Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






КР 101200. 03. 000 ПЗ

Курсовая работа

По курсу: “Теория рабочих процессов и моделирование процессов в ДВС”

 

КР 101200.03.000 ПЗ

Выполнил студент: ______________________ С.Е. Ассоров

Группа Эм-12 Факультет “ФЭАТ ”

Руководитель __________________________ С.П. Кулманаков

 

 

2014г.

1. Влияние момента мгновенного подвода теплоты на КПД цикла Влияние момента мгновенного подвода тепла на КПД цикла оценивается согласно выражению: . где к – показатель адиабаты; – текущая степень сжатия, представляющая отношение текущего объема над поршнем Vn к полному объему цилиндра Va. При мгновенном подводе тепла в ВМТ η tвмт=1-1/ε вмт k-1, где ε вмт = Vа / Vс. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: Ход поршня S, мм………………………………………………………………88 Диаметр цилиндра D, мм………………………………………………………85 Степень сжатия ε ………………………………………………………………9, 6 Показатель адиабаты k………………………………………………………...1, 4 РЕШЕНИЕ: Vh=(π ·D2/4)·S = (3, 14·0, 85 2/4)·0, 88=0, 499 л; Va=Vh+Vc; = 9, 6=(0, 499+Vc)/ Vc; Vc=0, 499/(9, 6–1); Vc=0, 058 л; Va=0, 499+0, 058=0, 557 л;   Основные расчеты сведём в таблицу 1. Таблица 1
№ Vn en ht
1. Va     — —
2. 1/2× (Va)   0, 242 0, 2421 0, 2421
3. 1/3× (Va)   0, 356 0, 1135 0, 1135
4. 1/4× (Va)   0, 426 0, 0700 0, 0700
5. 1/5× (Va)   0, 475 0, 0490 0, 0490
6. 1/6× (Va)   0, 512 0, 0369 0, 0369
7. 1/7× (Va)   0, 541 0, 0292 0, 0292
8. 1/8× (Va)   0, 565 0, 0239 0, 0239
9. 1/9× (Va)   0, 585 0, 0200 0, 0200
10. 1/9, 6× (Va) 9, 6 0, 595 0, 0106 0, 0176

По данным таблицы 1 построим графики зависимостей характеризующих рабочий цикл двигателя.
          КР.101200.03.101 ПЗ
         
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Разраб. Ассоров     Влияние момента мгновенного подвода теплоты на КПД цикла Лит. Лист Листов
        у 2  
Провер. Кулманаков.     АлтГТУ, ФЭАТ гр. ЭМ-12
       
Утв.      
  Рисунок 1.1 Рисунок 1.2  
          КР.101200.03.101 ПЗ Лист  
          3  
Изм Лист № докум. Подп. Дата  
  Выводы: 1. Из графиков видно, что мгновенный подвод теплоты в ВМТ обеспечивает максимальное значение КПД, поэтому для идеальных циклов рассматривают случаи с подводом теплоты в ВМТ. 2. По мере увеличения текущей степени сжатия КПД цикла возрастает, однако скорость его роста постоянно уменьшается, начиная со значения текущей степени сжатия ε n =6. Дальнейший рост степени сжатия приводит к весьма незначительному увеличению КПД, при этом для двигателей возрастают негативные факторы: увеличиваются механические потери, тепловая и механическая нагруженность деталей. 3. С увеличением объема цилиндра экономичность использования теплоты в цикле резко уменьшается. При перемещении поршня на половину своего хода КПД цикла уменьшается в 2 раза, поэтому для увеличения экономичности действительного цикла теплоту следует подводить в зонах с максимальным значением степени сжатия, т.е. в районе ВМТ.    
  Лист  
4  
2. Влияние момента мгновенного подвода теплоты на КПД цикла   Q =∫ dx ·dφ =1; dφ jn – продолжительность ввода теплоты; dx - дифференциальная характеристика подвода теплоты или скорость dj выделения.   θ опт =∫ dx ·φ ·dφ; dφ X- интегральная характеристика тепловыделения; θ - угол опережения ввода теплоты по отношению к ВМТ; θ опт –оптимальное значение угла опережения для получения max КПД; dx =a·φ 1/2 ; jn =120°; l=R/L=0, 26..0, 28; dφ x =∫ a· φ 1/2 dφ = 2·a·φ 3/2/3   Q =∫ a·φ 1/2 · dφ =1; а=3/(2·jn3/2 );   θ опт =∫ dx ·φ ·dφ =∫ a·φ 1/2 ·j dφ =3/5·jn. dφ ht =1- dэ - dнс ; dэ=1/E0(K-1); dнс=(p/180)2· (E0-1) · (К-1) · (1+l)/4E0(К-1)·∫ dx · (φ - θ опт)2·dφ dφ δ нс-неиспользование теплоты в цикле вследствие несвоевременности; ∫ dx · (φ - θ опт)2·dφ =∫ a·φ 1/2 · (2/5·φ) 2·dφ =3/25·jn2 ; dφ   dнс = 16, 13·10-6·jn2; dэ = 0, 4047  
          КР.101200.03.102 ПЗ
         
