Теплота, выделяемая при горении топлива, не может быть полностью трансформирована в полезную работу, так как даже в соответствии со вторым законом термодинамики часть ее неизбежно отдается холодному источнику. Расходование теплоты сгорания топлива, внесенного в двигатель за определенней период времени, на полезную работу и различные потери характеризуется тепловым балансом.
С помощью теплового баланса можно определить степень совершенства конструкции и регулировок двигателя и наметить пути улучшения экономичности его работы.
Уравнение теплового баланса:
где Q – теплота сгорания топлива, поступившего в двигатель;
Qе – теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя;
Qохл – теплота, переданная в охлаждающую среду через стенки цилиндра;
QГ – теплота, уносимая с отработавшими газами;
Qнс – потери теплоты вследствие неполноты сгорания топлива;
Qост – остальные, не учтенные ранее тепловые потери.
В относительных величинах (%) уравнение теплового баланса можно записать в виде:
Теплоту сгорания Q (кДж/ч) определяют по часовому расходу топлива GТ (кг/ч) с учетом его низшей теплотворной способности Hu (кДж/кг):
Количество теплоты Qе (кДж/ч), эквивалентное эффективной мощности двигателя Ne (кВт):
Зная количество охладителя Gохл (кг/ч), проходящего через систему охлаждения в единицу времени, и температуры его на входе T1 и выходе из системы T2, можно определить Qохл (кДж/ч):
где сохл – теплоемкость охладителя, кДж/(кг К).
При известном количестве воздуха (горючей смеси) Gсм (кг/ч), поступающего в двигатель в единицу времени, его температуре Tсм (К) и температуре отработавших газов TГ (К) количество теплоты (кДж/ч), уносимой с этими газами, находят по формуле:
где c ′′ p – теплоемкость отработавших газов при постоянном давлении, кДж/(кг град);
cp – теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении, кДж/(кг град).
Потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива (кДж/ч) определяются только для карбюраторных двигателей при значении коэффициента избытка воздуха α
9. Виды испытаний автомобильных двигателей. Оборудование, применяемое при испытаниях двигателей.
Испытания двигателей проводят для оценки показателей их работы и сравнения, для определения качества проведенного ремонта, а также для проверки показателей двигателя после проведения необходимых регулировок. Анализ результатов испытаний двигателей позволяет оценить эффективность их конструктивных особенностей, качество изготовления или их техническое состояние.
Основные виды испытаний двигателей можно классифицировать по признакам, определяющим программу и методы их проведения.
По целевому назначению различают испытания поисковые, доводочные, приемочные (государственные, межведомственные), инспекционные (длительные контрольные и краткие, периодические), приемно-сдаточные, ресурсные (на надежность), сертификационные и исследовательские.
По применяемым средствам, условиям и месту проведения испытания подразделяют на стендовые, полигонные, дорожные, эксплуатационные, испытания в особых условиях (высокогорных, тропических и т.д.).
Основные характеристики автомобильных поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания определяют методом стендовых испытаний.
Стенд для испытания двигателей содержит массивный бетонный фундамент с заделанными в него чугунными плитами, вертикальные стойки для закрепления двигателя на фундаментной плите, тормозное устройство для имитации нагрузки двигателя, промежуточный редуктор для согласования характеристик двигателя и тормоза, необходимые приборы для проведения измерений и органы управления двигателем. Стенд оборудуется системами питания двигателя топливом, охлаждения двигателя и отвода отработавших газов.
При испытаниях автотракторных двигателей наибольшее применение находят электрические и гидравлические тормоза.
Выбор тормоза производится по максимальным мощности и числу оборотов. Соответствие тормоза двигателю по мощностным и скоростным данным обычно устанавливают путем наложения внешней скоростной характеристики двигателя на внешнюю характеристику тормоза.
Испытательный стенд должен иметь оборудование для измерения следующих показателей: крутящего момента двигателя с точностью; частоты вращения коленчатого вала; расхода топлива, температуры охлаждающей жидкости; температуры масла; барометрического давления; давления масла; угла опережения зажигания или начала подачи топлива; давления наддува.
