Лабораторная работа №1 Тепловой баланс двигателя

1.Цель работы

Целью настоящей лабораторной работы является приобретение студентами практических навыков по испытанию дизелей, обработке экспериментального материала, ознакомление с устройством испытательного стенда и его элементами, а также закрепление лекционного материала по судовым двигателям внутреннего сгорания и судовым электростанциям. Работа выполняется на примере испытания дизель – генератора ТСС ЭЛАД 5000Х серии «Фаворит».

За время подготовки и проведения лабораторной работы студенты должны уяснить назначение и устройство дизель – генератора, теоретические основы методики получения его физических характеристик, последовательность работ на стенде. С этой целью необходимо освоить методику выполнения измерений и обработки опытных данных, освоить используемые измерительные средства, выбрать необходимую градуировку и построить графики теплового баланса двигателя, а также провести анализ результатов испытаний.

2.Общие сведения о тепловом балансе и теплотехнических испытаниях двигателей

Тепловой баланс двигателя представляет собой равенство между подводом теплоты в цилиндры дизеля с топливом и окислителем, и её расходом на полезные цели и на потери за один и тот же промежуток времени.

Уравнение теплового баланса дизеля составляется для установившегося режима его работы. В основу теплового баланса положен закон сохранения энергии.

Во время испытаний измеряется расход и температура охлаждающего воздуха, температура, давление и состав продуктов сгорания, мощность дизеля и расход топлива. На основании этих данных составляется уравнение баланса тепловых потоков дизеля, отнесенных ко времени 1с. Тепловые потоки можно относить к 1кг используемого топлива, к кВтч, к 1 часу работы и т.д.

Принятый метод дает возможность выразить и тепловые, и механические величины в одной размерности – кВт, а именно:

, (1) где тепловой поток, образующийся при

сгорании введенного в цилиндр топлива, кВт. Пренебрегая теплотой, связанной с температурой топлива, принимаем:

(2)

где расход топлива,кг/с;

- низшая рабочая теплота сгорания топлива,кДж/кг;

g_е - удельный расход топлива,кг/кВт.ч;

мощность двигателя,кВт:

тепловой поток выпускных газов,кВт:

Р_в.г = q_в.г , (3)

q_в.г– доля теплового потока сгорания топлива. уносимая выпускными газами:

(4)

температура выпускных газов, соответственно на выходе из двигателя и входе в него,;

Коэффициент избытка воздуха:

(5)

Содержание азота в сухих газах определяется по выражению:

(6) поток охлаждающего дизель воздуха, кВт:

, (7)

где Q_в – расход воздуха,м³/с;

с_в=1,3кДж/кг.К- удельная теплоемкость воздуха;

=1 кг/м³ -плотность воздуха;

t_2в ,t_1в –температура воздуха соответственно на выходе из двигателя и входе в него,;

тепловой поток, потерянный из-за химической неполноты сгорания топлива,кВт:

Р_х.н = q_х.н, (8)

q_х.н– доля теплового потока, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива рассчитывается по формуле:

, (9)

где g_e– удельный расход топлива,

где - содержание обозначенных газов в продуктах сгорания, %;

Тепловой поток, отданный в окружающую среду от нагретых поверхностей установки, и невязка баланса,,кВт:

=(10)

где q_{н.б –} доля теплового потока, отданная в окружающую среду от нагретых поверхностей установки, и невязки баланса.

Если все тепловые потоки в формуле (1) отнести к располагаемой теплоте , то уравнение теплового баланса можно представить в безразмерном виде:

1 = , (11)

Откуда

(12)

Составляющие теплового баланса определяются по результатам измерений, проведенных во время теплотехнических испытаний или соответствующих вычислений. Их результаты позволяют судить о техническом состоянии установки и наметить пути устранения неисправностей.