Курсовая

Курсовая на тему Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2014-07-24

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 23.11.2024


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА.
КАФЕДРА АД и С
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
"Тепловой расчет ДВС"
по дисциплине "Автомобильные двигатели"
Выполнил: студент гр. 1371 Золев А.В.
Руководитель: Сосницкий А.Б.
Казань 2007
Содержание
  Исходные данные. 3
1. Тепловой расчет двигателя. 4
2. Основные параметры двигателя. 15
3. Построение индикаторных диаграмм. 17
Список используемой литературы.. 21

Исходные данные

1.       Мощность двигателя,  Ne = 87 кВт;
2.       Частота вращения коленчатого вала, nN = 6000 об/мин;
3.       Тактность двигателя, τ = 4;
4.       Количество цилиндров, i = 4;
5.   Степень сжатия, ε = 10,3;
6.       Тип охлаждения – жидкостное.
 
Режимы для проведения теплового расчета:
а) режим минимальной частоты вращения nmin = 1000об./мин.
б) режим максимального крутящего момента nM =0,53nN = 3200 об./мин.
в) режим максимальной (номинальной) мощности nN = 6000об./мин.
г) режим максимальной скорости движения автомобиля
   nmax = 1.05nN = 6300 об./мин.
Подбор аналогов
Величина
Проектируемый
двигатель
Ne, кВт
86/4/6000
Ме, Н*м
136,2/6000
ε
10,3
Vл, л
1,9
D/S
88/78
Nл = Nе/Vл
45,1
 

1. Тепловой расчет двигателя

Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина
С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115 кг/кмоль.
Определим низшую теплоту сгорания топлива
Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.
Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива      
кмоль возд/кг топл.
кмоль
возд./кг топл.
Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основных режимах
(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения α = 0,86.
Количество горючей смеси.
 кмоль гор.см./кг. топл.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5

кмольСО2/кгтопл.
 кмольСО/кгтопл.
кмольН2О/кгтопл.
 
кмольН2/кгтопл.
 кмольN2/кгтопл.
Общее количество продуктов сгорания:
  М2 = МСО2 + МСО + МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79αL0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.
Результаты занесем в таблицу
параметры
Рабочее тело; карбюраторный двигатель                
n, мин-1
    1000
   3200
   6000
    6300
        α
    0,86
   0,96
   0,96
    0,96
М1 кмоль. гор.см./кг.топл.
    0,4525
   0,5041
   0,5041
    0,5041
МСО2 кмоль СО2/кг.топл.
    0,0512
   0,0655
   0,0655
    0,0655
МСО кмоль СО/кг.топл.
    0,0200
   0,0057
   0,0057
    0,0057
МН2О кмоль Н2О/кг.топл.
    0,0625
   0,0696
   0,0696
    0,0696
МН2 кмоль Н2/кг.топл.
    0,0100
   0,0029
   0,0029
    0,0029
МN2 кмоль N2/кг.топл.
    0,3515
   0,3923
   0,3923
    0,3923
М2 кмоль пр.сг/кг.топл.
    0,4952
   0,5361
   0,5361
    0,5361
Параметры окружающей среды и остаточные газы.
Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува
Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К
Температура остаточных газов.
(рис. 5.1 литература 1 принимаем).
При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К
Давление остаточных газов.
Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:
PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.
Процесс пуска.
Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ ТN = 8єС.    
                                                                                                          (1)
Плотность заряда на выпуске.
Ρr = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) = 1,189 кг / м3,
где RB – 287 Дж / (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха.
                                                                                                               (1)
 
    Потери давления на впуске.
    При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β2 + ξВП = 2,8 и
 ωВП = 95 м/с.
     β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.
    ξВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.
     ωВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.
                                                                                                                 (1)
Тогда ΔРа на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:
ΔРа = (β2 + ξвп) А2nn2ρо10-6/2, где Аn = ωвп / nN             
 Аn = 95 / 6000 = 0,0158
ΔРа = 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 = 0,0150
Давление в конце пуска.
В карбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.
Ра = Ро – ΔРа = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.
Коэффициент остаточных газов.
При nN = 6000 мин-1.

φоч = 1 – коэффициент очистки.
φдоз = 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.
Температура в конце впуска.
Та = (То + ΔТ + γr * Tr) / (1 + γr) = (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329  
Коэффициент наполнения.

Результаты вычислений занесем в таблицу.
 параметры
                 Процесс впуска и газообмена
   n, мин-1
    1000
    3200
    6000
    6300
      α 
    0,86
    0,96
    0,96
    0,96
  Тr , K
    900
    1010
    1070
    1080
  Pr , Mpa
    0,1039
    0,1076
    0,118
    0,1195
  ΔT , єC
    22,29
    16
    8
    7,14
  ΔPa , Mpa
    0,0004
    0,0043
    0,0150
    0,0166
   Pa , Mpa
    0,0996
    0,0957
    0,085
    0,0834
   φ , доз
    0,95
    1,025
    1,12
    1,13
       γ
    0,0418
    0,0365
    0,0385
    0,0390
    Та , К
    339
    334
    329
    329
     ηv
    0,8699
    0,9207
    0,9255
    0,8939
Процесс сжатия.
При ε = 10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.               
                                                                                                                   (1)
Давление в колнце сжатия.
При nN = 6000 мин-1
Рс = Раεn = 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.
Температура в конце сжатия.
Тс = Таεn-1 = 329*10,31,376-1 = 792 К.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.
а) свежей смеси (воздуха)
20,6 + 2,638 * 10-3 * tc , где tc = Тс - 273 єС
20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).
б) остаточных газов
определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1 , α = 0,96 и tc = 519 єС.    
 (m ) = 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).
(m ) = 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).
(m ) = 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).
в) рабочей смеси
 кДж/(кмоль град).
 (m ) =  кДж/(кмоль град).
Результаты вычислений заносим в таблицу.
  параметры
                                Процесс сжатия
    n, мин-1
       1000
       3200
       6000
      6300
    к1
       1,3751
       1,3757
       1,3765
      1,3766
    n 1
       1,370
       1,373
       1,376
      1,376
    Рс , МПа
       2,4309
       2,3532
       2,1036
      2,0655
    Тс , єК
       803
       796
       792
      792
    tc , єС
       530
       523
       519
      519
   (m. cv)to
       21,998
       21,980
       21,969
      21,968
 (m )to
       24,169
       24,141
       24,122
      24,121
    (m )to
       22,085
       22,056
       22,049
      22,049
Процесс сгорания.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
     