Частоту вращения можно измерять приборами двух типов: суммарными счетчиками, фиксирующими число оборотов за определенный отрезок времени, и тахометрами, которые дают текущее значение частоты вращения. В зависимости от принципа действия тахометры могут быть центробежными и электрическими.
Расход топлива определяют с помощью устройств, показывающих объемный или массовый расход. Продолжительность опытов должна быть не менее 30 с.
Расход воздуха замеряют с помощью специального расходомера (воздухомера) или устройств, имеющих на впускном тракте измерительную насадку.
Для определения температуры в зависимости от пределов ее изменения и расположения точки, температуру которой необходимо замерить, применяют следующие приборы; жидкостные термометры, термометры сопротивления, термопары и термометры манометрического типа.
Угол опережения зажигания или начала подачи топлива на стенде определяется с помощью стробоскопического устройства.
Условия стендовых испытаний автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81.
- Как рассчитывается тепловой баланс ДВС
- Базовые понятия
- Уравнение
- Эффективность двигателя внутреннего сгорания
- Борьба с потерями
- 2. книга по теории ДВС 09. 2012. 2. книга по теории ДВС 09. Первый и второй законы термодинамики
- 3.5 основы теории ДВС 2012
- Тепловой баланс и теплонапряженность двигателя
- Тепловой баланс двигателя
- 🔍 Видео
Видео:ЕГЭ физика. Уравнение теплового баланса (термодинамика)Скачать
Как рассчитывается тепловой баланс ДВС
В теории двигателестроения много внимания уделяется газообмену и распределению тепла в процессе работы ДВС. Немаловажный аспект в понимании работы – тепловой баланс двигателя.
Видео:Урок 112 (осн). Уравнение теплового балансаСкачать
Базовые понятия
Тепловым балансом называют соотношение количества теплоты, выполнившее полезную работу, к теплоте, растраченной впустую. Под напрасной растратой подразумеваются потери теплоты на нагрев элементов окружающей среды. Топливный баланс может быть составлен в процентном соотношении либо в единицах энергии (калориях, джоулях). В зависимости от преследуемых целее, уравнение теплового баланса позволяет подсчитать соотношение общего количества теплоты на 1 час работы, фиксированный цикл, на 1 кг израсходованного вещества либо на единицу получаемой продукции.
В области техники понятие применяется для анализа и изучения различного рода тепловых процессов, происходящих в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках, печах и т.д. Полученные из уравнения данные позволяют рассчитать коэффициент полезного действия как всего агрегата в целом, так и отдельных элементов установки. Иными словами, расчет теплового баланса позволяет нам узнать, насколько эффективно внутри двигателя происходит сгорание топливовоздушной смеси (ТПВС).
Уравнение
Тепловой баланс может быть выражен в форме уравнения, одна часть которого будет показывать приход тепла в систему, а вторая – потери и расход. Для лучшего наглядного представления значения легко трансформируются в диаграммы и таблицы.
Левая часть уравнения теплового баланса (Q) — общее количество теплоты, подведенного в двигатель с горючим, вторая часть показывает распределение теплотворной способности топлива, где
- Qe –количество полезного тепла. Показывает количество теплоты, израсходовавшейся на преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Это и будет эффективно расходованная энергия.
- Qохл –тепло, растраченное на обогрев антифриза. В двигателях с воздушным охлаждением этот параметр будет обозначать потери на нагрев воздуха.
- Qгаз–количество теплоты, вышедшее из двигателя вместе с отработавшими газами.
- Qхим –потери тепла вследствие неполноты сгорания топлива.
- Qост –остаточные потери, не учтенные в остальных пунктах.
- Qм –передавая смазочным материалам теплота.
