Тепловой баланс

Лабораторная работа №

Тема: Тепловой баланс двигателя

Цель работы: Определение распределения теплоты от сгорания топлива по составляющим. Знакомство с экспериментальными методами определения количества теплоты, превращенной в полезную работу, и распределение ее по потерям. Составление теплового баланса.

Оборудование: Обкаточный стенд СЭТУ-2-1000, дизельный двигатель Д-245. Шлейф оборудования для снятия показаний.

Порядок выполнения работы

1. Подготовить таблицу для заполнения результатов опыта.

2. Запустить и прогреть двигатель.

3. Установить условия проведения опыта.

4. Снять показания и записать в таблицу.

5. Рассчитать недостающие показатели.

6. Построить графики.

7. Сделать анализ по результатам опыта.

Условия испытаний

1. Положение дроссельной заслонки — переменное

2. Частота вращения коленчатого вала — переменная.

3. Нагрузка на тормозе — переменная.

4. Угол опережения зажигания и регулировка карбюратора - оптимальный

Ход работы.

Замеряются температура охлаждающей жидкости на входе и на выходе , температура газа на выходе из двигателя , температура воздуха на входе в двигатель . Расход охлаждающей жидкости определяется ротаметром, расход воздуха – с помощью мерной шайбы или по расходу топлива и коэффициенту избытка воздуха. Расход топлива определяется весовым способом. Замеры делаются на разных частотах вращения вала и нагрузках. Теплоемкости охлаждающей жидкости, воздуха определяются по таблицам.

По замеренным параметрам рассчитываются потери с охлаждающей жидкостью, уходящими газами, общий расход теплоты и составляется тепловой баланс.

Формулы для расчета.

Приложение I.

Описание характеристики.

Тепловой баланс двигателя представляет собой определенное опытным путем распределение теплоты, вводимой в двигатель с топливом, на полезно используемую теплоту и отдельные виды потерь:

,

где – количество теплоты, вводимой в двигатель с топливом за определенный отрезок времени, например, за 1 ч: (G_т – расход топлива, кг/час; Н_u – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг);  – количество теплоты, превращенной в полезную работу; ( – эффективный КПД двигателя); – количество теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости; , здесь , – удельная теплоемкость и расход охлаждающей жидкости; и – температура охлаждающей жидкости соответственно на выходе и входе системы; – количество теплоты, передаваемой смазочному маслу (этот член теплового баланса выделяется обычно при наличии на двигателе автономного теплообменника для охлаждения смазочного масла и определяется аналогично . В большинстве случаев включается в остаточный член теплового баланса); – потеря теплоты с отработанными газами; , М₁ и М₂ – количество уходящих и входящих газов в цилиндр двигателя в кмолях на 1 кг сгоревшего топлива, и – мольные теплоемкости при постоянном давлении соответственно продуктов сгорания и свежего заряда, Дж (кмоль^.°С); t_г – температура отработавших газов за выпускным патрубком, °С; t_k – температура свежего заряда на впуске в цилиндр двигателя, °С. – теплота, не выделившаяся в двигателе вследствие неполноты сгорания. Для ее определения необходимо знать состав продуктов сгорания и теплоту сгорания каждого из продуктов неполного окисления топлива. При >1 этот член не определяется и соответствующая ему часть теплоты включается в ; при <1 можно вычислить количество теплоты, которое теоретически не может выделиться из-за недостатка воздуха по выражению , . При этом теплота, соответствующая разнице между и , также включается в . В кроме , или входит теплота, рассеиваемая в окружающую среду внешними поверхностями двигателя и его агрегатов, а также теплота, соответствующая кинетической энергии ОГ. На величину естественно влияет погрешность определения составляющих теплового баланса. Теплоту , и используют при расчете систем охлаждения, смазки и наддува. По величине можно судить о степени неполноты сгорания и наметить пути повышения теплоиспользования, по величине же – лишь ориентировочно о резервах повышения теплоиспользования путем более рационального охлаждения деталей. Последнее связано с тем, что в входит не только теплота, передаваемая от газов в цилиндре (уменьшением которой можно повысить ), но и теплота, передаваемая от газов охлаждающей жидкости в выпускном канале (а в случае охлаждаемого выпускного трубопровода – и в трубопроводе), а также значительная часть теплоты, соответствующей механическим потерям (остальная часть последней передается через масло и рассеивается наружными поверхностями двигателя). На величину влияет не только общее количество теплоты, переданной от РТ охлаждающей жидкости, но и зависимость этих потерь от положения поршня. Поэтому для анализа влияния на тепловых потерь привлекается внутренний тепловой баланс, дающий представление о динамике этих потерь и преобразования теплоты в работу.

Тепловой баланс можно определить в процентах от всего количества введенной теплоты. Тогда

,

где ;

;

и т. д.

Для примера приведен график (рис.9.1) по распределению составляющих теплового баланса. На режиме полной нагрузки наиболее весомыми членами теплового баланса являются потери с ОГ и полезно используемая теплота (здесь q_нс. включено в q_ост). Доля теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости, меньше. Это связано частично с тем, что объектом рассмотрения является дизель с наддувом. Потеря q_охл уменьшается с ростом нагрузки и частоты вращения. Последнее связано с преобладающим влиянием уменьшения времени теплообмена. Доля потерь с ОГ мало зависит от нагрузки и, как правило, увеличивается с ростом п. На характер q_or=f(n), естественно, влияет уменьшение времени охлаждения продуктов сгорания с ростом n. Характер изменения q_м с режимом работы можно объяснить изменением доли индикаторной работы, затрачиваемой на механические потери. Теплота Q_ост мало зависит от режима работы, поэтому возрастает при уменьшении частоты вращения и особенно нагрузки двигателя.

Рисунок 9.1. Тепловой баланс автотракторного дизеля с газотурбинным наддувом: а – в функции мощности при n=const; б – в функции частоты вращения при расположении рейки топливного насоса на упоре