эффективности

Скачать

48464

8

20

... массы ковша. Грейфер применяют обычно для разработки грунтов малой плотности (I и II группы) и находящихся под водой. Более плотные грунты предварительно необходимо рыхлить. Производительность одноковшового экскаватора снижается по мере увеличения плотности грунта. Кроме того, она зависит от способа разработки грунта (при работе "на вымет" производительность повышается, при погрузке на ...

Совершенствование роторной дробилки с целью повышения производительности

Скачать

84340

12

9

... Мощность электродвигателя , кВт, привода дробилки рассчитывается по формуле , (11) где  - удельный энергетический показатель дробилки, при дробимом материале известняке  [1];  - производительность дробилки, м3/ч;  - степень дробления, для роторной дробилки типоразмера 1250´1000 мм  [1];  - средневзвешенный диаметр исходного продукта, м; ...

Проект модернизации электропривода скребкового конвейера ОАО «Нойзидлер Сыктывкар»

Скачать

60273

9

51

... с короткозамкнутым ротором (КЗР) с характеристиками, не уступающим характеристикам двигателей постоянного тока (ДПТ). 3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.   3.1 Требования к электроприводу скребкового конвейера применительно к условиям данного цеха. При проектирование электрооборудования и устройств автоматики следует учесть что, цех РОЦ ...

Модернизация патронного полуавтомата 1П756

Скачать

99551

15

15

... : ºС 3.Организационно-экономическая часть 3.1 Сравнительный технико-экономический анализ проектируемого и базового варианта В дипломном проекте решается задача решается задача необходимости модернизации патронного полуавтомата 1П756. Эта необходимость вызвана тем, что базовый вариант станка не соответствует современным требованиям, в частности, по надежности. Модернизация ...