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

Что такое тепловой баланс двигателя аналитическое выражение

Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Двс тепловой баланс

Из всего подводимого к двигателю тепла Q1 превращается в полез­ную работу только часть этого тепла Qе = АLе = ?еQ1. Остальное тепло в количестве Q1 (1 — ?е) ккал уходит из двигателя в виде различных теплопотерь.

Распределение количества затрачиваемой теплоты на полезную работу и на отдельные составляющие соответственно различным потерям, имеющимся в двигателе, называют тепловым балан­сом двигателя.

Если вести подсчет для количества тепла, которое может быть выделено при сжигании 1 кг (нм)3 израсходованного топлива, т. e. по рабочей теплотворности, то тепловой баланс можно представить так:

QHp = Qe + Qгаз +Qвод + Qхим + Qост, ккал/кг (ккал/м3), (II, 52)

где Qe — количество тепла, преобразованное в эффективную ра­боту, — полезное тепло;

Qгаз — потеря с отходящими газами, т. е. физическое тепло выбрасываемых газов;

Qвод — потеря охлаждения — тепло, которое уносится водой или воздухом, охлаждающим цилиндр двигателя;

Qхим — потеря от химической неполноты сгорания;

Qост — прочие потери — остаточный член баланса, в который частично входят потери на трение и в окружающую среду.

При определении величин теплового баланса в процентах выра­жение (II, 52) примет вид

100% = qe + qгаз +qвод + qхим + qост. (II, 53)

Здесь каждое слагаемое в правой части равенства представляет собой количество теплоты в процентах от всей располагаемой теп­лоты QHp т. е.

В табл. 10 приведены средние значения отдельных составляющих теплового баланса, выраженные в процентах от теплоты, введенной с топливом.

Тепловой баланс для определенного двигателя не является неиз­менным. По мере уменьшения нагрузки qе уменьшается (а при холо­стом ходе падает до нуля), qвод и в особенности qгаз растет; так же растет qост— вследствие большого относительного значения потерь на трение и в окружающую среду при малых нагрузках.

Читать еще:  Влияние коммутатора на работу двигателя

Тепловой баланс двигателя автомобиля: уровнение, формула КПД

В теории двигателестроения много внимания уделяется газообмену и распределению тепла в процессе работы ДВС. Немаловажный аспект в понимании работы – тепловой баланс двигателя.

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.
Читать еще:  Шаровая мельница какой двигатель используется

Если говорить о процентном выражении, то Q – 100% полученного тепла. Процентное соотношение общего количества тепла к каждому виду потерь можно получить по формуле:

Эффективность двигателя внутреннего сгорания

Большая 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.

Читать еще:  Что относится к системе питания дизельных двигателей

Состав горючей смеси

При экономичном составе смеси, когда а равно 1,05—1,1, значения qc становятся максимальными. Потери qохл возрастают при отклонениях в обе стороны от значений а, равных 0,8—0,9, что объясняется увеличением времени сгорания в обоих случаях. Потери qг увеличиваются с изменением коэффициента избытка воздуха аналогично qохл из-за увеличения температуры газов при замедлении скорости сгорания. Кроме того, при а >1 возрастают значения qг из-за роста тепловых потерь с излишним воздухом, участвующим в сгорании.

Рис. Влияние состава смеси на составляющие теплового баланса: а — изменение абсолютных значений: б — изменение относительных величин

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector