Тепловой расчет д-180

 

G_т = 147,31 · 0,224 = 32,96 кг/ч

 

5.  Тепловой баланс двигателя

 

Для определения характера теплоиспользования и путей его улучшения, а также  получения данных для расчета  системы охлаждения, необходимо установить, как расходуется теплота, введенная в двигатель. С этой целью необходимо определить отдельные составляющие теплового баланса в зависимости от параметров, характеризующих условия эксплуатации.

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом, Дж/с

Q₀ = H_u· G_т/ 3,62                                                    (51)

 

Q₀ = 42440·32,96/ 3,6 = 388 582 Дж/с

                                                  

Теплота, эквивалентная эффективной  работе за 1 секунду, Дж/с

 

Q_e = 1000 · N_e                                                             (52)

 

Q_e = 1000 · 147,31 = 147 310 Дж/с

 

Теплота, передаваемая охлаждающей  среде, Дж/с

Q_в = c · i· D^1+2m·n^m/α,                                                 (53)

где с – коэффициент пропорциональности, с = 0,45…0,53 для четырехтактных двигателей;

m – показатель степени, m = 0,6…0,7;   352,264

D – диаметр цилиндра, см.

 

Q_в = 0,53· 4· 15^1+2*0,7·1250^0,7/1,7 = 121 976 Дж/с

 

Теплота, унесенная с отработанными  газами, Дж/с

,                             (54)

где

;

 

.

 

 кДж/(кмоль·град);

 

 кДж/(кмоль·град);

 

 Дж/с.

 

Определение производится методом интерполяции по таблице 8 [2] для соответствующих значений α и t_r. Определение производится методом интерполяции по таблице 5 [2] для соответствующих значений t_k.

Неучтенные потери теплоты, Дж/с

Q_ост = Q₀ – Q_е – Q_в - Q_r.                                              (55)

 

Q_ост = 388 582 - 147 307 - 121 976 - 110 899 = 8400 Дж/с

 

 

6. Построение индикаторной диаграммы

 

Масштаб построения диаграммы рекомендуется  выбирать с расчетом. Отношение ее высоты по давлению  к основанию по ходу поршня принимаем равным 1,3.

На оси абсцисс откладывается  отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня, в масштабе µ_S= 2:1.

АВ=S_n^.µ_s                                                 (56)  

 

АВ=205/2=103 мм

 

Отрезок ОА соответствует объему камеры сгорания и определяется:

 (57)

 

 

Отрезок z^/z для дизельных двигателей, работающих со сменным подводом теплоты, определяется:

  (58)

 

 

При построении индикаторной диаграммы  приняли масштабы давлений µ_р=0,08 мПа/мм.

Затем на диаграмме откладываются  в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, z^/, z, в, r и р₀, Их значения в мм определяется из соотношений

    (59)

 

 

Построение политроп сжатия и  расширения  выполняем аналитическим методом.

Методика построения индикаторной диаграммы аналитическим путем  заключается в следующем. Из уравнения  политропы сжатия   и политропы расширения  вычисляется ряд промежуточных точек текущего давления.

Промежуточные значения давления для  политропы сжатия в мПа определяем по выражению:

             

, мПа,                                    (60)

и в миллиметрах

                                        

                                        (61)

 

 

где Р_х – искомое текущее давление в процессе сжатия.

Текущее отношение объемов 

                                            

                                                       (62)

принимается произвольно в пределах от 1 до ε – значение степени сжатия.

Аналогично для политропы расширения

                                          

, мПа,                                 (63)

и

                                             

                                            (64)

 

 

 

 Для дизельных двигателей отношение изменяется от 1…до δ – степени расширения. В целях упрощения расчета шаг и значения отношений , при текущем Ох, оставляют такими же, как и для политропы сжатия.

Результаты расчета точек политроп приведены в табл. 10.

 

Таблица 10

 

№	ОХ	ОВ/ОХ	(ОВ/ОХ)n1	Px/	Px	(OB/OX)n2	Px/	Px
1	9,04	12,06	29,26	58,47	4,68	23,04	138,71	11,10
2	9,08	12,00	29,06	58,07	4,65	22,90	137,84	11,03
3	9,91	11,00	25,83	51,61	4,13	20,52	123,52	9,88
4	10,90	10,00	22,70	45,35	3,63	18,20	109,55	8,76
5	12,11	9,00	19,68	39,31	3,15	15,93	95,93	7,67
6	13,63	8,00	16,77	33,51	2,68	13,74	82,70	6,62
7	15,57	7,00	13,99	27,96	2,24	11,61	69,89	5,59
8	18,17	6,00	11,35	22,69	1,81	9,56	57,55	4,60
9	21,80	5,00	8,87	17,72	1,42	7,60	45,74	3,66
10	27,25	4,00	6,55	13,09	1,05	5,74	34,53	2,76
11	36,33	3,00	4,44	8,86	0,71	3,99	24,03	1,92
12	54,50	2,00	2,56	5,11	0,41	2,39	14,42	1,15
13	109,00	1,00	1,00	2,00	0,16	1,00	6,02	0,48

 

Значения промежуточных точек  давления (в мм или мПа) выносятся  на поле индикаторной диаграммы и соединяются плавной кривой а-с и кривой z-в. Точки с и z, z и z^/ (для дизельного двигателя) соединяем прямыми линиями. Принимаем, что процессы впуска и выпуска протекают при постоянном давлении, соответственно, Р_а и Р_z. Линии политропы расширения z-в, давления выпуска Р_z, давление впуска Р_а и политропы сжатия соединяем плавными округляющими линиями.

Протекание индикаторной диаграммы  реального двигателя будет несколько  отличаться от расчетной. С учетом предварительного воспламенения смеси от электрической искры для карбюраторного двигателя или опережения впрыска топлива для дизельного двигателя (точка c^/), в дальнейшем  происходит некоторое повышение давления, не совпадающее с давлением чистого процесса сжатия. В соответствии с этим давление при положении поршня в ВМТ будет несколько выше (точка c^//).

Процесс сгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой c^//-z_g, а не по c-z^/ и z^/-z для дизельного двигателя.

Положение точек с^/ и с^// приближенно находится из равенств, соответственно  

                                          

, мПа,                                 (65)

 

 

                                          

, мПа.                                 (66)

 

 

Действительное давление в конце  видимого сгорания карбюраторного двигателя  и положение точки  z_g определяем из выражения

                                              

                                                  (67)

 

 

Вместе тем, положение точки z_g должно быть смещено по оси абсцисс (вправо) от ВМТ на (10…15)⁰ п.к.в.

Положение точки в^/ определяет угол предварительного открытия выпускного клапана до НМТ.

Точку в^// откладывают на половину расстояния между точками а и в.

Закроется выпускной клапан в точке а^/ с некоторым запаздыванием после ВМТ. Впускной клапан открывается до прихода поршня к ВМТ в точке r^/, а закрывается после прохода поршнем НМТ, в точке а^//.

Определение местоположения указанных точек относительно ВМТ производится по формуле

                                    

,                             (68)

где φ – углы поворота коленчатого вала относительно ВМТ, соответствующие открытию и закрытию клапанов  и моменту подачи искры или впрыска топлива;

         λ – отношение радиуса кривошипа коленчатого вала R к длине шатуна L_ш. λ=R/L_ш= 0,24…0,3.

Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов подбираются  экспериментально, поэтому при расчете индикаторной диаграммы фазы газораспределения необходимо брать по прототипу.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Результаты расчетов местоположения точек фаз газораспределения

 

Обозначение точек	Положение точек	φ0		Расстояние точек от ВМТ (АХ), мм
r/	250 до ВМТ	25	0,122	7
а/	250 после ВМТ	25	0,122	7
а//	600 после НМТ	120	1,601	83
с/	200 до ВМТ	20	0,076	4
в/	600 до НМТ	120	1,601	83

 

  Соединяя плавными кривыми  точки r^/, r, а^/, а, а^//, с^/, с^//, z_g, в^/, в^//, получаем скругленную индикаторную диаграмму.

 

7. Расчет и построение внешней  скоростной характеристики

 

Построение внешних скоростных характеристик вновь проектируемых  двигателей иногда используют результаты теплового расчета, проведенного для  нескольких режимов работы двигателя  с полной нагрузкой.

С достаточной степенью точности внешнюю  скоростную характеристику можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя - режима максимальной мощности, и с использованием эмпирических зависимостей.

Построение кривых скоростной характеристики для дизелей ведется в интервале  от n_min  до n_N.

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями  качественного проектирования рабочего процесса, термическим напряжением деталей, допустимой величиной инерционных нагрузок и т.д.; минимальная- определяется условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.