Исследование влияния влажности воздуха

При большой влажности (в тропических широтах) в цилиндр попадает меньше кислорода и это влияет на все показатели двигателя. Влажность воздуха характеризуют относительной влажностью, которая представляет собой отношение парциального давления Р_пар паров воды к давлению паров в насыщенной смеси: , или влагосодержанием, которое равно отношению массы паров воды к массе сухого воздуха .

Все предыдущие формулы написаны для сухого воздуха, Для влажного мы должны записать общее массовое количество рабочего тела, состоящего из сухого воздуха и паров воды: m = m_сух + d×m_сух =

= (1 + d)×m_сух.

Поэтому при использовании уравнения (36) учитывают долю сухого воздуха, а именно

, где .

Величину влагосодержания d оценивают по таблице 8.

В расчетах с сухим климатом относительная влажность находится в пределах y = 30 ... 40 %, и ее влияние не учитывают из-за малости, в зонах с умеренным климатом y = 50 ... 60 %, в тропиках относительная влажность достигает y = 90 ... 100 % и оказывает заметное влияние на показатели ДВС.

Таблица 8 - Влагосодержание воздуха при различных температурах и относительной влажности y %

Замечание: при использовании уравнения состояния (39) масса m_а определяется для влажного воздуха, так как пары воды являются составной частью рабочего тела.

Динамический расчет представлен отдельным протоколом табл.4 (этот расчет выполняется только для номинального режима). Результаты динамического расчета иллюстрируют графиками (рис. 6,7,8.)

Рисунок 6 - Силы, действующие на поршень и шатун

Рисунок 7 - Силы, действующие на кривошип

Рисунок 8 - Крутящий момент от одного цилиндра

Составной частью динамического расчета являются таблица набегающих крутящих моментов и график, изображающий выходной крутящий момент на валу двигателя. Последние (таблица и график) составляются с учетом числа цилиндров, расположением цилиндров и порядка их работы, числа и расположения кривошипов.

Важными параметрами в этом случае являются угол разворота кривошипов коленчатого вала Dj_кр и в двигателях V-образной конструкции угол развала блоков цилиндров g.

Например, в 4^хцилиндровом рядном двигателе Dj_кр = 720/i = 180°, порядок работы цилиндров 1-3-4-2; в 6^тицилиндровом V-образном двигателе: Dj_кр = 720/6 = 120°, угол развала блоков является конструктивным фактором, обычно g = 60° или g = 90°.

Таблицу набегающих крутящих моментов студент конструирует самостоятельно в зависимости от индивидуального задания, пример для 4^хцилиндрового рядного двигателя см. табл.9.

Таблица 9 - Таблица набегающих крутящих моментов для рядного 4^хцилиндрового ДВС

(М_i) _ср =

Суммарный крутящий момент (правая колонка) складывается и определяется средний индикаторный крутящий момент (М_i) _ср.

Образец таблицы для 6^тицилиндрового V-образного двигателя с углом развала блоков g см. табл.10.

Таблица 10 - Таблица набегающих крутящих моментов для V-образного шестицилиндрового ДВС

(M_i)_ср

Если коленчатый вал имеет три кривошипа, то угол разворота кривошипов Dj_кр = 720/3 = 240°. В этом случае сначала находят общий момент от двух цилиндров на первом кривошипе, в колонке М_1п все величины сдвинуты относительно М_1л на угол g. Моменты на втором и третьем кривошипах сдвинуты на Dj_кр = 240° в соответствии с порядком работы цилиндров.

По данным табл.9 (или 10) строят диаграмму суммарного индикаторного крутящего момента на выходном валу двигателя (рис.9)

Величину среднего индикаторного момента используют для контроля правильности теплового и динамического расчета.

Зная рассчитанную по формуле (40) эффективную мощность двигателя, можно найти средний момент на валу

, (41)

С другой стороны средний момент на валу определяется из динамического расчета с учетом механических потерь

Me = (M_i)_ср×h_m (42)

Величины Ме, найденные по формулам (41) и (42), должны быть одинаковы (допустимая погрешность не более 10%).

Рисунок 9 - Диаграмма суммарного индикаторного крутящего момента на валу двигателя.