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
     
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:
ΔНu = 119950*(1-α)*L0 кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.
Теплота сгорания рабочей смеси:
Нраб.см. =  кДж/кмоль раб.см.
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:
(m )
кДж/кмоль град.
Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.
(m ) *[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz] кДж/кмоль град.
Коэффициент использования теплоты ξz принимаем = 0,88:
                                                                                                                    (1)
Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин
ξz Нраб.см + (m ) tc = μ(m ) tz :
  0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,
  0,002204 +26,165 tz – 81132 = 0, откуда
 tz =
   = 2552 єС;
Tz = tz + 273 = 2825 К;
 Максимальное давление сгорания теоретическое:
   pz = pc*μ* Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.
Максимальное давление сгорания действительное:
   Pzд  = 0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.
Степень повышения давления:
   λ =  pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.
  параметры
                            Процесс сгорания
     n, мин-1
      1000
      3200
      6000
      6300
        μ0
     1,0945
     1,0635
      1,0635
     1,0635
        μ
     1,0907
     1,0613
      1,0612
     1,0611
ΔН , кДж/кг
     8665
     2476
      2476
     2476
Нраб.см.кДж/кмоль
     74813
     79348
      79193
     79155
    (m )
     24,2982+
    0,002034tz
     24,6566+
    0,002077tz
      24,6566+
    0,002077tz
     24,6566+
    0,002077tz
         ξz
     0,83
     0,92
       0,88
     0,86
         tz , єС
     2330
     2643
       2552
     2509
         Tz , єК
     2603
     2916
       2825
     2782
         Pz , МПа
     8,5967
     9,1438
       7,9635
     7,7011
         Pzд  , МПа
     7,3072
     7,7722
       6,7689
     6,5459
           λ
     3,5364
     3,8857
       3,7856
     3,7285
Процессы расширения и выпуска
Средний показатель адиабаты расширения К2 определяется по номограмме рис. 4.8 при заданном ε для соответствующих значений α и Tz, а средний показатель политропы расширения n2, оценивается по величине среднего показателя адиабаты:
 ε  = 10,3; α = 0,96; Tz = 2825 К; К2 = 1,2528; n2 = 1,252.
  Давление и температура в конце процесса расширения:
    Рв = Pz/ εn2    и     Тв = Tz/ εn2-1:
    Рв = 7,9635/10,31,252 = 0,4296 МПа,  Тв = 2825/10,31,252-1 = 1570 К;
  Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
             К;
             Δ Тr = ,
      Где Δ Тr – погрешность расчета -  4,6 % допустимая погрешность.
   параметры
                      Процесс расширения и выпуска.
      n, мин-1
       1000
      3200
        6000
       6300
      К2
       1,2588
      1,2519
        1,2529
       1,2531
      n2
       1,258
      1,251
        1,252
       1,253
      Рв , МПа
       0,4573
      0,4944
        0,4296
       0,4144
      Тв , К
       1426
      1624
        1570
       1542
      Тr , K
       871
      977
        1021
       1019
      Δ Тr , %
       3,25
      3,24
        4,60
       5,64
Индикаторные параметры рабочего цикла.
  Теоретическое среднее индикаторное давление:
  МПа.
   МПа.
   Среднее индикаторное давление:
     pi = φu* Рj , = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа.
  Где φu = 0,96 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
  Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:
         
           г/кВт. Ч
  Эффективные показатели двигателя.
   Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1.
   Pм = 0,034 + 0,0113* Vп.ср МПа.
Для нашего карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значение средней скорости поршня:
     м/с.
 Тогда:   Pм = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа.
Среднее эффективное давление и механический КПД:
    Ре = Рj - Рм = 1,1124 – 0,2103 = 0,9021 МПа.
    ηм = .
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
   ηе = ηj * ηм = 0,3388 * 0,811 = 0,2748
   gе =  г/кВт.ч.
параметры
       Индикаторные и эффективные параметры двигателя.
    n, мин-1
       1000
       3200
        6000
        6300
    Рj , , МПа
      1,2115
     1,3415
      1,1588
       1,1138
    Рj , МПа
      1,1630
     1,2879
      1,1124
       1,0693
    ηj
      0,3292
     0,3845
      0,3388
       0,3288
    gj , г/кВт.ч
      249
     213
      242
       249
    Vп.ср , м/с
      2,6
     8,32
      15,6
       16,38
    Рм , МПа
      0,0634
     0,1280
      0,2103
       0,2191
    Ре , МПа
      1,0997
     1,1599
      0,9021
       0,8502
    ηм
      0,9455
     0,9006
      0,811
       0,7951
    ηе
      0,3113
     0,3463
      0,2748
       0,2614
    gе , г/кВт.ч
      263
     237
      298
       313
 

2. Основные параметры двигателя

 Литраж двигателя:
      дм3.
Рабочий объем одного цилиндра:
      дм3.
Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S = 78 мм, то:
               мм.
Окончательно принимается D = 88 мм, S = 78 мм.
Площадь поршня:
         дм.
Литраж двигателя:
          дм3..
Мощность двигателя:
          Nе = кВт.
Литровая мощность двигателя:
          Nл =  кВт/л.
Крутящий момент:
          Ме =  Н*М.
Часовой расход топлива:
          GT = Nе * gе * 10-3 = 86 * 298* 10-3 = 25,5 кг/ч.
параметры
           Основные параметры и показатели двигателя.  
    n, мин-1
       1000
       3200
        6000
        6300
    Fп , дм2
                                                               0,61
                                                               1,9
                                                               45,1
    Vл , л
    Nл , кВт/л
    Nе , кВт
      17,38
       58,66
        86
       84,66
    Ме , Н*М
      166,06
       175,15
        136,23
       128,39
    GT , кг/ч
      4,57
       13,88
        25,51
       26,53

3. Построение индикаторных диаграмм

Определяем объем камеры сгорания:
          Vc = дм3.
Находим полный объем цилиндра:
           Vа = Vc +  Vh = 0,05 + 0,4822 = 0,534
Рассчитанные точки:
  ВМТ: Pr = 0,118 Mpa; Рс = 2,1036 МПа; Pz = 7,9635 МПа.
  НМТ: Ра = 0,085 Mpa; Рв = 0,4296 МПа.
Задаваясь различными углами φ поворота коленчатого вала, определяем положение поршня по формуле:
   х =
Задаем λ = 0,285
Затем при этих углах φ находим текущий объем над поршневого пространства:
     Vх = Vc + хFп.
Определяем давление на линии сжатия и расширения при выбранных углах поворота коленчатого вала:
     ;
     ;
Результаты расчета приведены в таблице № 1.
                                                                                                    Таблица № 1.
       №
φє
х, дм.
  Vх , дм3
      

1
0
0
0,05185
0,118/0,085
0,1015
2
10
0,0076
0,056486468
0,085
0,093
3
20
0,03002
0,07016276
0,085
0,085
4
30
0,06614
0,092197744
0,085
0,085
5
40
0,1142
0,121515
0,085
0,085
6
50
0,17192
0,156724604
0,085
0,085
7
60
0,23668
0,196225563
0,085
0,085
8
70
0,30568
0,238318523
0,085
0,085
9
80
0,37617
0,281317616
0,085
0,085
10
90
0,44557
0,32365075
0,085
0,085
11
100
0,51162
0,363939419
0,085
0,085
12
110
0,57246
0,401051708
0,085
0,085
13
120
0,62668
0,434125563
0,085
0,085
14
130
0,67329
0,462562949
0,085
0,085
15
140
0,71171
0,485998946
0,085
0,085
16
150
0,74164
0,504252631
0,085
0,085
17
160
0,76289
0,517268509
0,085
0,085
18
170
0,77575
0,525057997
0,085
0,085
19
180
0,78
0,52765
0,085/0,4296
0,085
20
190
0,77575
0,525057997
0,087011
0,087011
21
200
0,76298
0,517268509
0,08882
0,08882
22
210
0,74164
0,504252631
0,091989
0,091989
23
220
0,71171
0,485998946
0,096777
0,096777
24
230
0,67329
0,462562949
0,103587
0,103587
25
240
0,62668
0,434125563
0,113038
0,113038
26
250
0,57246
0,401051708
0,12606
0,12606
27
260
0,51162
0,363939419
0,144081
0,144081
28
270
0,44557
0,32365075
0,169323
0,169323
29
280
0,37617
0,281317616
0,205346
0,205346
30
290
0,30568
0,238318523
0,257996
0,257996
31
300
0,23668
0,196225563
0,337093
0,337093
32
310
0,17192
0,156724604
0,459275
0,459275
33
320
0,1142
0,121515
0,651825
0,651825
34
330
0,06614
0,092197744
0,953074
0,953074
35
340
0,03002
0,07016276
1,387839
1,387839
36
350
0,0076
0,056486468
1,870278
1,965
37
360
0
0,05185
2,1042/7,964
2,5243
38
370
0,0076
0,056486468
7,154373
6,769
39
380
0,03002
0,07016276
5,453565
5,453565
40
390
0,06614
0,092197744
3,874148
3,874148
41
400
0,1142
0,121515
2,741886
2,741886
42
410
0,17192
0,156724604
1,993858
1,993858
43
420
0,23668
0,196225563
1,50479
1,50479
44
430
0,30568
0,238318523
1,179789
1,179789
45
440
0,37617
0,281317616
0,958543
0,958543
46
450
0,44557
0,32365075
0,804248
0,804248
47
460
0,51162
0,363939419
0,694381
0,694381
48
470
0,57246
0,401051708
0,614892
0,614892
49
480
0,62668
0,434125563
0,556816
0,556816
50
490
0,67329
0,462562949
0,514295
0,501
Продолжение таб. 1.
51
500
0,71171
0,485998946
0,483436
0,473
52
510
0,74164
0,504252631
0,461626
0,427
53
520
0,76298
0,517268509
0,44713
0,395
54
530
0,77575
0,525057997
0,43884
0,360
55
540
0,78
0,52765
0,436143
0,3349
56
550
0,77575
0,525057997
0,118
0,297
57
560
0,76298
0,517268509
0,118
0,252
58
570
0,74164
0,504252631
0,118
0,215
59
580
0,71171
0,485998946
0,118
0,185
60
590
0,67329
0,462562949
0,118
0,146
61
600
0,62668
0,434125563
0,118
0,118
62
610
0,57246
0,401051708
0,118
0,118
63
620
0,51162
0,363939419
0,118
0,118
64
630
0,44557
0,32365075
0,118
0,118
65
640
0,37617
0,281317616
0,118
0,118
66
650
0,30568
0,238318523
0,118
0,118
67
660
0,23668
0,196225563
0,118
0,118
68
670
0,17192
0,156724604
0,118
0,118
69
680
0,1142
0,121515
0,118
0,118
70
690
0,06614
0,092197744
0,118
0,118
71
700
0,03002
0,07016276
0,118
0,118
72
710
0,0076
0,056486468
0,118
0,1098
73
720
0
0,05185
0,118/0,085
0,1015
Скругление индикаторной диаграммы.
Учитывая быстроходность рассчитываемого двигателя, устанавливаем следующие фазы газораспределения:
        Начало ( точка r,) - 20є до ВМТ; окончание (точка а,,) - 60є после НМТ.
        Начало ( точка b,) - 60є до НМТ; окончание (точка а,) - 20є после ВМТ.
Угол опережения зажигания принимаем 30є (точка с,), продолжительность периода задержки воспламенения – Δφ = 10є , отсюда 30 – 10 = 20є( точка f)
     Полоңение точки с,, определяем из выражения:
         РС,, = (1,15...1,25)рс = 1,2*2,1036 = 2,5243 МПа.
Действительное давление сгорания:
        Pzд  = 0,85* pz = 0,85*7,9635 = 6,769 МПа.
   Принято считать, что это давление достигает через 10є после ВМТ.
   Нарастание давления от точки с,, до точки z составит Δр/Δφ = 0,417, что означает плавную работу двигателя.
   Результаты расчета положения характерных точек приведены в таблице    № 2.
                                                                                                Таблица № 2
Обозначение
Положение
      φє
    х, дм.
  Vх , дм3
 