Если говорить о процентном выражении, то Q – 100% полученного тепла. Процентное соотношение общего количества тепла к каждому виду потерь можно получить по формуле:
Видео:Решение задач на уравнение теплового баланса. Физика 8 классСкачать
Эффективность двигателя внутреннего сгорания
Эффективность двигателя внутреннего сгоранияБольшая часть теплоты при сгорании топлива уходит на нагрев поршня, стенок цилиндра и ГБЦ, но наибольшие потери происходят при выходе выхлопных газов. Именно поэтому использование выхлопа для раскручивания турбины повышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Большая часть полезной работы затрачивается на преодоления трения, сжатия пружин и насосные потери, связанные с перекачиванием технических жидкостей (моторного масла, жидкости ГУР). Под потерями на трение подразумевается не только сопротивление движению поршней, вращению коленчатого и распределительного валов, но и, к примеру, затрачиваемое усилие на вращение шкива генератора.
КПД двигателя рассчитывается как соотношение полезной энергии к общему количеству энергии, высвободившейся в процессе горения ТПВС.
КПД конкретной модели двигателя зависит от многих параметров, но в целом можно сказать, что бензиновые агрегаты имеют эффективность в районе 20-25%, тогда как показатель атмосферных ДВС цикла Дизеля достигает 40%. Установка турбонагнетателя на дизельный двигатель позволяет получить внушительные 50-53% эффективности.
Борьба с потерями
Можно выделить 3 основные способа потери полезной энергии:
- топливная эффективность (порядка 25% всех потерь). Как бы ни старались конструкторы, но сжечь полностью порцию топлива и получить близкую к максимально возможной отдачу на современной стадии двигателестроения невозможно;
- тепловые потери в процентном эквиваленте достигают 35% от общей эффективности;
- механические потери, связанные с трением, насосными потерями (около 20%).
Существует 2 основных способа получения большей отдачи от сгорания ТПВС: увеличить топливную эффективность и уменьшить потери. Чтобы получить большую отдачу от сгорания бензина, ТПВС нужно как можно сильнее сжать. Но в случае с бензиновыми двигателями мы натыкаемся на большую проблему – детонацию. Дизельным моторам детонация не страшна, но увеличение энергии приводит к чрезмерным нагрузкам на коленчатый вал, вкладыши коленвала и т.д. Поддерживать чрезвычайно высокую температуру в камере сгорания двигателя также нет возможности, так как детали ЦПГ, головки блока цилиндров имеют определенный коэффициент расширения. Изготовление деталей из сверхпрочных материалов удорожит себестоимость производства, сделав тем самым изготовление экономически невыгодным. Уменьшение потерь – действенный способ увеличения КПД двигателя. Именно желание уменьшить потери привело современное двигателестроение к облегчению деталей ЦПГ, уменьшению размера поршневых колец, ранней блокировке ГДТ в коробках автомат и тому подобным мерам.
Видео:Урок 175. Уравнение теплового балансаСкачать
2. книга по теории ДВС 09. 2012. 2. книга по теории ДВС 09. Первый и второй законы термодинамики
| Название | Первый и второй законы термодинамики |
| Анкор | 2. книга по теории ДВС 09. 2012.doc |
| Дата | 08.05.2017 |
| Размер | 18.02 Mb. |
| Формат файла |  |
| Имя файла | 2. книга по теории ДВС 09. 2012.doc |
| Тип | Документы #7265 |
| страница | 5 из 7 |
| Подборка по базе: все тесты второй муд.docx, день первый ппр 1.ppt, Реферат на тему Основные законы древней греции.docx, Важнейшие экологические законы.docx, Реферат по Истории. Правители России во второй половине ХХвека.., 1 Первый признак, указывающий на гипоксию организма Икота Бледно, Лекция Законы распределения.doc, Элементы химической термодинамики. Растворы.Растворимость вещест, Развитие философии науки во второй половине XX.pptx, Хатынь во время второй мировой войны.pptx Видео:10 класс, 11 урок, Уравнение теплового баланса с учетом изменения агрегатного состояния веществаСкачать  3.5 основы теории ДВС 2012Видео:Урок 113 (осн). Задачи на уравнение теплового балансаСкачать  Тепловой баланс и теплонапряженность двигателяВидео:89 НЕ ЗНАЮТ этого в Физике: Что такое Количество Теплоты, Теплоемкость, Уравнение Теплового БалансаСкачать  Тепловой баланс двигателя
разделяется примерно на составные части согласно таблице.
