Тепловой баланс двигателя

Тепловой баланс двигателя получают на основании исследований его в различных условиях.

Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:

(53)

где Q₀ - общее количество теплоты, израсходованной при работе двигателя на заданном режиме; Q_е - теплота, эквивалентная эффективной работе двига­теля; Q_охл - теплота, отданная в охлаждающую среду; Q_г - теплота, унесенная из двигателя с отработавшими газами; Q_н.с. - не использованная часть теплоты топлива из-за неполноты сгорания; Q_ocm - остаточный член баланса, определяющий потери, не учтенные приведенными выше членами уравнения баланса теплоты.

Каждую составляющую баланса можно определять в процентах от всего количества введенной теплоты. Тогда

%,

(54)

Очевидно, что общее количество теплоты, израсходованной в течение 1 ч,

(55)

где G_T – часовой расход топлива в кг/ч.

Теплота, эквивалентная эффективной работе,

Дж/с или (56)

В единицах, основанных на калории, Q_e = 632 N_е ккал/ч.

Теплоту, передаваемую охлаждающей среде через стенки ци­линдров, головку цилиндров, поршень и поршневые кольца, мож­но при водяном охлаждении определить по уравнению:

для карбюраторных двигателей

Дж/с; (57)

для дизелей

Дж/с, (57^/)

где с – коэффициент пропорциональности (для четырехтактных двигателей с =0,45÷0,53); i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; m – показатель степени (для четырехтактных двигателей m= 0,6÷0,7); n_N – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин^-1; α – коэффициент избытка воздуха; Δ H_u – количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива, кДж/кг; H_u – низшая теплота сгорания топлива. кДж/кг.

Теплота, унесенная с отработавшими газами Q_г, может быть определена как разность между теплосодержанием отработанных газов G_TM₂ и теплосодержанием свежего заряда G_T M₁ из уравнения

, Дж/с, (58)

где - cредняя мольная теплоемкость остаточных газов; - средняя мольная теплоемкость свежего заряда; М₁ (кмоль гор.см./кг топл) и М₂ (кмоль гор.см./кг топл) – количество соответственно свежего заряда и продуктов сгорания топлива; t_r и t_k – температура отработанных газов и свежего заряда на впуске в цилиндр в ºС; G_Т – часовой расход топлива, кг/ч.

Величину Q_{н.с .} при α≥1 обычно отдельно не подсчитывают, а включают в Q_ocm, который можно определить следующим обра­зом:

(59)

Если испытания проводятся при α<1, то теплота, не исполь­зованная из-за химической неполноты сгорания,

(60)

где ∆Н_и — неиспользованная теплота сгорания.

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют установить предполагаемые показатели цикла, а также мощность и экономич­ность двигателя и зависимость давления газов от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно определить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) и проверить на прочность основные детали двигателя.

При проведении теплового расчета необходимо правильно выбрать исход­ные данные и опытные коэффициенты, входящие в отдельные формулы.

Рекомендуемая литература: 3 [79-82]; 4 [22-25, 177-182]; 14 [64-112].

Контрольные вопросы

1. Почему треий такт называют процессом расширения?

2. По закону какого термодинамического процесса протекает процесс расширения?

3. По какой причине в реальных двигателях процесс расширения заканчивается не доходя поршнем нижней мертвой точки?

4. Как определяется давление и температура в конце процесса расширения?

5. Почему давление газа в начале процесса выпуска больше атмосферного?

6. По какой причине в реальных двигателях процесс выпуска начинается не доходя поршнем нижней мертвой точки?

7. Как определяется давление и температура в конце процесса выпуска?

8. Какие меры применяются для того, чтобы уменьшить количество остаточных газов в цилиндре двигателя?

9. Что называется тепловым балансом двигателя?

10. Укажите формулу для определения общего тепла, выдеяющегося при сгорании топлива?