1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое внешний тепловой баланс двигателя

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Тепловой баланс — двигатель

Тепловым балансом двигателей внутреннего сгорания называют равенство между количеством теплоты, поступившим в цилиндр двигателя с топливом, с одной стороны, и статьями расхода этого топлива — с другой. [16]

Под тепловым балансом двигателя понимается распределение теплоты, получающейся при сгорании топлива, на полезную работу и потери при работе двигателя. [17]

Отсюда выводится тепловой баланс двигателя по фиг. [18]

Если проанализировать тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания , то сразу обнаруживается, что теплота, не превращенная в работу, слагается главным образом из тепла, уносимого продуктами сгорания при выхлопе, и теп лоты, отданной охлаждающей среде через стенки цилиндра. Когда выхлоп производится при небольшом избыточном давлении ( это осуществимо только в стационарных двигателях, где нет необходимости стремиться к предельной компактности двигателя), то теплота, уносимая продуктами сгорания при выхлопе, является термодинамически неизбежной потерей и может быть только косвенно использована для каких-либо целей подогрева. При больших избыточных давлениях выхлопа ( как в авиационных моторах) остаточное теплосодержание выхлопных газов может быть непосредственно использовано для получения дополнительной работы; с этой целью выхлопные газы направляют в газовую турбину, которая вращает нагнетатель, поджимающий воздух, подаваемый в двигатель. [19]

При рассмотрении теплового баланса двигателя внутреннего сгорания можно увидеть, что только около 30 % тепла, получаемого при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу, в то время как 30 — 35 % уносится газами и примерно 30 % уходит непосредственно или через охлаждающие приспособления бесполезно в атмосферу. Поэтому вполне возможно использование тепла воды из радиатора или отработавших газов для отопления автомобиля. [20]

Таким образом, тепловой баланс двигателя указывает на большие возможности использования отработанного тепла, заключенного в охлаждающей воде и отработавших газов. [21]

Значения отдельных составляющих теплового баланса двигателя не являются постоянными, а изменяются в зависимости от нагрузки, степени сжатия, состава смеси, теплового состояния и угловой скорости коленчатого вала двигателя. В табл. 1 приведены примерные значения отдельных составляющих внешнего теплового баланса автомобильных двигателей при максимальной их мощности. [22]

Остаточный член QOCT теплового баланса двигателя включает следующие тепловые потери, связанные с: физической неполнотой сгорания, являющейся результатом недостаточно хорошего перемешивания топлива с воздухом; работой вспомогательных механизмов; трением в подшипниках коленчатого вала; прочими неучтенными потерями и неточностями теплового баланса. [23]

Величины отдельных составляющих теплового баланса двигателя не являются постоянными и изменяются в зависимости от нагрузки. [24]

Что понимают под тепловым балансом двигателя . [25]

Теплобалансовые испытания проводятся для составления теплового баланса двигателя . [26]

Двигатели с воздушным охлаждением изображена схема теплового баланса двигателя внутреннего сгорания , из которой видно, распределение тепловых потерь двигателя. [27]

Таким образом, при ориентировочных подсчетах можно считать, что тепловой баланс двигателя Дизеля или газового двигателя состоит из трех равных частей: полезного тепла, обращенного в механическую работу, тепла, отведенного с охлаждающей водой, и тепла, ушедшего с отходящими газами. Не учтены в этом балансе: механические потери и потери а излучение. [28]

Второй способ связан со значительными трудностями, поэтому опытные данные теплового баланса двигателя являются также ориентировочными и служат для получения общего представления о распределении теплоты в двигателе, что дает возможность установить совершенство его конструкции и оценить его экономичность по сравнению с двигателями других типов. [29]

Относительная доля потерь теплоты с ОГ и в систему охлаждения подсчитывается при снятии теплового баланса двигателя . [30]

Тепловой баланс двигателя

Общее количество тепловой энергии, которое вводится в двигатель с топливом и определяется по низшей теплотворной способности последнего, не используется в двигателе полностью. В лучшем случае только 20…43% от всей располагаемой теплоты превращается в полезную эффективную работу, остальная же часть не используется, уходя в окружающую среду с отработавшими газами и пр.

