Материал: 4509
31
а затем, на основании полученных данных определить поверхность жидкостного радиатора, который обеспечил бы его нормальный тепловой режим.
На первой странице курсовой работы необходимо формулировать задание по форме:
Пример:
Выполнить расчет теплового баланса четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания и определить необходимую поверхность жидкостного радиатора по следующим исходным данным:
ШИФР _______ ________
Марка двигателя…………………………………………ЗМ3977 Мощность…………………………………………………55 кВт Эффективный кпд………………………………………...0,29
Рекомендуемое топливо………………………………….А72 Охлаждающая жидкость………………………………….вода Элементарный состав топлива…………………………...С-85,1
H-14,88 Сера-0,02
Низшая теплотворность топлива……………………….44000 кДж/кг Температура жидкости на входе в радиатор…………..85 ºС Температура жидкости на выходе из радиатора………75 ºС Температура воздуха на входе в радиатор……………..45 ºС Температура воздуха на выходе из радиатора…………55 ºС
Удельный эффективный расход топлива……………….0,31 |
кг |
|
|
кВт ч |
Расчет составляющих теплового баланса двигателя.
Здесь необходимо дать определение теплового баланса и записать его в виде формулы:
Q p Q |
Q |
Q |
Q |
Q |
(1) |
p e |
охл |
г |
нс |
ост |
|
где Qрр – располагаемое тепло, выделенное при сгорании рабочей массы
топлива в двигателе на номинальном режиме, кДж ;
с
32
Qe – теплота, преобразованная в двигателе в эффективную работу,
кДж ;
с
Qохл – теплота, которая рассеивается в системе жидкостного
охлаждения, |
кДж |
; |
|
|
||
с |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
Q |
|
– потери тепла с отработавшими газами, |
кДж |
; |
||
г |
с |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
Qнс – теплота, теряемая вследствие неполного сгорания топлива,
кДж ;
с
Qост – остаточный член теплового баланса, учитывающий потери
тепла не поддающиеся расчету, кДж .
с
1. Тогда расчет располагаемого тепла
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q р B |
Q р , |
кДж |
|
(2) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р е |
|
н |
с |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Q р 0,0043 44000 189,2 |
кДж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
где Ве |
|
|
Ne |
– расход топлива на номинальном режиме, кг/с |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
e |
Q р |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ne |
– эффективная мощность двигателя (табл. 1), кВт. |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
e – эффективный кпд двигателя (табл. 1). |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
QP |
|
– низшая теплотворность топлива (табл. 2), кДж/кг. |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ве |
|
|
|
Ne |
|
|
|
|
|
|
55 |
|
0,0043 |
кг |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
QP |
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
e |
|
0,29 44000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2. Теплота, использованная на получение эффективной мощности |
|||||||||||||||||||||||
двигателя, эквивалентна его эффективной мощности, т.е. |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q N |
|
55 |
кДж |
|
|
(3) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с
3. Расчет тепла, теряемого системой охлаждения двигателя (с охлаждаемой водой).
33
|
|
Qохл mв Св tв tв , |
кДж |
, |
|
|
(4) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
с |
|
|
|
|
где |
mв – расход воды и тосола, проходящей через систему, |
принять |
|||||
m 0,96 кг |
с |
– для двигателей с мощностью до 100 кВт и |
m 1,5 |
кг |
для |
||
в |
|
|
|
в |
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
двигателей с мощностью более 100 кВт как для карбюраторных, так и для дизельных двигателей, кг/с;
|
|
|
|
|
|
Св |
– |
теплоемкость воды, |
которая равна Св 4,19 |
кДж |
; а для |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
кг |
град. |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
тосола Св |
3,5 |
|
кДж |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
кг град. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
tв и tв |
– температура воды на входе в систему охлаждения и выходе |
|||||||||||||||||||||||
из нее, ºС. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
тогда Qохл |
0,96 4,19 85 75 40,22 |
|
кДж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
4. Расчет потерь тепла с уходящими газами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qг Vг Сpc |
tг tв Ве |
|
кДж |
, |
|
|
|
(5) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где: Vг |
VRO |
VN |
|
|
VH |
O V – объем продуктов сгорания 1кг топлива, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Hм3 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
VRO2 1,866 |
C P 0,375 S P |
– объем трехатомных сухих газов (СО2, |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