2.10 Заключение и рекомендации

В конце пояснительной записки дается общее заключение о выполненном проекте, общая оценка полученных результатов и при необходимости формулируются рекомендации о выборе исследованного фактора.

Оформление курсового проекта

Пояснительная записка к курсовому проекту оформляется на листах стандартного формата (297´210), текст пишут темной пастой на одной стороне листа или компьютерным набором. Все графики выполняются в масштабе на миллиметровой бумаге или на листах ватмана или в компьютерном исполнении.

Текст, формулы, цифры должны быть четкими, правильными и грамотными.

Пояснительная записка содержит:

1. Титульный лист установленного образца, на нем указываются фамилии студента и преподавателя-консультанта, их подписи, даты исполнения и защиты.

2. Реферат на отдельной странице.

3. Индивидуальное задание.

4. Теорию и методику решения задачи.

5. Расчет исходных данных для номинального режима.

6. Таблицу исходных данных (табл.1).

7. Протоколы расчета и исследования на ПК.

8. Графики, иллюстрирующие результаты расчета и исследования.

9. Заключение и рекомендации.

10. Использованная литература.

Нумерация страниц пояснительной записки сквозная с учетом протоколов, графиков; первая страница это титульный лист, вторая - реферат и т.д., последняя - использованная литература, которая включает учебники, учебные пособия и методические указания.

Общий объем пояснительной записки 40 ... 50 страниц.

Защита курсового проекта

Курсовой проект выполняется в течение семестра, его защита планируется на последней (зачетной)неделе семестра. Перед защитой пояснительную записку проверяет преподаватель-консультант. В случае соответствия записки индивидуальному заданию, выполнения задания в полном объеме, правильного расчета всех величин и грамотного изложения и аккуратного оформления преподаватель делает отметку “к защите” и назначает срок защиты.

При защите курсового проекта необходимо показать знания по следующим разделам:

1. Определение и физическое толкование всех использованных величин, параметров, показателей, уравнений, процессов и явлений, составляющих суть теории и динамики ДВС.

2. Физико-математические модели для расчета исследования процессов в ДВС.

3. Методика определения исходных данных для расчета и исследования.

4. Содержание и результаты исследования.

5. Четкая формулировка основных результатов исследования.

При защите курсового проекта студент делает сообщение о его содержании в течение 5 ... 6 минут. В сообщении надо отразить:

1. Постановку и задачу исследования.

2. Индивидуальное задание.

3. Метод решения задачи.

4. Основные результаты исследования.

5. Выводы и рекомендации.

После сообщения студент отвечает на вопросы преподавателей - членов комиссии. Оценка по курсовому проекту ставиться с учетом:

1. Качества сообщения и ответов на вопросы.

2. Правильности расчетов, изложения материала.

3. Технической и литературной грамотности.

4. Аккуратности оформления текстов и графиков.

ПРИМЕР ТЕПЛОВОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ДВС

В качестве примера приведены сведения из теплового и динамического расчета дизельного автомобильного двигателя серии ЯМЗ, который выпускается в 4, 6, 8 и 10-ти цилиндровых вариантах.

Исходные данные для расчета номинального и исследовательских режимов приведены в таблице 1а. Исследуемым фактором служит угол опережения подачи топлива.

Результаты теплового расчета на номинальном режиме даны в таблице 3а.

Таблица 1а - Исходные данные для расчета рабочего цикла двигателя ЯМЗ-224 к программе DVS-2

