Методичка. - Тепловые расчеты (2003)

значение в уравнение (1.22) проверяем совпадение правой и левой части равенств с точностью до 2 %.

Таким образом, находим уточненные значения показателя политропы и температуры в конце расширения .

Определяем давление в конце расширения, МПа

	.	(1.23)

Объем цилиндра в конце расширения , м3

	.	(1.24)

1.6. Индикаторные показатели работы двигателя

Индикаторные показатели работы двигателя характеризуют совершенство действительного рабочего цикла двигателя. К ним относятся среднее

индикаторное давление , индикаторная мощность , индикаторный кпд

, индикаторный удельный расход топлива двигателем .

Средним индикаторным давлением называют такое условное, постоянное по величине, избыточное давление, которое, действуя на поршень, совершает работу за один его полный ход, равную работе газа за рабочий цикл (рис. 4).

Среднее индикаторное давление, МПа

. (1.21)

Индикаторная мощность двигателя

	,	(1.22)

где – рабочий объем цилиндра, м3; – частота вращения коленчатого вала, мин-1; – число цилиндров; – коэффициент тактности, для четырехтактного двигателя ;

									,		(1.23)
	где					– диаметр цилиндра, м;						– ход поршня, м.
Индикаторный кпд двигателя
											(1.24)
										;
Расчетное значение индикаторного кпд должно лежать в пределах
							.
Удельный индикаторный расход топлива двигателем, кг/(кВт ч)
											(1.25)
								.

1.7. Эффективные показатели работы двигателя

Ввиду наличия механических сопротивлений при работе двигателя, мощность, которую возможно отобрать с коленчатого вала двигателя будет меньше индикаторной мощности на величину мощности механических сопротивлений. Соответственно изменятся и другие показатели работы

двигателя. Задавшись значением механического кпд двигателя необходимо определить: среднее эффективное давление , МПа; эффективную мощность двигателя , кВт; эффективный кпд ; удельный эффективный расход топлива двигателем , кг/(кВт ч), учитывая, что

	.	(1.25)

Часовой расход топлива двигателем, кг/ч

	.	(1.26)

1.8. Построение индикаторной диаграммы

На основании выполненных расчетов строится расчетная индикаторная

диаграммы двигателя в координатах . Построение следует проводить на листе координатной бумаги формата А4. Ориентировочный вид диаграммы для четырехтактного двигателя показан на рисунке 4 (без процессов газообмена).

Рис. 4 Индикаторная диаграмма дизеля

Масштаб следует подбирать таким образом, чтобы длина отрезка находилась в пределах 120 … 150 мм. Прежде чем приступить к построению, необходимо рассчитать значения давлений на линиях сжатия и расширения

для нескольких (не менее 6) промежуточных значений объема . При расчетах используйте уравнения политропного процесса:

на участке сжатия			;		(1.27)
					(1.28)
на участке расширения				.

Расчеты следует представить в табличной форме (таблица 2).

Таблица 2

Расчетные значения давлений

		, м3			, МПа
			на линии сжатия			на линии расширения

	.		.
	.		.
	.		.

.				.
.				.
.				.

2. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

В настоящем разделе курсовой работы выполняется тепловой и гидродинамический расчет водомасляного теплообменника, обеспечивающего охлаждение смазочного масла дизеля при его работе. Расчет производится для номинального режима работы дизеля на основании расчетных данных, полученных в разделе 1 и исходных данных задания на курсовую работу.

Для всех вариантов исходных данных следует принять конструкцию теплообменника с числом ходов воды , латунными трубками с треугольной разбивкой, поперечно – зигзагообразно омываемых маслом.

Размеры трубок: внутренний диаметр мм; наружный диаметр

мм; шаг разбивки мм; зазоры между корпусом и поперечными перегородками равны примерно 0,5 мм.

2.1. Конструктивный тепловой расчет маслоохладителя

Тепловая мощность маслоохладителя, кВт

, (2.1)

где – доля от подведенной с топливом теплоты, потерянной на нагрев масла. Для дизелей без наддува .

Циркуляционный расход масла дизелем , кг/ч определяем, задаваясь величиной перепада температур масла оС. При этом:

– температура масла на выходе , оС

(2.2)

– расход масла

, (2.3)

где – теплоемкость масла. Определяется для среднеарифметического значения температуры масла.

Расход воды , кг/ч через теплообменник принять равным

			.		(2.4)
Конечная температура охлаждающей воды, оС
					(2.5)
				,

где – средняя массовая теплоемкость воды, кДж/(кг К); кДж/(кг К).

