2.12 Тепловой баланс

Определяем количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

Q_o=H_u G_T / 3,6 (2,82)

Q_o= 4393019,1 / 3,6 = 233073 Дж/сек.

Определяем теплоту, эквивалентную эффективной работе за 1с:

Q_e=1000N_e (2,83)

Q_e =1000×69=69000 Дж/с

Определяем теплоту, передаваемую охлаждающей среде:

Q_B =ciD^1+2m n^m  ( H_u – ΔH_u )/(αH_u ) (2,84)

где с = 0,5 – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей;

m – показатель степени для четырехтактных двигателей при 4500 об/мин,

m=0,62.

D = 9 см – диаметр цилиндра,

i = 4,- число цилиндров.

Q_B =0,549^1+2(0,62) 4500^0,62 (43930 – 2481 )/(0,9543930 )=50183 Дж/сек

Определяем теплоту, унесенную с отработавшими газами:

Q_r = (G_t / 3,6)[M₂(mc_p``)^tr₀(T_r-273) –M₁(mc_p)^t0₀(T₀-273)] (2,85)

где иопределены следующим образом:

а) по табл.2.2  при α= 0,95, t_r=727⁰С определяется методом интерполяции

(mc_v``)^tr₀= 31 кДж / (кмольград) – теплоемкость остаточных газов,

(mc_p``)<sup>tr</sup><sub>0</sub> =(mc<sub>v</sub>``)^tr₀ + 8,315 = 31 + 8,315 =39,34 кДж / (кмольград)

б) аналогично при t₀=15⁰C определяются:

(mc_v)^t0₀ =21,76 кДж/(кмольград)

(mc_p)^t0₀=(mc_v)^t0₀ + 8,315 = 21,76 + 8,315 =30,075 кДж/(кмольград)

Q_r=(19,1 / 3,6)[0,53639,34(1000-273) - 0,5130,075(288-273)] = 80128 Дж/с.

Определяем теплоту, потерянную из-за химической неполноты сгорания топлива при α=0,95:

Q_н.с= ΔH_uG_t / 3,6 (2,85)

Q_н.с=248119,1 / 3,6 = 13163 Дж/с.

Определяем неучтенные потери теплоты:

Q_ост = Q_о– (Q_е + Q_B+ Q_r+ Q_н.с) (2,86)

Q_ост =233073 – (69000+ 50183 + 80128 + 13163) = 20599 Дж/с.

Составляющие теплового баланса в Дж/с и процентах представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3.

Составляющие	Q, Дж/с.	q, %.
Qe	69000	29,6
Qв	50183	21,5
Qг	80128	34,4
Qн.с.	13163	5,7
Qост	20599	8,8
Qо	233073	100

3. Расчёт систем двигателя

3.1 Расчет элементов системы охлаждения

Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения, меньшая – системой смазки и непосредственно окружающей средой.

В зависимости от рода используемого теплоносителя в автомобильных и тракторных двигателях применяют систему жидкостного или воздушного охлаждения. В качестве жидкого охлаждающего вещества используют воду и некоторые другие высококипящие жидкости, а в системе воздушного

охлаждения – воздух.

Расчет водяного насоса.

Водяной насос служит для обеспечения непрерывной циркуляции воды в системе охлаждения. В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее применение получили центробежные насосы с односторонним подводом жидкости.

Количество тепла, отводимого от двигателя водой (по данным теплового баланса):Qв= 50183Дж/c;

Средняя теплоёмкость воды: С_ж=4187 Дж/кг*К

Средняя плотность воды:

Напор насоса:

– коэффициент подачи насоса

- температурный перепад воды при принудительной циркуляции

– механический КПД водяного насоса

Циркуляционный расход воды в системе охлаждения:

(3,1)

Расчётная производительность насоса:

(3,2)

Мощность потребляемая водяным насосом:

(3.3)

кВт

Расчёт радиатора:

Расчёт радиатора состоит в определении поверхности охлаждения, необходимой для передачи тепла от воды к окружающему воздуху.

Дж/с – количество тепла, отводимого от двигателя и передаваемого от воды к охлаждённому воздуху;

– средняя теплоёмкость воздуха;

Объёмный расход воды: м³/с

Средняя плотность воды: кг/м³

-температурный переход воздуха в решётке радиатора;

-температура воды перед входом в радиатор;

-температурный перепад воды радиаторе;

-средняя температура воздуха проходящего через радиатор;

Вт/(м²∙град)– коэффициент теплопередачи для радиаторов грузовых автомобилей.

Количество воздуха, проходящего через радиатор:

(3,4)

Массовый расход воды, проходящей через радиатор:

(3,5)

Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор:

(3,6)

Средняя температура воды в радиаторе:

(3,7)

Поверхность охлаждения радиатора:

(3,8)

Расчёт вентилятора:

Вентилятор служит для создания направленного воздушного потока, обеспечивающего отвод тепла от радиатора. Массовый расход воздуха, подаваемый вентилятором:

– к.п.д. литого вентилятора

– коэффициент теплопередачи для радиаторов

– напор, создаваемый вентилятором.

Плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе:

(3,9)

Производительность вентилятора:

(3,10)

Фронтовая поверхность радиатора:

, (3,11)

где м/с – скорость воздуха перед фронтом радиатора без учёта скорости движения автомобиля

Диаметр вентилятора:

(3,10)

Окружная скорость вентилятора:

(3,11)

где – безразмерный коэффициент для криволинейных лопастей.

Число оборотов вентилятора:

(3,12)

Мощность затрачиваемая на привод вентилятора:

(3,13)