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Разраб. Ассоров     Влияние момента мгновенного подвода теплоты на КПД цикла Лит. Лист Листов
        у 5  
Провер. Кулманаков.     АлтГТУ, ФЭАТ гр. ЭМ-12
       
Утв.      
jn dнс ht
    0, 59530
0, 1jz 0, 00232 0, 59298
0, 2jz 0, 00929 0, 58601
0, 3jz 0, 02090 0, 57440
0, 4jz 0, 03716 0, 55814
0, 5jz 0, 05807 0, 53723
0, 6jz 0, 08362 0, 51168
0, 7jz 0, 11381 0, 48149
0, 8jz 0, 14865 0, 44665
0, 9jz 0, 18814 0, 40716

Рисунок 2.1.

Рисунок 2.2.

 

  
          КР.101200.03.101 ПЗ Лист  
          6  
Изм Лист № докум. Подп. Дата  
Выводы: 1. При вводе теплоты с конечной скоростью для получения максимального КПД необходимо обеспечить опережение по отношению к ВМТ. 2. Численное значение оптимального угла опережения ввода теплоты определяется видом зависимости dx/dφ и равна абсциссе центра тяжести фигуры образованной зависимостью dx/dφ и осью φ. 3. С увеличением продолжительности ввода теплоты абсолютное значение оптимального угла увеличивается, потери из-за несвоевременности возрастают, а КПД цикла уменьшается.    
  Лист  
7  
1. Тепловой расчет 1.1. Исходные данные Таблица 1 Исходные данные
Базовый двигатель Honda CR-V
Проектируемый двигатель 88/85
Число цилиндров, i  
Диаметр поршня, D (мм)  
Ход поршня, S (мм)  
Частота вращения, п (мин-1)  
Степень сжатия, 9, 6
Номинальная мощность базового двигателя, Nе (кВт)  
Коэффициент избытка воздуха, α  

 

1.2. Основные показатели двигателя

1.2.1. Рабочий объём цилиндра, литраж двигателя

;

.

 

1.2.2. Среднее эффективное давление

;

1.2.3. Механические потери

.

1.2.4. Среднее индикаторное давление

.

1.2.5. Среднее индикаторное давление расчётного цикла

,

где - коэффициент полноты диаграммы. Большие значения соответствуют карбюраторным двигателям, так как отклонение их действительного цикла от расчетного меньше чем у дизелей.