Средняя температура воды, оС

			.		(2.6)
Средний температурный напор при перекрестном токе, оС
					(2.7)
				,

где – поправка к противотоку; ; – средний температурный напор при противотоке, оС

	.	(2.8)

Средняя температура масла, оС

. (2.9)

При этой температуре по данным таблицы приложения 2 необходимо определить параметры масла: коэффициент теплопроводности , Вт/(м К); коэффициент кинематической вязкости , м2/с; число Прандтля ; плотность масла , кг/м3.

Критерий Рейнольдса, характеризующий режим течения масла

,

(2.10)

где – скорость масла в узком сечении; м/с

Коэффициент теплоотдачи от масла, учитывающий наличие небольших зазоров между корпусом и перегородкам, Вт/(м2 К)

	,	(2.11)

где – критерий Нуссельта. На основании экспериментальных данных для теплообменников рассматриваемого типа применима формула:

	.	(2.12)

Основное термическое сопротивление – с масляной стороны; примем ориентировочно . С учетом уравнений (2.8)…(2.10) имеем

	.	(2.13)

Поверхность теплообмена , м2 следует считать по наружному диаметру трубок, так как коэффициент теплоотдачи со стороны масла ниже, чем со стороны воды

	.	(2.14)

Задаваясь разным числом трубок , подсчитываем основные параметры аппарата по следующим формулам:

Длина трубок, м
															(2.15)
									.
Сечение одного хода по воде, м2
															(2.16)
											,
	где							– внутренний диаметр трубок, м;						– число ходов по воде.
Скорость воды в трубках, м/с
															(2.17)
												,
где		– плотность воды при средней температуре воды														; определяется по
таблице приложения 3.
Критерий Рейнольдса для воды
															(2.18)
										,

где – коэффициент кинематической вязкости воды при средней температуре воды (прил. 3).

Внутреннее сечение корпуса , м складывается из участка, занятого трубками и двух вырезов в перегородках для прохода масла

	,	(2.19)

где – шаг трубной доски, м; – коэффициент заполнения трубной доски;

принять ; – скорость течения масла в перегородках; принять м/с.

Внутренний диаметр корпуса, м

	.	(2.20)

Для определения рациональных конструктивных характеристик теплообменника, расчеты по формулам (2.13) … (2.18) следует повторить

для нескольких значений числа трубок , с шагом не более 50. При выборе диапазона изменение , необходимо чтобы длины трубок

варьировалась в пределах м.

Результаты представить в табличной форме (табл. 3).

Таблица 3

Расчет конструктивных характеристик

N

, м

м2

, м/с

, м2

, м

Для дальнейшей разработки следует принять вариант, обеспечивающий развитое турбулентное движение воды в трубках .

2.2. Гидродинамический расчет

Задачей гидродинамического расчета является определение гидродинамического сопротивления, испытываемого теплоносителями в выбранной конструкции теплообменного аппарата. Для снижения расчетных объемов в настоящей курсовой работе выполняется расчет только для одного теплоносителя – воды.

Гидродинамического сопротивление при движении воды в трубах, м вод. столба

	,	(2.21)

где – число ходов; – коэффициент, учитывающий загрязнение и шероховатость поверхности; для латунных трубок принять в пределах

; – коэффициент трения; – общая длина пути воды в трубке; с учетом развальцовок с обоих краев трубки м; – скорость движения воды в трубках, м/с; – скорость движения во входном и

выходном патрубках; принять м/с; – ускорение свободного падения; м/с2.

Коэффициент трения определить для случая изотермического движения воды в гладкой трубке по формуле Блаузиса

	.	(2.22)

По результатам гидродинамического расчета определяем мощность, потребную на привод водяного насоса, кВт

	,	(2.23)

где – коэффициент запаса, учитывающий случайные перегрузки; принять равным ; – кпд насоса. В современных насосах .

В заключение, студент должен привести основные результаты расчета, сгруппировав их в табличной форме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. – М.: Машиностроение, 1984. – 383 с.

2.Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник/ Под ред. В.М. Школьникова. М.: Изд. центр

“Техинформ”, 1999. – 596 с.

3.Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. М.: Высш. шк., 2002. – 496 с.

4.Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы. Справочник / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. – М.: Энергия, 1980. – 528 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Средние мольные изохорные теплоемкости воздуха и продуктов сгорания при α = 1

				Теплоемкость,
				кДж/(кмоль К)
		, оС
				воздуха,		продуктов
							сгорания

0	20,676	22,190
100	20,833	22,525
200	20,984	22,902
300	21,206	23,320
400	21,474	23,739
500	21,780	24,200
600	22,090	24,618
700	22,408	25,079
800	22,713	25,498
900	23,006	25,874
1000	23,283	26,293
1100	23,457	26,628
1200	23,794	27,005