Расчет рабочего цикла двигателя

Расчет рабочего цикла

Судовых ДВС

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению контрольной работы

По дисциплине

«Судовые двигатели внутреннего сгорания

и их эксплуатация»

Для студентов специальности7.100302

«Эксплуатация судовых энергетических установок»

Дневной и заочной форм обучения

 

 

 

Севастополь

 

УДК

Расчет рабочего цикла судовых ДВС. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» для студентов специальности 7.100302 «Эксплуатация судовых энергетических установок» дневной и заочной форм обучения/ Сост. Г.В. Гоголев, П.П. Борисенко, В.А. Очеретяный–Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2009. – 16 с.

 

 

Цель методических указаний: оказать помощь студентам при расчете рабочего цикла СДВС и построении теоретической и индикаторной диаграммы.

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры ЭМСС, протокол № 7 от 17.02.2009 г.

 

 

Рецензент: С.Н. Ефремов, канд. техн. наук, доцент кафедры ЭМСС.

 

 

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

 

 

Содержание

 

Введение …………………………………………………..
1.	Расчет рабочего цикла двигателя …………………..
2.	Расчет энергетического баланса газотурбинного наддува комбинированного дизеля ………………...
3.	Расчет эффективных показателей комбинированного двигателя ……………………………………….
4.	Расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы ……………………………………………
Библиографический список ……………………………...

 

 

Введение

Расчет рабочего цикла базируется на классическом методе теплового расчета, разработанного профессором В.И. Гринивецким и развитым в последующем советскими учеными Мазингом Е.К., Брилингом Н.Р., Орлиным А.С. и Стечкиным Б.С.

Метод теплового расчета основан на общеизвестных положениях термодинамики и термохимии, достаточно полно охватывает сущность тепловых явлений, происходящих в рабочем цилиндре, и представляет собой инженерное аналитическое исследование. На его основе можно:

- количественно оценить эти явления как при проектировании, так и при исследовании построенного двигателя;

- дать представление об основных параметрах цикла и факторах, влияющих на процессы рабочего цикла;

- определить расчетные значения параметров состояния рабочего тела в характерных точках расчетного цикла, а также эффективные показатели, характеризующие работу двигателя в целом.

Метод обеспечивает удовлетворительную для практики точность расчетов, несмотря на то, что протекающий в двигателе цикл описывается простейшими термодинамическими процессами и вводится ряд опытных коэффициентов, оценивающих реальные условия протекания рабочих процессов в двигателе.

 

РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ

Расчет осуществляется в табличной форме. Рекомендации по выбору исходных данных и различных коэффициентов даны в таблице 1.1, а также могут быть взяты из литературы [1, 2].

При расчете максимальной температуры сгорания Т_z (пункт 12 таблицы 1.4) следует подставить в уравнение сгорания топлива зависимости для и решить его методом последовательных приближений, задаваясь температурой Т_z в диапазонах: 1700…1900 К для МОД;

1800…2000 К для СОД и ВОД.

Средний показатель политропы расширения n ₂ определяется при совместном решении уравнений в пунктах 5 и 6 таблицы 1.5 методом последовательных приближений, задаваясь значениями температуры Т_в= 900…1200 К. Средние значения показателя политропы лежат в диапазоне: n ₂ =1,2…1,3 для МОД и СОД с охлаждаемыми поршнями; n ₂ =1,1…1,25 для ВОД с неохлаждаемыми поршнями.

 

Таблица 1.1 – Исходные данные

Параметр	Обозначение	Размер-ность	Формула	Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6)	12ЧН 18/20
1. Эффективная мощность	Ne	кВт	Задано
2. Частота вращения	n	1/мин
3. Давление окружающей среды	Р0	МПа		0,103	0,103
4. Температура окружающей среды	Т0	К
5. Давление наддува	р к	МПа	р к=(0,15…0,20) р е (4-х тактн.) р к=(0,18…0,20) р е (2-х тактн.)	0,315	0,17
6. Коэффициент избытка воздуха для сгорания	α		Выбрано α=1,5…2,7 (для МОД α=1,8…2,7; для СОД α=1,6…2,2)	2,7	1,9
7. Коэффициент продувки	φ α		для 4-х тактных φα=1,05…1,35 для 2-х тактных φα=1,25…1,80	1,4	1,15
8. Коэффициент остаточных газов	γ r		для 4-х тактных γ r =0,01…0,04 для 2-х тактных с прямоточной схемой газообмена γ r =0,02…0,09 для 2-х тактных с контурными схемами газообмена γ r =0,01…0,14	0,03	0,04
9. Коэффициент использования тепла в точке z	ξz		МОД и СОД ξ z =0,75…0,92 ВОД ξ z =0,7…0,85	0,90	0,75
10. Коэффициент использования тепла в точке b	ξb		МОД и СОД ξ b =0,85…0,99 ВОД ξ b =0,85…0,95	0,98	0,9
11. Степень сжатия	ε		для МОД ε=11…15 для СОД ε=12…16 для ВОД ε=15…18
12. Степень повышения давления сгорания	λ		λ=1,1…1,5	1,12	1,5
13. Подогрев заряда от стенок цилиндра	Δ Т а	К	для 2-х тактных Δ Т а=5…10 К для 4-х тактных Δ Т а=5…20 К
14. Доля хода поршня, потерянная на продувку	ψ а		ψ=0,04…0,25 для прямоточно-клапанной схемы газообмена ψ=0,04…0,13 для контурных схем	0,10	-

 

Продолжение таблицы 1.1.