Внешний тепловой баланс оценивает характер и величину потерь теплоты в двигателе на эксплуатационных режимах работы и дает возможность принять необходимые меры для снижения отдельных составляющих потерь теплоты; оценить теплонапряженность наиболее нагретых узлов и деталей; установить целесообразность использования теряемой теплоты в целях повышения КПД двигателя.

Читать еще:  Чем запрессовать подушку двигателя

Тепловой баланс выражают в абсолютных единицах Q, кДж/ч, удельный q, кДж/ч, либо относительных (в процентах к количеству подводимой теплоты). На практике чаще всего пользуются удельным и относительным балансами теплоты. Запишем уравнение теплового баланса

qт=qe+qохл+qг+qост,

где qт — располагаемая теплота сгоревшего топлива;

qe – теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя;

qохл – теплота, отводимая в охлаждающую среду;

qг – теплота, отводимая с выпускными газами;

qост – остаточный член баланса (невязка баланса), равный сумме неучтенных потерь.

Располагаемую теплоту определяют по эффективному удельному расходу топлива ge ,кг/кВт.ч и низшей теплоте сгорания топлива Qн , кДж/кг.

Qт=geQн .

Теплота, эквивалентная эффективной работе, равна Qe=3600Ne кДж/кг.

Отношение Qe/Qт равно эффективному КПД двигателя ηе .

Теплота, отводимая в охлаждающую среду, равна

Qохл=Qв+Qм= ,

где Qв теплота, отводимая в воду;

Qм теплота, отводимая в масло;

Gохл – расход жидкости, кг/ч;

с – теплоемкость жидкости, кДж/(кг∙ о С).

Теплота, отводимая в охлаждающую среду, состоит из теплоты, отданной рабочим телом и теплоты, эквивалентной работе трения двигателя.

Теплота, израсходованная на потери трения, переходит в основном, в охлаждающую жидкость; теплота трения поршня и поршневых колец отводится через втулку цилиндра в воду, а теплота от трения в подшипниках уносится маслом. Теплоту трения не включают в тепловой баланс, кроме доли трения, не перешедшей в охлаждающую среду (учитывается остаточным членом баланса).

Теплота, отводимая выпускными газами, Qг определяется, как разность энтальпий газов и поступающего в цилиндр свежего заряда.

Qг=Mge

Потери теплоты из-за не полного сгорания топлива незначительны и включаются в остаточный член теплового баланса. Остаточный член теплового баланса qост определяется как разность

qост=qт-(qe+qохл+qг)

и включает потери теплоты, эквивалентные неполному сгоранию топлива qн.сг., потерям на трение, не перешедшим в охлаждающую среду, кинетической энергии газов, qк.э. (если она не используется), лучеиспусканию двигателя в окружающую среду qл , сумме ошибок от неточности измерения и неучтенных потерь теплоты.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что такое среднее индикаторное и эффективное давления и как они определяются?

2. Что такое механические потери, их источники и составляющие?

3. Как определяется эффективная мощность?

4. Что такое тепловой баланс?

5. Перечислите состав системы питания карбюраторного двигателя.

6. Как осуществляется непосредственный впрыск бензина?

7. Перечислите состав топливной системы дизеля.

8. Перечислите методы повышения мощности двигателя.

9. Для каких целей служит наддув двигателей?

10. Назовите основные конструктивные элементы турбокомпрессора.

Внешний тепловой баланс двигателя

По окончании расчета рабочего процесса двигателя может быть составлен ориентировочный тепловой баланс, дающий представление о распределении тепла, полученного при сгорании топлива. Обычно тепловой баланс представляется в виде:

(41)

где Qo – располагаемое тепло:

Qe – полезно используемое тепло:

Qохл – потери тепла на охлаждение.

