Расчет рабочего цикла двигателя

Расчет рабочего цикла

Судовых ДВС

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению контрольной работы

По дисциплине

«Судовые двигатели внутреннего сгорания

и их эксплуатация»

Для студентов специальности7.100302

«Эксплуатация судовых энергетических установок»

Дневной и заочной форм обучения

расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru

Севастополь

УДК

Расчет рабочего цикла судовых ДВС. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» для студентов специальности 7.100302 «Эксплуатация судовых энергетических установок» дневной и заочной форм обучения/ Сост. Г.В. Гоголев, П.П. Борисенко, В.А. Очеретяный–Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2009. – 16 с.

Цель методических указаний: оказать помощь студентам при расчете рабочего цикла СДВС и построении теоретической и индикаторной диаграммы.

Методические указания утверждены на заседании кафедры ЭМСС, протокол № 7 от 17.02.2009 г.

Рецензент: С.Н. Ефремов, канд. техн. наук, доцент кафедры ЭМСС.

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

Содержание

Введение …………………………………………………..
1. Расчет рабочего цикла двигателя …………………..
2. Расчет энергетического баланса газотурбинного наддува комбинированного дизеля ………………...  
3. Расчет эффективных показателей комбинированного двигателя ……………………………………….  
4. Расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы ……………………………………………  
Библиографический список ……………………………...

Введение

Расчет рабочего цикла базируется на классическом методе теплового расчета, разработанного профессором В.И. Гринивецким и развитым в последующем советскими учеными Мазингом Е.К., Брилингом Н.Р., Орлиным А.С. и Стечкиным Б.С.

Метод теплового расчета основан на общеизвестных положениях термодинамики и термохимии, достаточно полно охватывает сущность тепловых явлений, происходящих в рабочем цилиндре, и представляет собой инженерное аналитическое исследование. На его основе можно:

- количественно оценить эти явления как при проектировании, так и при исследовании построенного двигателя;

- дать представление об основных параметрах цикла и факторах, влияющих на процессы рабочего цикла;

- определить расчетные значения параметров состояния рабочего тела в характерных точках расчетного цикла, а также эффективные показатели, характеризующие работу двигателя в целом.

Метод обеспечивает удовлетворительную для практики точность расчетов, несмотря на то, что протекающий в двигателе цикл описывается простейшими термодинамическими процессами и вводится ряд опытных коэффициентов, оценивающих реальные условия протекания рабочих процессов в двигателе.

РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ

Расчет осуществляется в табличной форме. Рекомендации по выбору исходных данных и различных коэффициентов даны в таблице 1.1, а также могут быть взяты из литературы [1, 2].

При расчете максимальной температуры сгорания Тz (пункт 12 таблицы 1.4) следует подставить в уравнение сгорания топлива зависимости для расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru и решить его методом последовательных приближений, задаваясь температурой Тz в диапазонах: 1700…1900 К для МОД;

1800…2000 К для СОД и ВОД.

Средний показатель политропы расширения n2 определяется при совместном решении уравнений в пунктах 5 и 6 таблицы 1.5 методом последовательных приближений, задаваясь значениями температуры Тв=900…1200 К. Средние значения показателя политропы лежат в диапазоне: n2 =1,2…1,3 для МОД и СОД с охлаждаемыми поршнями; n2 =1,1…1,25 для ВОД с неохлаждаемыми поршнями.

Таблица 1.1 – Исходные данные

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20
1. Эффективная мощность Ne кВт Задано
2. Частота вращения n 1/мин  
3. Давление окружающей среды Р0 МПа   0,103 0,103
4. Температура окружающей среды Т0 К  
5. Давление наддува рк МПа рк=(0,15…0,20)ре (4-х тактн.) рк=(0,18…0,20)ре (2-х тактн.) 0,315 0,17
6. Коэффициент избытка воздуха для сгорания α   Выбрано α=1,5…2,7 (для МОД α=1,8…2,7; для СОД α=1,6…2,2) 2,7 1,9
7. Коэффициент продувки φα   для 4-х тактных φα=1,05…1,35 для 2-х тактных φα=1,25…1,80 1,4 1,15
8. Коэффициент остаточных газов γr   для 4-х тактных γr=0,01…0,04 для 2-х тактных с прямоточной схемой газообмена γr=0,02…0,09 для 2-х тактных с контурными схемами газообмена γr=0,01…0,14 0,03 0,04
9. Коэффициент использования тепла в точке z ξz   МОД и СОД ξz=0,75…0,92 ВОД ξz=0,7…0,85 0,90 0,75
10. Коэффициент использования тепла в точке b ξb   МОД и СОД ξb=0,85…0,99 ВОД ξb=0,85…0,95 0,98 0,9
11. Степень сжатия ε   для МОД ε=11…15 для СОД ε=12…16 для ВОД ε=15…18
12. Степень повышения давления сгорания λ   λ=1,1…1,5 1,12 1,5
13. Подогрев заряда от стенок цилиндра ΔТа К для 2-х тактных ΔТа=5…10 К для 4-х тактных ΔТа=5…20 К
14. Доля хода поршня, потерянная на продувку ψа   ψ=0,04…0,25 для прямоточно-клапанной схемы газообмена ψ=0,04…0,13 для контурных схем 0,10 -

Продолжение таблицы 1.1.

15. Плотность топлива при 15 °С r15 кг/м3 Выбираем из таблицы показатели принятого топлива [4]    
16. Коэффициент скругления индика-торной диаграммы ζ   ζ=0,95…0,98   0,95     0,96
17. Механический КПД двигателя ηм   ηм= 0,75…0,96 0,94   0,84  
18. Адиабатный КПД компрессора ηк.ад   принимаем ηк.ад= 0,75…0,84 0,82   0,75  
19. Потеря давления в воздухо-охладителе Δрохл МПа для 2-х тактных 0,003…0,007 для 4-х тактных 0,001…0,003 0,005 0,004
20. Снижение температуры в воздухоохладителе ΔТохл К д.б. ТS£310 К принимаем ΔТохл = 25…140
21. Температура остаточных газов Тr К Для МОД Тr=550…650 К Для СОД Тr=650…800 К Для ВОД Тr=750…900 К
22. Массовый состав топлива   кг/кг принимаем в пределах C=0,84…0,88; H=0,11…0,14; S=0,001…0,045; О=0,001…0,03 расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru =0…0,002 C=0,877 H=0,12 S=0,002 О=0,001 C=0,87 H=0,126 О=0,004
23. Низшая теплотворная способность топлива Qн кДж/кг расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru
24. Показатель политропы сжатия в компрессоре nк   nк=1,5…2,0 1,7 1,6
               

Таблица 1.2. – Расчет процесса наполнения

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20
1. Температура воздуха за компрессором Тк К расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru
2. Температура воздуха перед двигателем Тs К Тк - ∆Тохл
             

Продолжение таблицы 1.2.

3. Температура заряда к концу наполнения Та К расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru
4. Давление воздуха перед двигателем рs МПа рк - ∆рохл 0,31 0,165
5.Давление заряда к концу процесса наполнения ра МПа (0,97…0,98)·рs 0,296 0,160
6. Коэффициент наполнения ηн   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru (ДН) расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru (ЧН) 0,844 0,892

Таблица 1.3 - Расчет процесса сжатия

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20
1. Средняя мольная изохорная теплоемкость воздуха расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru кДж/ (моль∙К) 19,26+0,0025Т    
2. Средняя мольная изохорная теплоемкость чистых продуктов сгорания расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru кДж/ (моль∙К) 20,47+0,0036Т    
3. Теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов на ходе сжатия расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru кДж/ (моль∙К) расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru = =avc+bcT 19,251+ 0,0025·Т 19,262+ 0,002534·Т
4. Средний показатель политропы сжатия n1   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,368 1,369
5. Давление в конце сжатия рс МПа расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 12,04 5,95
6. Температура в конце сжатия Тс К расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru

Таблица 1.4 –Расчет процесса сгорания

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20
1. Теоретически необходимое мольное количество воздуха для cго-рания 1 кг топлива L0   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru    
2. Действительное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива L кмоль/ кг a·L0 1,312 0,941
3. Химический коэффициент молекулярного изменения β0   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,0234 1,0337
4. Действительный коэффициент молекулярного изменения β   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,0221 1,033
5. Доля топлива, сгоревшая в точке z xz   ξzb 0,918 0,843
6. Коэффициент молекулярного изменения в точке z βz   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,0211 1,0274
7. Приращение объема продуктов сгорания ∆М   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru    
8. Коэффициент m   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru    
9. Изобарная теплоемкость расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru    
10. Средняя мольная изохорная теплоемкость рабочего тела в точке z расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru кДж/ (кмоль∙К) расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 19,76+ 0,0029·Т 19,82+ 0,00293∙Т
11. Средняя мольная изохорная теплоемкость рабочего тела в точке b расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru кДж/ (кмоль∙К) расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 19,87+ 0,003·Т 19,94+ 0,00323∙Т
               

Продолжение таблицы 1.4.

12. Максимальная температура сгорания Tz К расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru
13. Максимальное давление сгорания pz МПа расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 13,52 8,92
               

Таблица 1.5– Расчет процесса расширения

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20
1. Степень предварительного расширения ρ   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,63 1,36
2. Степень последующего расширения δ   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 9,16 10,3
3. Коэффициент А   А= расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru    
4. Коэффициент В   В= расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru    
5. Средний показатель политропы расширения n2   Определяется при совместном решении уравнений пунктов 5 и 6 расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,276 1,232
6. Температура в конце процесса расширения Tb К расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru
7. Давление в конце процесса расширения pb МПа расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 0,804 0,538
             

Таблица 1.6 – Определение индикаторных показателей

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20
8. Теоретическое среднее индикаторное давление расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru МПа расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,76 1,17
9. Действительное среднее индикаторное давление расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru МПа Для 2-х тактных расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru (ДН) Для 4-х тактных расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru (ЧН) 1,53 1,12
10. Индикаторная мощность расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru Для 2-х тактных z=1 Для 4-х тактных z=0,5    
11. Индикаторный удельный расход топлива расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru кг× (кВт∙ч) расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 0,162 0,192
12. Индикаторный КПД расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 0,507 0,444
             

Таблица 1.7 – Определение эффективных показателей

Параметр Обозначение Размер-ность Формула Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6) 12ЧН 18/20
1. Среднее эффективное давление расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru МПа расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 1,44 0,96
2. Удельный эффективный расход топлива расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru кг/ (кВт∙ч) расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 0,173 0,230
3. Эффективный КПД двигателя расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru   расчет рабочего цикла двигателя - student2.ru 0,477 0,381
                 

Наши рекомендации