r
20єдо ВМТ
700
0,03002
0,064158576
0,118
r
20є после  ВМТ
20
0,03002
0,064158576
0,085
a
60є после  НМТ
240
0,62668
0,434125563
0,113038
f
30єдо ВМТ
330
0,06614
0,078968975
1,179456
c
20єдо ВМТ
340
0,03002
0,064158576
1,569637
r
ВМТ
360
0
0,05185
0,1015
c
ВМТ
360
0
0,05185
2,5243
zд
10є после  ВМТ
370
0,0076
0,054966315
6,769
b
60єдо НМТ
480
0,62668
0,434125563
0,556816
b’’
НМТ
540
0,78
0,52765
0,334927

Список используемой литературы

1. Колчин А.И., Демидов В.П. "Расчет автомобильных и тракторных двигателей" М.: Высшая школа, 2002 год.

1. Реферат на тему Правовое регулирование интеллектуальной собственности в антимоноп
2. Курсовая Социальная работа с детьми из неблагополучных семей
3. Реферат Пёстрая неясыть
4. Контрольная работа на тему Организация защиты информации и функции служб безопасности на предприятии
5. Контрольная работа Особенности государственного регулирования сферы обращения
6. Реферат на тему Influential Women Essay Research Paper Running Head
7. Реферат Гипотиреоз и его влияние на челюстно-лицевую область
8. Реферат Детский коллектив
9. Контрольная работа Фьючерсные контракты
10. Реферат на тему Антропологические версии онтологии XX в