Последнюю величину можно определить только при испытаниях двигателя. При составлении расчетного теплового баланса в данном курсовом проекте Qохл вместе с Qост будем определять как остаточный член теплового баланса, т.е.:

Потери тепла с выхлопными газами находим по формуле:

где Мвых – расход выхлопных газов:

где jп – коэффициент продувки. Для 4-тактных двигателей jп =1,05…1,2; для 2-тактных jп =1,25…1,5.

Удельные теплоемкости выхлопных газов и продувочного воздуха определяются по формулам (18) – (21) для соответствующих температур. Температура смеси выхлопных газов и продувочного воздуха Tr находится из предположения, что при истечении газов из цилиндра в выхлопной коллектор происходит политропическое расширение с условным показателем политропы m = 1,3…1,35. В этом случае температура выхлопных газов определяется из выражения:

(49)

а температура смеси:

Напомним, что в формулах (49), (50) Рв и Рр – давление газов в конце расширения и в выхлопном коллекторе, МПа; Тв и Тк – температура газов в конце расширения и температура наддувочного воздуха, К; То – температура окружающей среды, К.

При наличии турбокомпрессора необходимо учесть тепло выхлопных газов, полезно используемое в газовой турбине. Поэтому для двигателей с газотурбинным наддувом:

Читать еще:  Что такое dons в двигателе авто

где Nтк – мощность, потребляемая турбокомпрессором:

где hткм – механический кпд турбокомпрессора, равный 0,97…0,99;

Gв – секундный расход воздуха через двигатель:

Rо – газовая постоянная для воздуха; Rо = 287.

Потери тепла на излучение в окружающую среду по опытным данным не превышают 2…3% от располагаемого тепла, т.е.

Остаточный член теплового баланса Qост характеризует неучтенные потери тепла:

– часть тепла, соответствующую работе трения (за вычетом доли тепла трения, отданной охлаждающей воде и маслу);

– количество тепла, соответствующее кинетической энергии выхлопных газов (если она не используется в импульсной турбине турбокомпрессора);

– другие неучтенные потери теплоты и погрешности расчета.

В таблице 1 приведены средние значения отдельных составляющих теплового баланса для различных типов двигателей.

Таблица 1 – Значения составляющих внешнего теплового баланса двигателей различных типов (%)

Двигателиqeqохлqизлqвыхqост
Комбинированные дизели с наддувом: – умеренным – высоким35…35 40…4810…25 10…183…7 4…825…50 20…472…7 2…5

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Что такое внешний тепловой баланс двигателя

Главное меню

  • Главная
  • Паровые машины
  • Двигатели внутреннего сгорания
  • Электродвигатели
  • Автоматическое регулирование двигателей
    • Автоматические регуляторы непрямого действия
    • Автоматические регуляторы прямого действия
    • Автоматическое регулирование
    • Двигатель как регулируемый объект
      • Угол опережения впрыска топлива в двигателе
      • Автоматическое регулирование температуры в системах охлаждения и смазки двигателя
      • Регулируемый наддув в двигателе
      • Установка автоматического регулятора угловой скорости в двигателе
      • Установка на двигателях автоматических регуляторов и устройств
      • Дифференциальное уравнение дизеля без наддува
      • Дифференциальное уравнение дизеля с автономным газотурбинным наддувом
      • Расчет циклов подачи топлива
      • Дифференциальное уравнение выпускного коллектора
      • Дифференциальное уравнение впускного коллектора
      • Дифференциальное уравнение турбокомпрессора
      • Передаточная функция двигателя
      • Дифференциальное уравнение двигателя
      • Переходные процессы в работе двигателя
      • Неустановившиеся режимы работы двигателей
      • Устойчивость режимов работы двигателей
      • Выработка энергии двигателем для потребителей
      • Статические характеристики двигателя
      • Режимы работы двигателя
      • Схема комбинированного двигателя
      • Особенности двигателя как регулируемого объекта
    • Двухимпульсные автоматические регуляторы
    • Динамические свойства элементов системы двигателя
    • Компоновка регулятора с двигателем
    • Параллельная работа двигателя
    • Переходные процессы в системах авто. регулирования
    • Синтез систем автоматического регулирования
    • Системы автоматического регулирования двигателей
    • Устойчивость систем автоматического регулирования
  • Восстановление и ремонт двигателей СМД
  • Топливо для двигателей
  • Карта сайта

Судовые двигатели

  • Судовые двигатели внутреннего сгорания
    • Общие сведения о двигателях внутреннеого сгорания
    • Основные части двигателя
    • Газораспределение в двигателях
    • Топлива и масла для двигателей
    • Смесеобразование и топливная аппаратура в дизелях
    • Система и устройство двигателя
    • Примеры и описания судовых двигателей
    • Идеальные циклы и тепловые процессы в двигателях
      • Расчет процесса продувки в цилиндрах двухтактных двигателей
      • Расчет процесса выпуска газов из цилиндра двухтактного двигателя
      • Среднее индикаторное давление двухтактного двигателя
      • Коэффициент наполнения в цилиндр рабочей смеси двухтактного двигателя
      • Параметры расчетных и рабочих циклов двухтактных двигателей
      • Прямоточные системы продувки в двухтактных тихоходных двигателях
      • Контурные системы продувок двухтактных двигателей
      • Система продувки и выпуска газов двухтактных двигателей
      • Среднее индикаторное давление рабочего цикла
      • Среднее индикаторное давление расчетного цикла
      • Диаграмма расчетного цикла среднего индикаторного давления
      • Процесс выпуска отработавших газов с цилиндра
      • Уравнение баланса тепла за период процесса расширения при сгорании топлива в цилиндре
      • Процесс расширения при движении поршня
      • Термодинамическое уравнение сгорания в цилиндре двигателя
      • Тепловой эффект реакции сгорания и коэффициент использования тепла в двигателе
      • Теплоемкость воздуха и продуктов сгорания в цилиндре двигателя
      • Количество воздуха, необходимое для сгорания топлива в дизеле
      • Характеристики периодов процесса сгорания в дизеле
      • Процесс самовоспламенения топлива в дизеле
      • Детонационное сгорание топлива в двигателе с принудительным зажиганием
      • Процесс сгорания топлива в двигателях с принудительным зажигание
      • Физико-химические процессы сгорания топлива в цилиндре двигателя
      • Воздушнокамерное смесеобразование в дизеле
      • Приближенный метод расчета процесса в вихревой камере дизеля
      • Предкамерное смесеобразование и сгорание в цилиндре дизеля
      • Пленочное смесеобразование и сгорание в цилиндре дизеля
      • Смесеобразование в дизелях (внутреннее смесеобразование)
      • Смесеобразование в карбюраторных двигателях (внешние смесеобразование)
      • Процессы смесеобразования и требования, предъявляемые к ним
      • Процесс сжатия в поршне
      • Коэффициент остаточных газов в цилиндре
      • Коэффициент наполнения цилиндра в двигателе
      • Оценка неполного сгорания топлива в двигателе по количеству сажи
      • Процесс наполнения цилиндра четырехтактного двигателя
      • Идеальные циклы двигателей и их термические К.П.Д.
      • Построение теоретической индикаторной диаграммы
      • Теоретический цикл ДВС с самовоспламенением от сжатия
      • Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания
      • Тепловой баланс работы двигателя
      • Утилизация теплоты от двигателя
    • Мощность и экономичность двигателя
    • Кинематика и динамика двигателя
    • Расчет на прочность основных деталей двигателей
    • Испытания и эксплуатация судовых двигателей
  • Судовые паровые турбины
  • Судовые газовые турбины
  • Судовые дизельные установки
Читать еще:  Цепь контроля работы двигателя