Тепловой баланс двигателя определяется не аналитически, а на основании экспериментальных данных при испытании двигателя. Однако и в этом случае часть тепловых потерь не поддается учету. В общем виде уравнение теплового баланса имеет следующий вид: Где Q —100 % подведенного тепла к двигателю при сгорании всего топлива 1.1) потери от неполноты сгорания вследствие плохого перемешивания топлива с воздухом; 1.2) потери, эквивалентные части работы трения в подшипниках и прочих механизмах (потери тепла на трение между поршнем и цилиндром поглощаются охлаждающей водой); 1.3) потери от лучеиспускания 1.4) потери, эквивалентные кинетической энергии отработавших газов. Кроме того, в остаточный член входит неизбежно получающаяся при экспериментировании неувязка теплового баланса. Суммарно остаточный член Qs теплового баланса составляет 5—10% от общего количества тепла, введенного в цилиндр двигателя. Практически Qs определяют как разность между количеством затраченного тепла в единицу времени Q T и следующими составляющими теплового баланса: 2. Тепло Qe , превращенное в полезную работу : Qe=Ne дж/сек ( Qe=632Ne кал/ч) для дизелей составляет 45-55 % 3. Тепло Qω потерянное с охлаждающей водой: Qω=Gв (tвых- tвх) Со, для дизелей составляет 15-28 % где t вх и t вых — температура входящей и выходящей воды; G B — количество воды, кг/ч; Со — теплоемкость воды. 4. Тепло Qg , теряемое с отработавшими газами: где М п.с и M 1 — число молей продуктов сгорания и свежего заряда на 1 кг топлива; mс’ р и mс р — молярные теплоемкости продуктов сгорания и свежего заряда при р= const; Tr и Та — температура отработавших газов и свежего заряда; G T — количество топлива. По тепловому балансу можно оценить долю потерь каждой из составляющих баланса и при доводке двигателя определить возможность снижения принципиально устранимых потерь тепла, имеющих место в двигателе сверх неизбежных потерь. Принципиально устранимые потери включены в следующие составляющие баланса: Qg, Qw, Qx , Qs вместе с неизбежными потерями, согласно второму закону термодинамики. Как видно из формулы теплового баланса ( 1) наибольшие потери тепла составляют с выхлопными газами. Для повышения КПД всей силовой установки это тепло используется вторично( утилизируется) ,например для подогрева воды в утиль котлах, бойлерах и т.д. Теплонапряженность Особенно актуально это для современных двигателей, которые характеризуются значительным увеличением форсировки рабочего процесса за счет наддува. Рост среднего эффективного давления в два раза привел к повышению тепловой напряженности. Для снижения теплонапряженности деталей применяют меры для интенсивного охлаждения ( сверление в опорном поясе втулок цилиндров дополнительных каналов охлаждения, то же самое в донышке поршня). Также увеличивают угол предварительного выпуска газов, что приводит к увеличению доли тепла ,отводимого с выпускными газами, а это позволяет повысить мощность турбокомпрессора. Сохранение масляной пленки на стенках втулки цилиндров, в зоне первого поршневого кольца обеспечивается температурой не выше 200-220 С. Это значение обеспечивается контролем по косвенным показателям- температурой выхлопных газов и температурой охлаждения, средним эффективным давлением. Ограничение этих показателей в эксплуатации исключает тепловую перегрузку деталей и обеспечивает надежную работу двигателя . Ответить на следующие вопросы: 2. объяснить почему невозможно получить 100% полезной работы от подведенного топлива. 3. понятие теплонапряженности ДВС 4. какие конструктивные меры принимают для снижения теплонапряженности деталей. 