Протокол №

		Численные величины	обоз-нач. и
№ №	Наименование величины	номина-льный режим	исследовательский режим	един. измерения
I.	Код двигателя							Y
II.	Вид расчета
III.	Тип двигателя
	1. Теплота сгорания топлива	4,25e7						Huт, Дж/кг
	2. Показатель процесса сгорания	0.2						m1
IV.	Конструктив-ные данные
	3. Количество цилиндров							i
	4. Рядный; V-образный							g = 0
	5. Диаметр цилиндра	0.13						D, м
	6.Площадь поршня	0.0133						Fn, м2
	7. Радиус кривошипа	0.07						rк, м
	8. Отношение	0.264						lк
	9. Площадь теплообмена поршня	0.01995						F¢n, м2
	10. Площадь теплообмена крышки	0.0146						Fк, м2
	11. Объем камеры сжатия	0.000116						Vc, м3
V.	Наддув
	12. Давление наддува							Рк, Па
	13. Темпер-ра наддувочного воздуха							Тк, К
VI.	Регулировочные данные
	14. Угол начала сгорания							jс, град
	15. Угол конца сгорания							jz, град
VII.	Режимные данные
	16. Угловая скорость вала	209.4						w, рад/с
	17. Коэффициент избытка воздуха	1.72						a
	18. Цикловая подача топлива	9.797E-5						Dmтц, кг/цикл
	19. Средняя температура стенок							Тw, К
VIII.	Начальные условия
	20. Давление							Ра, Па
	21. Температура							Та, К
	22. Масса рабочего тела	2.53E-3						mа, кг/цикл
	23. Объем рабочей полости	0.00197						Va, м3
IX.	Данные к динамическому расчету
	24. Масса поступательно движущихся частей (приведенная)	4.3225						mА, кг
X.	Расчетный шаг							Dj°

Студент, группа: (подпись) Ф.И.О.

Преподаватель-консультант: (подпись) Ф.И.О.

Таблица 3a

Станция -

ПРОТОКОЛ N - 1

номинальный

РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ АВТОТРАКТОРНОГО ТИПА

Начальные условия - параметры рабочего тела в начале

P6 = 1.35E+05 T6 = 3.69E+02 M6 = 2.53E-03 V6 = 1.97E-03

P T M V

180 1.355E+05 3.692E+02 2.530E-03 1.978E-03

190 1.371E+05 3.716E+02 2.530E-03 1.968E-03

200 1.408E+05 3.756E+02 2.530E-03 1.936E-03

210 1.469E+05 3.812E+02 2.530E-03 1.884E-03

220 1.559E+05 3.888E+02 2.530E-03 1.811E-03

230 1.685E+05 3.985E+02 2.530E-03 1.718E-03

240 1.859E+05 4.107E+02 2.530E-03 1.605E-03

250 2.099E+05 4.261E+02 2.530E-03 1.474E-03

260 2.435E+05 4.452E+02 2.530E-03 1.328E-03

270 2.911E+05 4.691E+02 2.530E-03 1.170E-03

280 3.607E+05 4.990E+02 2.530E-03 1.005E-03

290 4.656E+05 5.368E+02 2.530E-03 8.371E-04

300 6.304E+05 5.849E+02 2.530E-03 6.737E-04

310 9.019E+05 6.468E+02 2.530E-03 5.207E-04

320 1.372E+06 7.269E+02 2.530E-03 3.846E-04

330 2.220E+06 8.298E+02 2.530E-03 2.715E-04

340 3.712E+06 9.535E+02 2.530E-03 1.865E-04

350 1.127E+07 2.043E+03 2.573E-03 1.338E-04

360 1.694E+07 2.632E+03 2.601E-03 1.160E-04

370 1.467E+07 2.617E+03 2.615E-03 1.338E-04

380 9.511E+06 2.357E+03 2.622E-03 1.865E-04

390 5.746E+06 2.071E+03 2.625E-03 2.715E-04

400 3.583E+06 1.829E+03 2.626E-03 3.846E-04

410 2.371E+06 1.638E+03 2.626E-03 5.207E-04

420 1.667E+06 1.490E+03 2.626E-03 6.737E-04

430 1.237E+06 1.374E+03 2.626E-03 8.371E-04

440 9.626E+05 1.283E+03 2.626E-03 1.005E-03

450 7.802E+05 1.211E+03 2.626E-03 1.170E-03

460 6.548E+05 1.154E+03 2.626E-03 1.328E-03

470 5.664E+05 1.107E+03 2.626E-03 1.474E-03

480 5.028E+05 1.070E+03 2.626E-03 1.605E-03

490 4.567E+05 1.041E+03 2.626E-03 1.718E-03

500 4.233E+05 1.017E+03 2.626E-03 1.811E-03

510 3.994E+05 9.983E+02 2.626E-03 1.884E-03

520 3.831E+05 9.841E+02 2.626E-03 1.936E-03

530 3.730E+05 9.737E+02 2.626E-03 1.968E-03

540 3.685E+05 9.669E+02 2.626E-03 1.978E-03

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЦИКЛА

L_i = 2.166E+03 P_i = 1.163E+06

h_i = 5.202E-01 g_i = 1.628E-01

ДАЙТЕ ОЦЕНКУ ЦИКЛОВЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ P_i, h_i, g_i