15. Плотность топлива при 15 °С	r15	кг/м3	Выбираем из таблицы показатели принятого топлива [4]
16. Коэффициент скругления индика-торной диаграммы	ζ		ζ=0,95…0,98	0,95	0,96
17. Механический КПД двигателя	η м		ηм= 0,75…0,96	0,94	0,84
18. Адиабатный КПД компрессора	η к.ад		принимаем ηк.ад= 0,75…0,84	0,82	0,75
19. Потеря давления в воздухо-охладителе	Δ р охл	МПа	для 2-х тактных 0,003…0,007 для 4-х тактных 0,001…0,003	0,005	0,004
20. Снижение температуры в воздухоохладителе	Δ Т охл	К	д.б. ТS £310 К принимаем Δ Т охл = 25…140
21. Температура остаточных газов	Тr	К	Для МОД Тr =550…650 К Для СОД Тr =650…800 К Для ВОД Тr =750…900 К
22. Массовый состав топлива		кг/кг	принимаем в пределах C=0,84…0,88; H=0,11…0,14; S=0,001…0,045; О=0,001…0,03 =0…0,002	C=0,877 H=0,12 S=0,002 О=0,001	C=0,87 H=0,126 О=0,004
23. Низшая теплотворная способность топлива	Q н	кДж/кг
24. Показатель политропы сжатия в компрессоре	n к		nк=1,5…2,0	1,7	1,6

 

Таблица 1.2. – Расчет процесса наполнения

Параметр	Обозначение	Размер-ность	Формула	Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6)	12ЧН 18/20
1. Температура воздуха за компрессором	Т к	К
2. Температура воздуха перед двигателем	Т s	К	Т к - ∆ Т охл

 

Продолжение таблицы 1.2.

3. Температура заряда к концу наполнения	Т а	К
4. Давление воздуха перед двигателем	р s	МПа	р к - ∆ р охл	0,31	0,165
5.Давление заряда к концу процесса наполнения	р а	МПа	(0,97…0,98)· р s	0,296	0,160
6. Коэффициент наполнения	η н		(ДН) (ЧН)	0,844	0,892

 

Таблица 1.3 - Расчет процесса сжатия

Параметр	Обозначение	Размер-ность	Формула	Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6)	12ЧН 18/20
1. Средняя мольная изохорная теплоемкость воздуха		кДж/ (моль∙К)	19,26+0,0025 Т
2. Средняя мольная изохорная теплоемкость чистых продуктов сгорания		кДж/ (моль∙К)	20,47+0,0036 Т
3. Теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов на ходе сжатия		кДж/ (моль∙К)	= = avc+bcT	19,251+ 0,0025· Т	19,262+ 0,002534· Т
4. Средний показатель политропы сжатия	n 1			1,368	1,369
5. Давление в конце сжатия	р с	МПа		12,04	5,95
6. Температура в конце сжатия	Т с	К

 

 

Таблица 1.4 –Расчет процесса сгорания

Параметр	Обозначение	Размер-ность	Формула	Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6)	12ЧН 18/20
1. Теоретически необходимое мольное количество воздуха для cго-рания 1 кг топлива	L 0
2. Действительное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива	L	кмоль/ кг	a· L 0	1,312	0,941
3. Химический коэффициент молекулярного изменения	β 0			1,0234	1,0337
4. Действительный коэффициент молекулярного изменения	β			1,0221	1,033
5. Доля топлива, сгоревшая в точке z	xz		ξz/ξb	0,918	0,843
6. Коэффициент молекулярного изменения в точке z	βz			1,0211	1,0274
7. Приращение объема продуктов сгорания	∆М
8. Коэффициент	m
9. Изобарная теплоемкость
10. Средняя мольная изохорная теплоемкость рабочего тела в точке z		кДж/ (кмоль∙К)		19,76+ 0,0029· Т	19,82+ 0,00293∙ Т
11. Средняя мольная изохорная теплоемкость рабочего тела в точке b		кДж/ (кмоль∙К)		19,87+ 0,003· Т	19,94+ 0,00323∙ Т

 

Продолжение таблицы 1.4.

12. Максимальная температура сгорания	Tz	К
13. Максимальное давление сгорания	pz	МПа		13,52	8,92

 

Таблица 1.5– Расчет процесса расширения

Параметр	Обозначение	Размер-ность	Формула	Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6)	12ЧН 18/20
1. Степень предварительного расширения	ρ			1,63	1,36
2. Степень последующего расширения	δ			9,16	10,3
3. Коэффициент А			А =
4. Коэффициент В			В =
5. Средний показатель политропы расширения	n2		Определяется при совместном решении уравнений пунктов 5 и 6	1,276	1,232
6. Температура в конце процесса расширения	Tb	К
7. Давление в конце процесса расширения	pb	МПа		0,804	0,538

 

 

Таблица 1.6 – Определение индикаторных показателей

Параметр	Обозначение	Размер-ность	Формула	Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6)	12ЧН 18/20
8. Теоретическое среднее индикаторное давление		МПа		1,76	1,17
9. Действительное среднее индикаторное давление		МПа	Для 2-х тактных (ДН) Для 4-х тактных (ЧН)	1,53	1,12
10. Индикаторная мощность			Для 2-х тактных z=1 Для 4-х тактных z=0,5
11. Индикаторный удельный расход топлива		кг× (кВт∙ч)		0,162	0,192
12. Индикаторный КПД				0,507	0,444

 

Таблица 1.7 – Определение эффективных показателей

Параметр	Обозначение	Размер-ность	Формула	Двигатель
5L90MCE (5ДКРН 90/291,6)	12ЧН 18/20
1. Среднее эффективное давление		МПа		1,44	0,96
2. Удельный эффективный расход топлива		кг/ (кВт∙ч)		0,173	0,230
3. Эффективный КПД двигателя				0,477	0,381