5. какие эксплуатационные меры ограничивают теплонапряженность ДВС. Определение пути,скорости и ускорения поршня. В центральный, или КШМ (рис. 88, а), в котором оси цилиндра коленчатого вала пересекаются, наиболее распространен в судовых ДВС. Обычно судовые дизели представлены однорядными вертикальными, двухрядными вертикальными и V-образными с центральным типом КШМ. У V-образного дизеля оси цилиндров одного ряда смещены относительно осей цилиндров другого ряда на ширину кривошипной головки шатуна, так как на одну шейку вала работают две кривошипные головки шатунов. Задачей кинематики двигателей является определение пути, скорости и ускорения поршня, а также их графическое изображение, что в конечном счете позволит определить силы , действующие в КШМ в любой момент времени и при любом угле поворота кривошипа. 1. Определение пути ,пройденного поршнем,поправка Брикса Расстояние между осью поршневого пальца и осью вала при повороте его на угол а Путем математических вычислений получим формулу пути поршня Угол наклона шатуна является функцией угла поворота кривошипа и после преобразований получим: Х=R < 1- cosa +1/2 *λ sin 2 a > ( 2) Параллельно линии ОВ из точки О’ проводят линию О’В’. Приближенно можно считать ﮟ ВВ≈ОО / sina=1/2λRsina или ВоМ=R-Rcosa+1/2λR sin 2 a=R(1-cosa) 1/2λR sin 2 a Следовательно, отрезок ВоМ=х, т. е. пути поршня.Таким образом, для получения пути поршня с учетом косвенного влияния шатуна нужно поправку Брикса отложить в сторону н. м. т. и провести из точки О’ линию О’ В’ параллельную положению кривошипа. СКОРОСТЬ И УСКОРЕНИЕ ПОРШНЯ Средняя скорость поршня Vm наряду с частотой вращения является показателем скоростного режима двигателя. Она определяется по формуле Vm = Sn/30, где S — ход поршня, м; п — частота вращения, мин-1. Считают, что для МОД vm = 4-6 м/с, для СОД vm = 6s-9 м/с и для ВОД vm > 9 м/с. Чем выше vm, тем больше динамические напряжения в деталях двигателя и тем больше вероятность их изнашивания — в первую очередь цилиндропоршневой группы (ЦПГ). В настоящее время параметр vm достиг определенного предела (15—18,5 м/с), обусловленного прочностью материалов, применяемых в двигателестроении, тем более, что динамическая напряженность ЦПГ пропорциональна квадрату значения vm. Так, при увеличении vm в 3 раза напряжения в деталях возрастут в 9 раз, что потребует соответствующего усиления прочностных характеристик материалов, применяемых для изготовления деталей ЦПГ. Средняя скорость поршня всегда указывается в заводском паспорте ( сертификате) двигателя. где R— радиус кривошипа в м ω — угловая частота вращения коленчатого вала в рад/сек; а — угол поворота коленчатого вала в град; Со — окружная скорость центра, кривошипной шейки в м/сек; Продифференцировав аналогичным образом формулу ( 1) получим Значения функции sin (a +B) берут из таблиц приводимых в справочниках и пособиях взависимости от a и λ. Очевидно, что максимальное значение скорости поршня при L=∞ будет при а=90° и а=270°: C Следовательно, и максимальная скорость поршня будет равна . Смакс = 1,57 Ст. Представим уравнение скорости в виде С = Rωsin a +1/2λ Rωsin2a. Графически оба члена правой части этого уравнения будут изображаться синусоидами. Первый член Rωsina, представляющий скорость поршня при бесконечной длине шатуна, изобразится синусоидой первого порядка, а второй член 1/2λ Rωsin2a —поправка на влияние конечной длины шатуна — синусоидой второго порядка. построив указанные синусоиды и сложив их алгебраически, получим график скорости с учетом косвенного влияния шатуна. Из графика видно, что СМакс при учете влияния конечной длины шатуна будет больше Со и что скорость достигнет максимума при нисходящем ходе поршня несколько раньше середины его хода, а при движении вверх — несколько , а при движении вверх — несколько позже. определение ускорения поршня. И и и произведя преобразования, получим В. в. м. т. ускорение направлено вниз, в сторону движения поршня, а в н. м. т. — вверх. Ускорение в в. м. т. по абсолютной величине будет больше ускорения в н. м. т. В произвольном масштабе по оси абсцисс откладывают углы поворота кривошипа от 0° через каждые 15° до 360°, а по оси ординат — соответствующие им значения Rω 2 cоsа и λ Rω 2 cоs2а . Соединив концы ординат, получим две косинусоиды (рис. 248) Косинусоида 1 первого порядка является кривой ускорения поршня при L =∞, т. е. графически изображает первое слагаемое Rω 2 cоsа , График действительного ускорения 3 получают путем алгебраического сложения ординат косинусоиды при L =∞ и косинусоиды, учитывающие поправку Брикса. Из графика видно, что если учесть влияние конечной длины шатуна, то для нисходящего хода поршня а=0, когда поршень немного не дошел до середины хода, а для восходящего хода поршня а=0, когда поршень немного перешел за середину хода. Ответить на вопросы:
🔍 ВидеоЗадача на Тепловой обмен. физика 8 классСкачать  Урок 127 (осн). Задачи на уравнение теплового баланса - 1Скачать  Лекция "тепловой баланс двигателя"Скачать  Закон сохранения превращения энергии в тепловых процессах. 8 класс.Скачать  Урок 176. Задачи на уравнение теплового балансаСкачать  Уравнение теплового балансаСкачать  C-шки по физике #3 Уравнение теплового балансаСкачать  🔴 ЕГЭ-2022 по физике. Уравнение теплового балансаСкачать  Тепловые двигатели и их КПД. 8 класс.Скачать  Урок 130 (осн). Тепловые двигатели, КПД теплового двигателяСкачать  Теплообмен. Уравнение теплового баланса 8-10 класс | Физика TutorOnlineСкачать  КПД ДВИГАТЕЛЯ теплового 8 класс физика ПерышкинСкачать  ❗ Количество теплоты ❗ Уравнение теплового баланса + РЕШЕНИЕ задачСкачать  | ||||||||
Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, не может быть полностью превращено в полезную работу, так как в соответствии со вторым законом термодинамики часть этого тепла должна быть передана холодному источнику. В реально выполненных двигателях, работающих по действительному циклу, имеют место дополнительные потери тепла в охлаждающую воду, с отработавшими газами и др. Количественное распределение тепловой энергии топлива на полезную работу и потери при превращении тепла в механическую работу в цилиндрах двигателя носят название теплового баланса . 
то приводит к высоким тепловым напряжениям и может привести к трещинам и полному разрушению.
поршневых ДВС кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательное движениерабочих поршней во вращательное движение коленчатого вала. В практике дизелестроения используют разные варианты конструкций КШМ, среди которых имеются и очень сложные.
На рис. 244 OB = R— радиус кривошипа и AB=L— длина шатуна. Обозначим отношение L0 =L/R— называется относительной длиной шатуна, для судовых дизелейнаходится в пределах 3.5-4.5.
При помощи геометрических выкладок можно доказать, что при повороте кривошипа на какой-то угол от В.М.Т. поршень проходит путь больший, чем путь, проходимый поршнем при повороте кривошипа на такой же угол от Н.М.Т. при построении графического пути ,пройденного поршнем это учитывается с помощью поправки Брикса. Для определения пути поршня, соответствующего повороту кривошипа на угол а, по способу Брикса откладывают из центра О (рис. 246) в сторону, противоположную в. м. т., отрезок 00’=R 2 /2L=1/2λR , называемый поправкой Брикса.
o/Cm= πRn15/Rn30=π/2=1,57 откуда Co=1,57 Cm
звестно из физики Fи= ma, т.е силы инерции зависят от массы и ускорения. Для уравновешивания сил поступательно и вращательно движущихся частей КШМ необходимо знать эти показатели.
звестно, что ускорение есть производная скорости по