Анализируя данные номинального режима констатируем, что Р_max = 16,94 МПа и Т_max = 2632 К. Сравнение этих величин с диапазонами, указанными в табл.5, показывает, что они превосходят рекомендованные значения, но незначительно. Поэтому с результатами номинального режима можно согласиться. При необходимости снижения величин Р_max и Т_max можно предложить следующие варианты:

1) увеличить коэффициент избытка воздуха a,

2) уменьшить угол опережения подачи топлива.

Из протокола номинального режима следует, что удельные энергетические и экономические показатели равны соответственно:

P_i = 1,163 МПа; h_i = 0,5202; g_i = 0,1628 кг/кВт×час.

В результате сравнения этих величин с данными табл.6 устанавливаем, что они близки к рекомендованным, что является косвенным подтверждением достоверности расчетов.

В таблице 4a приведены данные динамического расчета двигателя, на их основе построены на рис.6а диаграммы сил, действующих на поршень и шатун (P, N, S). Отметим, что величины Р и S мало отличаются между собой, поэтому на рис.6а они представлены одной кривой.

На рис.7а показаны силы, действующие на кривошип (от одного цилиндра), и на рис.8а дана диаграмма крутящего момента от одного цилиндра.

Таблица набегающих крутящих моментов составлена для рядного 4^хцилиндрового двигателя (таблица 9а) и на ее основе построена диаграмма крутящего момента этого двигателя (рис. 9а).

Таблица 4а

Станция -

ПРОТОКОЛ N - 1

номинальный

ТАБЛИЦА СИЛ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ

В КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ МЕХАНИЗМЕ

(Mi)cp=1.819E+02 Н×м

Рисунок 6а - Силы, действующие на поршень и шатун

Рисунок 7а - Силы, действующие на кривошип (от одного цилиндра)

-1

-2

Рисунок 8а - Крутящий момент, действующий на кривошип

(от одного цилиндра)

Рисунок 9а - Диаграмма суммарного индикаторного крутящего момента на валу двигателя (рядного, 4^хцилиндрового)

Таблица 9а

Станция -

ПРОТОКОЛ N - 1

номинальный

ТАБЛИЦА НАБЕГАЮЩИХ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ , H×м

M1 M2 M3 M4 M сум

(М_i)_ср = 7.277Е+02 Н×м

Средний за цикл индикаторный момент для одного цилиндра

(М'i)ср, 1.819E+02 Н×м

Средний за цикл индикаторный момент для всего двигателя

(Мi)cр, 7.277E+02 Н×м

Средний за цикл эффективный момент для всего двигателя (с учетом механического КПД) (Мe)cp, 5.458E+02 Н×м

Эффективный крутящий момент на валу (по данным теплового расчета) Me, 5.172E+02 Н×м

Контроль результатов расчета

В соответствии с протоколом теплового расчета (табл. 1а) индикаторная работа цикла L_i = 2166 Дж/цикл.

Индикаторная мощность одного цилиндра

кВт,

где n = 2000 об/мин = 33,3 об/с.

Индикаторная мощность двигателя:

N_i = i×N¢_i = 4×36,1 = 144,4 кВт.

Эффективная мощность двигателя:

N_e = N_i×h_m = 144,4×0,75 = 108,3 кВт.

Крутящий момент на валу:

Н×м.

Из динамического расчета (табл. 13) средний индикаторный момент двигателя:

(M_i)_ср = 727,7 Н×м.

Средний эффективный момент двигателя (с учетом механических потерь):

(M_е)_ср = (M_i)_ср×h_m = 727,7 × 0,75 = 545,8 Н×м.

Погрешность расчета:

или 5,53 %.

Результаты расчета удовлетворительны, так как в подобных расчетах допустимая погрешность составляет 10%.