SO4), |
|
Hм3 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С Р |
– процентное содержание углерода в 1 кг рабочей массы топлива; |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
S |
Р |
– процентное содержание серы в1 кг рабочей массы топлива; |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
N |
0.79 V 0 |
|
– содержание азота в |
|
теоретически |
необходимом |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hм3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
количестве воздуха, |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
V 0 |
0,089 C P 0,375 S Р |
0,265 H P |
– теоретически необходимое |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
количество воздуха для полного сжигания топлива, |
|
Hм3 |
|
; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
кг |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34
откуда V 0 0,089 85,1 0,375 0,02 0,265 14,88 11,51 |
Hм3 |
; |
|
|||||||
кг |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
0.79 V 0 |
0,79 11,51 9,09 |
Hм3 |
; |
|
|
|
|
|
N |
кг |
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H P |
|
– процентное содержание |
водорода в |
1 кг рабочей |
массы |
|||
топлива; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
V |
|
0,111 Н Р 0,0161 V 0 |
– количество |
водяных |
паров, |
|||
|
|
Н2О |
|
|
|
|
|
|
|
|
образовавшихся при сгорании водорода топлива и содержащихся в воздухе,
Hм3 ;
кг
VН 2О 0,111 Н Р 0,0161 V 0 0,111 14,88 0,0161 1,15 11,511,652 0,213 1,865 Нмкг 3 ;
– коэффициент избытка воздуха, необходимого для полного сжигания топлива (принимается для карбюраторных двигателей – 1,15, для дизелей – 1,3, для дизелей с наддувом – 1,6);
V 1 V 0 – избыточный объем воздуха, |
Hм3 |
; |
||||||||||||
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг |
|
С рг |
– объемная изобарная теплоемкость |
выбирается из таблиц |
||||||||||||
теплоемкостей по углекислому газу (СО2) при температуре уходящих газов. |
||||||||||||||
tг |
– температура уходящих газов (принимается для дизелей – 800 оС, |
|||||||||||||
для карбюраторных двигателей – 600 оС). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
V 1,59 9,09 1,865 1,726 14,271 |
Нм3 |
. |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||||||||
г |
|
|
|
|
кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда окончательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Q 14,271 1,1962 600 55 0,0043 40,0 |
кДж |
. |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5. Количество тепла, теряемого при неполном сгорании топлива, |
||||||||||||||
определяется из опыта и соответствует 2 % от располагаемого тепла. |
||||||||||||||
|
|
Q 0,02 Q |
р |
, |
кДж |
|
(6) |
|||||||
|
|
р |
|
|||||||||||
|
|
нс |
|
|
с |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Q 0,02 Q р |
0,02 189,2 3,78 |
кДж |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
нс |
р |
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
35
6. Расчет остаточного члена теплового баланса.
Q |
Q p Q |
Q |
Q |
Q |
, |
кДж |
(7) |
|
|||||||
ост |
p e |
охл |
г |
нс |
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В величину Qост входят: потеря тепла через масляный радиатор, потеря тепла за счет теплопроводности самого двигателя, потеря тепла на преодоление механических потерь, связанных в первую очередь с коэффициентом трения и т.д.
Полученные результаты сводятся в таблицу.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
||
|
|
Составляющие теплового баланса двигателя |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Единица |
|
|
Составляющие теплового баланса |
|
|
|
|||||||
измер. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q p |
|
Q |
|
Q |
|
Q |
|
Q |
|
Q |
|
|
|
|
p |
|
|
е |
|
охл |
|
г |
|
нс |
|
ост |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
кДж/с |
189,2 |
|
55 |
40,22 |
40,0 |
3,78 |
50,2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
% |
100 |
|
29,07 |
21,26 |
21,14 |
2 |
26,53 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет поверхности жидкостного радиатора.
Расчет поверхности радиатора базируется на двух уравнениях: уравнении теплопередачи и уравнения теплового баланса.
Qж KF tж tв , кДж;
|
|
Gв |
Св |
|
|
, кДж , |
Qж Gж Сж tж |
tж |
tв |
tв |
где Qж – количество тепла теряемого в системе охлаждения двигателя,
берется из таблицы № 7 «Составляющих теплового баланса» Qж 40,22 кДж .
с
К – коэффициент теплопередачи в радиаторе от охлаждающей жидкости к воздуху (выбирается по таблице 2 приложения);
F – поверхность радиатора, участвующая в теплообмене, м3; tж , tв – средние температуры жидкости и воздуха, ºС;
Gж , Gв – количество жидкости и воздуха, циркулирующих в системе охлаждения, кг/с;
Сж – массовая изобарная теплоемкость жидкости (принимается для