Материал: 1892
3.4.2. Методика расчета тепловой производительности индивидуального жидкостного подогревателя (ПЖД) по показателям низшей теплотворной способности топлива и составляющим теплового баланса
Распределение тепла от сгорания топлива в подогревателе на полезно используемое и на потери характеризуется эффективным тепловым балансом.
Уравнение теплового баланса записывается в виде [29]
|
Qо Qож Qм Qг Qост, |
(3.10) |
|||||
где Qо |
– располагаемое тепло, |
ккал/ч; |
Qож |
– |
количество |
тепла |
на |
разогрев |
охлаждающей жидкости, |
ккал/ч; |
Qм |
– |
количество |
тепла |
на |
разогрев моторного масла, ккал/ч; Qг – количество тепла, отводимого с отработавшими газами, ккал/ч; Qост – остаточное тепло, ккал/ч.
Располагаемое тепло подсчитывается по часовому расходу топлива в подогревателе и его теплотворной способности
Qо Gт Hu , |
(3.11) |
где Hu низшая теплота сгорания топлива (для дизельного топлива Нu 42 440), кДж/кг ; Gт часовой расход топлива подогревателем, кг/ч.
Для определения количества тепла, потребного для разогрева охлаждающей жидкости (тосол А-40), необходимо знать ее количество, расход и разность температур в начале разогрева и в конце разогрева.
Qож Gож сож tож , |
(3.12) |
где Gож масса охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя, кг; сож теплоемкость охлаждающей жидкости (для тосола А-40 М сож 3,2 3,8), кДж/кг град; tож разность температур охлаждающей жидкости в начале и в конце разогрева, °С.
Gож ож Vож , |
|
(3.13) |
где ож плотность (для тосола А-40 М, |
ож 1,065 1,085), |
г/см3; |
Vож вместимость системы охлаждения двигателя с учетом котла подогревателя, л.
119
Количество тепла, потребного на разогрев моторного масла, определяется по формуле
|
Qм Gм см tм , |
(3.14) |
|
где Gм масса моторного масла, кг; |
см теплоемкость моторного масла, |
||
см 0,5 ккал/(кг 0С); |
tм разность |
температур моторного |
масла в |
начале и в конце разогрева двигателя, °С. |
|
||
В табл. 3.26 по результатам экспериментальных пусков подогревателей 14ТС-10 силовой установки с дизельным двигателем КамАЗ-740 (V8) представлены показатели продолжительности разогрева до состояния готовности к пуску двигателя с учетом температур окружающего воздуха tос и исходного теплового состояния двигателя tисх , а также разница в температурах исходного теплового состояния двигателя и готовности к пуску для охлаждающей жидкости tож и моторного масла tм.
Таблица 3.26
Разница температур охлаждающей жидкости и моторного масла в начале и конце разогрева
tOC, ОС |
tИСХ, ОС |
, мин |
ΔtOЖ, ОС |
ΔtМ, ОС |
-2 |
-6 |
32 |
77 |
7,5 |
|
|
|
|
|
-11 |
-15 |
36 |
88 |
8,2 |
|
|
|
|
|
-18 |
-21 |
40 |
92 |
8,6 |
|
|
|
|
|
Количество тепла, отводимого с отработавшими газами, подсчитывается по разности теплосодержания (энтальпий) часовых количеств отработавших газов и свежего заряда
Qг Gт (М2 (mcp)tt |
0г tг М1 (mcp)tt |
0к tк), |
(3.15) |
где Gт часовой расход топлива подогревателем, кг/ч; М2 количество продуктов сгорания на килограмм топлива, при 1,5, кмоль/кг; М1 количество свежего заряда воздуха на килограмм топлива, при
1,5, кмоль/кг.
120
Коэффициент избытка воздуха для подогревателей подсчитывается по формуле
|
lн |
, |
|
(3.16) |
|
|
|||
|
lт |
|
|
|
где lт теоретически необходимое количество |
воздуха для |
сгорания |
||
топлива, расходуемого в течение 1 ч, кг; |
lн расход |
воздуха |
||
подогревателем, кг/ч. |
|
|
||
При этом |
|
|
||
lт Gт l0, |
|
(3.17) |
||
где l0 теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг
топлива, кг возд/кг топл; Gт часовой расход топлива подогревателем,
кг/ч.
Общее количество продуктов сгорания
M2 MCO2 MH2O MO2 MN2 . |
(3.18) |
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при 1,5 определяется
M2 0,0725 0,063 0,052 0,594 0,7815 кмоль/кг.
Средней теплоемкостью рабочего тела называется отношение количества теплоты, сообщаемой телу в заданном процессе, к изменению температуры при условии, что разность температур является конечной величиной. Величина теплоемкости зависит от температуры и давления тела, его физических свойств и характера процесса.
Для расчетов рабочих процессов обычно пользуются средними мольными теплоемкостями при постоянном объеме и при постоянном давлении. Между ними существует зависимость
(mcp) (mcv) 8,315, |
(3.19) |
|||
(mcp)tt |
0к |
(mcv)tt |
0к 8,315, |
(3.20) |
tг |
tг |
8,315 . |
(3.21) |
|
(mcp)t0 |
(mcv )t0 |
|||
121
Таким образом, из уравнения теплового баланса можно определить количество остаточного тепла, которое расходуется на разогрев двигателя и потери в окружающую среду
Qост Qо Qож Qм Qг. |
(3.22) |
По результатам экспериментальных исследований, процесс разогрева силовой установки подогревателями с автоматизированным управлением режимами (полный, средний, малый) можно разделить на основной (температура охлаждающей жидкости на выходе из подогревателя не выше 70 – 75 °С) и дополнительные этапы (подогреватель переключается на режимы с меньшей подачей топлива). Из табл. 3.27 и рис. 3.8 видно, что начало разогрева двигателя (6 – 12 мин разогрева) в зависимости от исходной температуры характеризуется крайне низким темпом изменения его теплового состояния. Поэтому для основного этапа необходимо выделить начальный и эффективный периоды разогрева. Нетрудно найти количество тепла на разогрев силовой установки с учетом потерь тепла в окружающую среду для начального этапа разогрева Qостн и для
эффективного этапа Qостэ . Данные в табл. 3.5 приведены для силовой установки с дизельным двигателем V8 КамАЗ 740. tос – температура окружающей среды, °С; tисх – температура исходного состояния двигателя, °С.
Таблица 3.27
Основные показатели экспериментальных пусков подогревателей с удельной тепловой производительностью 1,43 кВт/л при разогреве дизельного
ДВС V8 КамАЗ 740
tос , °С |
tисх , °С |
I , мин |
I , мин |
I , мин |
-1 |
-5 |
23 |
6 |
17 |
|
|
|
|
|
-2 |
-6 |
32 |
8 |
24 |
|
|
|
|
|
-11 |
-15 |
30 |
10 |
20 |
|
|
|
|
|
-11 |
-16 |
36 |
10 |
26 |
|
|
|
|
|
-18 |
-21 |
40 |
12 |
28 |
|
|
|
|
|
-21 |
-25,2 |
38 |
12 |
26 |
|
|
|
|
|
122
На рис. 3.9 представлены зависимости времени разогрева силовой установки на начальном и эффективном периодах, а также на основном этапе от температуры исходного состояния силовой установки.
Рис. 3.8. Периоды и этапы разогрева двигателя подогревателем жидкостным: 1 – условная точка перехода от начального к эффективному периоду разогрева двигателя (основной этап); 2 – условная точка завершения основного этапа разогрева двигателя (готовность к пуску) и перехода к дополнительным этапам (средний режим); 3 – точка перехода от среднего режима работы на малый режим
123