 
          КР 101200.03.103 ПЗ
         
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Студент Ассоров     Тепловой расчет и построение индикаторной диаграммы Лит. Лист Листов
        у 8  
Рук. Кулманаков.     АлтГТУ, ФЭАТ гр. ЭМ-12
       
Утв.      
  1.3. Определение параметров рабочего тела 1.3.1. Теоретически необходимое количество воздуха для окисления килограмма топлива а) в молях на 1 кг топлива ; б) в килограммах воздуха на 1 кг топлива . 1.3.2. Действительное количество окислителя (воздуха), приходящегося на один килограмм топлива 1.3.3. Суммарное количество свежей смеси где mт =114 – молекулярная масса топлива. 1.3.4. Количество отдельных составляющих продуктов неполного сгорания ; 1.3.5. Относительные доли отдельных составляющих продуктов сгорания 1.3.6. Мольное изменение в процессе сгорания DM и теоретический коэффициент молекулярного изменения .    
          КР.101200.03.103 ПЗ Лист  
          9  
Изм Лист № докум. Подп. Дата  
  1.4. Расчет параметров процессов газообмена и сжатия 1.4.1. Давление рабочего тела в конце процесса впуска Pa=(0, 8÷ 0, 9)P0 =0, 093 1.4.2. Коэффициент остаточных газов Pr – давление остаточных газов. 1.4.3. Температура рабочего тела в конце процесса впуска z – коэффициент, учитывающий различные теплоемкости воздуха и продуктов сгорания. Можно принимать z=1, учитывая относительно небольшое содержание остаточных газов в рабочей смеси. 1.4.4. Параметры процесса сжатия - давление в конце сжатия ; - температура в конце сжатия    
  Лист  
10  
                               

 

  1.5. Расчет параметров процессов сгорания и расширения 1.5.1. Действительный коэффициент молекулярного изменения . 1.5.2. Максимальная температура цикла. Определяется из уравнения сгорания для карбюраторного двигателя при a= 1: где Uc – внутренняя энергия свежего заряда при температуре tc; Uc[[ и Uz[[ – внутренняя энергия продуктов сгорания топливо-воздушной смеси при температурах Тс и Тz соответственно; xz – коэффициент активного выделения тепла (доля тепла, расходуемого на изменение внутренней энергии и совершение механической работы). Коэффициент xz для карбюраторных двигателей изменяется в диапазоне 0, 8¸ 0, 9 Принимаем xz =0, 9. Проведем подстановку известных величин в уравнение сгорания ; отсюда 80, 1 МДж/кмоль. Tz =2926 K 1.5.3. Расчетное давление конца сгорания 1.5.4. Степень повышения давления 1.5.5. Действительное максимальное давление цикла Коэффициент уменьшения давления принимаем jр =0, 85 из соображений, что jр =0, 8¸ 0, 9. 1.5.6. Параметры процесса расширения - давление в конце процесса расширения ; - температура в процессе расширения Учитывая высокую скорость сгорания, задаем значения показателя политропы расширения n2 =1, 25, который для карбюраторных двигателей принимает значения n2 =1, 23¸ 1, 30.
  Лист
11
1.6. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя 1.6.1. Среднее индикаторное давление расчетного цикла ; . 1.6.2. Среднее индикаторное давление действительного цикла Здесь jп =0, 98 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, jп =0, 92 ¸ 0, 98. Большие значения соответствуют карбюраторным двигателям, так как отклонение их действительного цикла от расчетного меньше, чем у дизелей. 1.6.3. Среднее давление механических потерь . 1.6.4. Среднее эффективное давление . 1.6.5. Удельный индикаторный расход топлива 1.6.6. Индикаторный кпд цикла . 1.6.7. Механический кпд . 1.6.8. Эффективный кпд двигателя .   1.6.9. Удельный эффективный расход топлива  
  Лист
12

 

  1.6.10 Основные размеры двигателя. а) Литраж двигателя б) Рабочий объем одного цилиндра в) Диаметр цилиндра г) Ход поршня Принимаем S и D как для базового 1.6.11. Часовой расход топлива Gm = gе·Ne ∙ 10-3=262, 2·108∙ 10-3=28, 3 кг/ч. 1.6.13. Температура остаточных газов (проверка по формуле Е. К. Мезинга) ;   Ошибка не превышает 15%. Расчет выполнен правильно.  
  Лист
13

 

2. Построение индикаторной диаграммы 2.1. Выбор масштабов На горизонтали откладываем отрезок AB длиной хода поршня S =88 мм. Точка A соответствует положению поршня в ВМТ, а точка B – в НМТ. Масштаб хода поршня Величину отрезка, соответствующего объёму пространства над поршнем при его положении в ВМТ определим из соотношения Положение начала координат О на горизонтальной оси получим откладывая отрезок ОА =10, 23 мм влево от точки А. Согласно ГОСТ 2.302-68 рекомендуемые масштабы для давлений: 0, 02; 0, 025; 0, 04; 0, 07 МПа/мм. Выбираем тогда высота диаграммы будет и отношение высоты диаграммы к ее основанию 120, 43/88=1, 37 укладывается в рекомендованный диапазон. 2.2. Нанесение узловых точек диаграммы Для нанесения узловых точек индикаторной диаграммы a, c, z, z |, b, r воспользуемся данными теплового расчёта. Ра =0, 093 МПа; Рс =2, 06 МПа; Рz =7, 17 МПа; Pz| =8, 43 МПа; Р b =0, 5 МПа; Рr=0, 1 МПа. Значения ординат указанных точек: 2.3. Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом и . В записанном выражении отношение объёмов может быть заменено отношением отрезков, тогда , .
  Лист
14

 

    Задавая значения lx в диапазоне 10, 23 –98, 23 мм, соответственно хода поршня Sx в диапазоне 0 – 88 мм, подсчитываем величины давления в промежуточных точках политроп сжатия и расширения. Ординаты этих точек определим по выражениям: Результаты расчётов представим в табличном виде: Таблица 3.2
№ п/п lx, мм , мм Рсж, МПа lсж, мм Ррасш, МПа lрасш, мм
  10, 23   9, 602 22, 174 2, 217 31, 68 16, 903 8, 451 120, 73
  18, 23   5, 388 10, 048 1, 005 14, 35 8, 210 4, 105 58, 64
  26, 23   3, 745 6, 104 0, 610 8, 72 5, 210 2, 605 37, 21
  34, 23   2, 870 4, 239 0, 424 6, 06 3, 735 1, 868 26, 68
  42, 23   2, 326 3, 179 0, 318 4, 54 2, 873 1, 436 20, 52
  50, 23   1, 956 2, 506 0, 251 3, 58 2, 313 1, 156 16, 52
  58, 23   1, 687 2, 047 0, 205 2, 92 1, 923 0, 961 13, 73
  66, 23   1, 483 1, 716 0, 172 2, 45 1, 637 0, 818 11, 69
  74, 23   1, 323 1, 468 0, 147 2, 10 1, 419 0, 710 10, 14
  82, 23   1, 195 1, 276 0, 128 1, 82 1, 249 0, 624 8, 92
  90, 23   1, 089 1, 123 0, 112 1, 60 1, 112 0, 556 7, 94
  98, 23   1, 000 1, 000 0, 100 1, 43 1, 000 0, 500 7, 14

 

 
    Лист
  15
   
    Лист
  16
  4 Математическое моделирование рабочего процесса При тепловом расчёте Гриневецкого-Мазинга учитывается теплоёмкость рабочей смеси в зависимости от температуры и состава, закон тепловыделения учитывается суммарно коэффициентом использования теплоты. В этой расчётной схеме не рассматривается продолжительность сгорания, длительность задержки воспламенения, угол опережения воспламенения, для учёта всех этих факторов необходимо решение первого закона термодинамики в дифференциальной форме. В учебной математической модели применяется ряд допущений: - в модели рассматриваются только участки сжатия, сгорания и расширения; - процесс сгорания заканчивается с открытием выпускного клапана; - в качестве закона тепловыделения применяется зависимость И.И. Вибе, которая более характерна для двигателей с искровым зажиганием; - в данной модели пренебрегают утечками рабочего тела через зазоры, процессами испарения и диссоциации топлива. 4.1 Первый закона термодинамики в дифференциальной форме dU = Hu · qц · dx – dQw – P · dV, где dU – изменение внутренней энергии заряда; qц – цикловая порция топлива; dx – скорость тепловыделения; dQw – скорость теплообмена; P – текущее давление в цилиндре; dV – изменение объёма цилиндра. 4.2 Изменение массы рабочего тела dG= qц · dx. 4.3 Уравнение состояния P · V = G · R · T, где P – текущее давление в цилиндре; V – текущий объём; G – масса рабочего тела; R – газовая постоянная; T – текущая температура. 4.4 Изменение внутренней энергии dU = G ·[ Cv · T +(Cv' – Cv'') · T · dr ] +U · qц · dx, где G – количество рабочего тела; Cv – теплоёмкость смеси; Cv' – теплоёмкость свежего заряда; Cv'' – теплоёмкость отработавших газов; T – текущая температура; dr – изменение относительной доли свежего заряда и продолжительности сгорания; U – внутренняя энергия паров топлива; qц – цикловая порция; dx – доля тепловыделения.
            КР 101200.03.104 ПЗ
           
  Изм Лист № докум. Подп. Дата
  Разраб. Ассоров С.Е..     Тепловой расчет и построение индикаторной диаграммы Лит. Лист Листов
          у 17  
  Проверил Кулманаков C.П.     АлтГТУ, ФЭАТ гр. ЭМ-12
         
  Утв.      
    4.5 Скорость теплообмена где α – коэффициент теплообмена (теплоотдачи); Fx – площадь теплообмена; Tw – средняя температура стенки за цикл; T – текущая температура заряда; n – частота вращения. 4.6 Тепловыделение (зависимость Вибе) x=1 – exp[ln(1 – xz)·(φ /φ z)m+1], где xz – доля сгоревшего топлива (0, 999), ln(1 – xz) = А = – 6, 908; φ – текущий угол; φ z – продолжительность сгорания; m – показатель сгорания. . Таблица 4.1 Показатель сгорания, продолжительность сгорания.
Тип двигателя (смесеобразования) Показатель сгорания m Продолжительность сгорания φ z
С искровым зажиганием -3..3 40..70º пкв
Дизельные 0, 1..0, 9  
Объёмное 80..120º пкв
Объёмно-плёночное 70..90º пкв
Вихрекамерные и плёночное 60..90º пкв

 

4.7 Уравнение сгорания

, где

T, Р – текущие температура и давление заряда;

C'v, C''v – теплоёмкости свежего заряда и отработавших газов;

G', G'' – массы свежего заряда и продуктов сгорания

Hu – низшая теплота сгорания топлива;

dV/dφ – скорость изменения объёма;

dx/dφ – скорость тепловыделения;

dQw/dφ – скорость теплообмена.

4.8 Среднее индикаторное давление

.

4.9 Индикаторный КПД

.

4.10 Удельный индикаторный расход

.

Расчёт произведён на компьютере, результаты сведены в таблицу 4.2.

 
            КР.101200.03.104 ПЗ Лист
            18
  Изм Лист № докум. Подп. Дата
  Исходные данные расчёта: - Диаметр цилиндра D = 0, 085 м; - Ход поршня S = 0, 088 м; - Степень сжатия ε = 9, 6; - Отношение λ = R / L = 0, 25; - Угол закрытия впускного клапана φ а = –130º пкв; - Угол открытия выпускного клапана φ в =130º пкв; - Частота вращения n =6300 мин-1; - Давление в начале сжатия Ра = 0, 93 кгс/см2; - Температура в начале сжатия Та = 324, 4 К; - Коэффициент избытка воздуха α = 1; - Коэффициент остаточных газов γ = 0, 034; - Цикловая порция топлива qц = Gт /(30 · i · n), кг/час; qц = 0, 000037 кг/час; - Средняя температура стенки Tw = 460…500 К, принимаем Tw = 500 К; - Угол начала видимого горения φ нс = –12…–6º пкв, принимаем φ нс =-12º пкв; - Показатель сгорания m = –3…3, принимаем m = 2; - Продолжительность сгорания φ z = 40…70º пкв, принимаем φ z = 40º пкв; - Угол начала расчёта –40º пкв; - Шаг расчёта 10º пкв; - Шаг расчёта в ВМТ 2º пкв. Таблица 4.2 Результаты расчёта
φ i P T x dx/dφ
-40 5, 89      
-30 8, 46      
-20 12, 01      
-18 12, 8      
-16 13, 59      
-14 14, 35      
-12 15, 09      
-10 15, 84   0, 0010 0, 0014
-8 16, 99   0, 0074 0, 0054
-6     0, 0242 0, 0118
-4 22, 22   0, 0557 0, 0201
-2 26, 8   0, 1052 0, 0296
  32, 58   0, 1740 0, 0392
  39, 17   0, 2611 0, 0476
  46, 02   0, 3626 0, 0535
  52, 5   0, 4727 0, 0559
  58, 08   0, 5838 0, 0545
  62, 31   0, 6881 0, 0493
  64, 96   0, 7793 0, 0415
  65, 95   0, 8532 0, 0324
  65, 42   0, 9088 0, 0233
  63, 66   0, 9473 0, 0155
  61, 02   0, 9718 0, 0094
  57, 85   0, 9862 0, 0052
  54, 44   0, 9938 0, 0026
      0, 9974 0, 0012
  47, 65   0, 9991 0, 0005
  44, 46   0, 9997 0, 0002
  41, 47   0, 9999 0, 0001
  38, 68      
  36, 1      
  33, 72      
  31, 52      
  22, 89      
  17, 22      
  13, 43      
  10, 84      
  9, 02      
  7, 73      
  6, 78      
  6, 08      

 
    Лист
  19
    Сравнение результатов полученных при тепловом расчёте и математическом моделировании Рz =71, 7 МПа и Рz = 65, 92 кгс/см2 отличаются на 8, 1%, что соответствует норме. Тz =2926 K и Тz = 3117, 1K отличаются на 6, 5%, что соответствует норме. Рi =13 МПа и Рi = 12, 81 кгс/см2, отличаются на 1, 5%, что соответствует норме; η i =0, 4 и η i = 0, 41 отличаются на 2, 5%, что соответствует норме; По полученным данным строим графики Р, Т, dx/dφ, x от φ. Рисунок 4.1 Рисунок 4.2
    Лист
  20
5 Литература   1 Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. Пособие для вузов./ А. И. Колчин, В. П. Демидов – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 496 с.: ил. 2 Двигатели внутреннего сгорания: Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ А. С. Орлина, Д. Н. Вырубов, М. Г. Круглова, В. И. Ивин и др.; Пол ред. А. С. Орлина., – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1971, -400 с., ил. 3 Матиевский Д.Д., Толстов В. Т. Тепловой расчет двигателя: Методические указания к выполнению практических работ по курсу «теория рабочих процессов ДВС» для студентов специальности 101200 – «Двигатели внутреннего сгорания»/ Алт.гос.техн.ун-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 1991.- 78с.  
          КР 101200.03.105 ПЗ
         
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Разраб. Ассоров С.Е..     Литература Лит. Лист Листов
        у 21 1
Проверил Кулманаков C.П.     АлтГТУ, ФЭАТ гр. ЭМ-12
       
Утв.      
6 Содержание 1 Влияние момента мгновенного подвода теплоты на КПД цикла……………..2 2 Влияние момента начала и продолжительности ввода теплоты на КПД цикла……………………………………………………5 3 Тепловой расчёт и построение индикаторной диаграммы……………………8 4 Математическое моделирование рабочего процесса………………………….17 5 Литература……………………………………………………………………….21 6 Содержание……………………………………………………………………….22  
          КР 101200.03.106 ПЗ
         
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Разраб. Ассоров С.Е..     Содержание Лит. Лист Листов
        у 22 22
Проверил Кулманаков C.П.     АлтГТУ, ФЭАТ гр. ЭМ-12
       
Утв.      
                                             

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
III Text 3. The Task Ahead | Первые автомобили Хонды.
Поделиться с друзьями:
mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.018 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал