- •Е.Г. Жулина, а.Г. Китов, ф.Е. Кальницкий
- •Вариант №30
- •1. Основные допущения
- •2. Содержание контрольной работы и пояснительной записки
- •3.2. Краткое описание идеализированного цикла теплового двигателя
- •3.2.1. Термодинамический процесс политропного сжатия рабочего тела. Уравнения обмена механической и тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой. Энтропия рабочего тела
- •3.2.1.1. Уравнение термодинамического политропного процесса сжатия [1]
- •3.2.1.2. Энергия в механической форме, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда (в нашем случае это работа изменения объёма), описывается интегральным соотношением [1]
- •3.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.4. Термодинамический процесс политропного расширения рабочего тела
- •3.2.5. Термодинамический изохорный процесс отвода тепловой энергии
- •4. Определение параметров двигателя
- •4.1. Результирующая работа цикла
- •4.2. Суммарная тепловая энергия цикла
- •4.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •4.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •4.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •4.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
- •5. Индикаторная диаграмма цикла
- •6. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •Пример расчёта
- •7. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
- •7.1. Исходные данные:
- •7.2. Определение количества рабочего тела, участвующего в осуществлении цикла
- •7.3. Определение значений параметров состояния рабочего тела в характерных точках цикла:
- •7.3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
- •7.3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
- •7.4. Проверка правильности вычислений параметров состояния рабочего тала в характерных точках цикла
- •7.5. Результирующая работа цикла, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •7.5.2. Среднее индикаторное давление рабочего тела в цикле
- •7.5.3. Индикаторная мощность двигателя
- •7.6. Расчёт тепловой энергии, которой рабочее тело обменивается с окружающей средой
- •7.6.1. Мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного сжатия a-c
- •7.6.2. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
- •7.6.3. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
- •7.6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
- •7.6.5 Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
- •7.6.6 Результирующие параметры обмена тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в цикле
- •7.7. Расчёт параметров двигателя
- •7.7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •7.7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •7.7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.
- •7.8. Построение индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.1. Назначение и значимость индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.2. Последовательность построения индикаторной диаграммы цикла и результаты расчётов параметров для построения диаграммы
- •7.9. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •7.9. Выводы
- •Мощность двигателя в кВт,
- •Частота вращения коленвала в об/мин
- •Приложение
- •2. Обозначения и единицы измерения физических величин, используемых в контрольной работе
- •Литература
7.9. Внешняя скоростная характеристика двигателя
В этом разделе предстоит рассчитать и построить графические зависимости эффективной мощности двигателя, вращающего момента на выходном валу, расхода топлива и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя при его работе с наибольшей цикловой подачей топлива. Такая характеристика двигателя называется внешней скоростной.
На основании большого количества экспериментальных исследований поршневых двигателей внутреннего сгорания были получены эмпирические зависимости, описывающие внешнюю скоростную характеристику двигателя [4]. По этим данным мощность двигателя представляет собой кубическую параболу, а расход топлива примерно пропорционален частоте вращения коленвала двигателя.
Такой вид зависимости мощности двигателя от частоты вращения его коленвала объясняется рядом факторов. Наибольшее влияние на форму кривой мощности оказывают коэффициент наполнения цилиндров двигателя рабочим телом и изменение параметров сгорания топлива. Эти факторы существенно изменяются по мере уменьшения времени протекания цикла (при увеличении частоты вращения коленвала двигателя).
Мощность двигателя может быть описана зависимостью
Pe = Pemax*(a*No + b*No2 – c*No3),
в которой
Pemax - максимальная мощность двигателя, значение которой уже получено в примере расчёта;
Pe - мощность двигателя при текущем значении частоты вращения коленвала;
No = Nт/N – относительная частота вращения коленвала, представляющая собой отношение текущей частоты к частоте вращения коленвала при максимальной мощности;
Nт – текущая частота вращения коленвала двигателя;
N – частота вращения коленвала двигателя, заданная в исходных данных курсового проекта, На этой частоте вращения мощность двигателя максимальная.
a, b и c – эмпирические коэффициенты.
Для дизельных двигателей в [4] рекомендуется выбирать значение коэффициента а = 0,5 – 0,7. Коэффициенты b и c следует получать решением системы уравнений
a + b – c = 1 (для обеспечения Pe = Pemax при No = 1);
a + 2*b – 3*c = 0 (т.к. при No = 1 мощность двигателя принимает максимальное значение).
Принимая а = 0.6, получим b = 1.8 и с = 1.4.
При построении внешней скоростной характеристики двигателя, его максимальную мощность следует определять по приведенной зависимости, расход топлива принимать прямо пропорциональным частоте вращения коленвала, а удельный расход топлива рассчитывать по зависимости 4.12.
Вращающий момент двигателя рассчитывается по формуле
Te = Pe/ω,
где ω = 2*π*Nт/60 – текущая угловая скорость вращения коленвала двигателя
Результаты расчётов параметров двигателя, необходимых для построения его внешней скоростной характеристики приведены в таблице.
Внешняя скоростная характеристика двигателя
Максимальная мощность двигателя – Pemax = 92.2кВт
N, об/мин Pe, кВт Te, Нм Gtd, кг/час ge, г/кВт/час
400 16.7 397.9 3.98 239
500 22.2 423.7 4.98 224
600 28.0 446.3 5.97 213
700 34.2 465.9 6.97 204
800 40.4 482.4 7.86 197
900 46.7 495.9 8.96 192
1000 53.0 506.2 9.95 188
1100 59.1 513.5 10.95 185
1200 65.1 517.7 11.94 184
1300 70.6 518.8 12.94 183
1400 75.8 516.8 13.93 184
1500 80.4 511.7 14.93 186
1600 84.4 503.6 15.92 189
1700 87.6 492.3 16.92 193
1800 90.1 478.0 17.91 199
1900 91.7 460.6 18.91 206
2000 92.2 440.2 19.90 216
2100 91.6 416.6 20.90 228
2200 89.8 390.0 21.89 244
2300 86.8 360.3 22.89 264
2400 82.3 327.5 23.88 290
Внешняя скоростная характеристика двигателя приведена на рис.2 приложения.