Как это следует из рассмотрения рабочего цикла двигателя, тепло, вы­деляющееся при сгорании топлива, не все переходит в полезную механи­ческую работу — часть тепла уносится с охлаждающей водой, с отработав­шими газами, а также незначительная часть тепла теряется от неполноты сгорания топлива в окружающую среду и переходит в тепло, эквивалентное кинетиче­ской энергии выпускных газов (если она не используется). Тепловой баланс двигателя (рис. 150) распределяет тепло, выделив­шееся при сгорании топлива, по статьям его расхода. Составляется тепловой баланс двигателя при различных режимах его ра­боты по данным испытаний. Обычно состав­ляют удельный тепловой баланс, т. е. отне­сенный к 1 э. л. с. ч в ккал или в процентах.

Уравнение удельного теплового ба­ланса состоит из следующих слагаемых:

где q т — располагаемое тепло топлива, вводимого в цилиндр двигателя,

q e — тепло, превращенное в эффективную работу 1 л. с. в течение 1 ч;

q охл — тепло, уносимое охлаждающей водой;

q г — тепло, уносимое отработавшими газами;

q н . б — невязка баланса, равная сумме остальных неучтенных потерь. Слагаемые уравнения теплового баланса равны:

где G охл — расход охлаждающей воды в кг/ч;

t 1 и t 2 — температуры охлаждающей воды при входе и выходе из дви­гателя;

с ? — теплоемкость воды.

Количество тепла, эквивалентное работе трения движущихся деталей двигателя, передается охлаждающей воде, циркулирующей в полостях охлаждения и в маслохолодильнике, а потому отдельно не учитывается. Ко­личество тепла от трения, не перешедшее в охлаждающую воду, включается в невязку баланса.

Тепло, уносимое отработавшими газами,

где Т г и Т — температуры отработавших газов в выпускном коллек­торе и свежего заряда, поступающего в цилиндр в °К.

Значение q г можно определить, пользуясь приближенной формулой для подсчета тепла, уносимого отработавшими газами 1 кг сгоревшего топлива:

Остаточный член теплового баланса — невязка баланса определяется как разность

Рассмотренное распределение тепла определяет так называемый внеш­ний тепловой баланс, который обычно составляется при испытании двига­теля. Распределение тепла, выделяемого в цилиндре, на слагаемые, учиты­вающие тепло, превращенное в индикаторную работу, тепло, переданное охлаждающей воде в различные периоды цикла, тепло, уносимое с отработав­шими газами, тепло, потерянное вследствие неполноты сгорания, тепло, отданное в окружающую среду, и тепло, эквивалентное кинетической энер­гии отработавших газов, называется внутренним тепловым балансом дви­гателя. На рис. 150 показана схема внешнего теплового баланса двигателя с разбивкой слагаемых его на отдельные внутренние составляющие, к числу которых относятся: q i —тепло, эквивалентное индикаторной работе; q c т — тепло, передаваемое стенкам двигателя; q мех — тепло, эквивалент­ное механическим потерям; q вг — тепло, эквивалентное полной энергии выпускных газов, q тр — тепло, эквивалентное работе трения поршня и поршневых колец; q кин — тепло, эквивалентное кинетической энергии выпускных газов; q л — тепло, теряемое в окружающую среду; q н . сг — тепло, эквивалентное неполноте сгорания топлива; q кол — тепло, передан­ное в охлаждающую воду в выпускном коллекторе.

Современные судовые дизели имеют следующие значения слагаемых теплового баланса при номинальном режиме их работы: q е = 35?45%; q охл = 15?28%; q г = 25?50%; q н . б = 1?8%.

При форсировке двигателя, как по числу оборотов, так и по среднему эффективному давлению удельный унос тепла охлаждающей водой умень­шается, а удельный унос тепла выпускными газами возрастает. Объясняется это тем, что с увеличением нагрузки и числа оборотов вала двигателя про­должительность процесса сгорания возрастает за счет догорания его на линии расширения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector