1-6第六節(jié) 柴油機(jī)的熱平衡

1、 船舶柴油機(jī)第六節(jié)柴油機(jī)的熱平衡柴油機(jī)熱平衡就是用試驗(yàn)的方法確定燃料的總發(fā)熱量分配于有效功和各種損失的情況。研究熱平衡的目的是：（1）了解熱量分配情況，為提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指明方向，也便于廢熱利用的研究。（2）為冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)，如冷卻水泵、冷卻器和廢熱鍋爐設(shè)計(jì)所需的原始數(shù)據(jù)等。（3）預(yù)估新型強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)高溫零件的熱負(fù)荷是否過高。熱平衡試驗(yàn)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行，為了實(shí)際測(cè)量的方便，將熱平衡中的各個(gè)熱量分為4個(gè)部分（均按1h計(jì)算）。轉(zhuǎn)化為有效功的熱當(dāng)量Qe：eQe=3600Ne（kJ/h）（1-6-1）柴油機(jī)的有效功率（kW）由測(cè)功器測(cè)定。廢氣熱損失Q：即廢氣帶走的熱量，在四沖程非

2、增壓柴油機(jī)中等于排氣的焓與進(jìn)入氣r缸的空氣的焓兩者之差，即：Q=（E+G）C（r）TEC（a）T（kJ/h）（1-6-2）rTpmrpma式中：E進(jìn)入氣缸的空氣流量，用流量計(jì)測(cè)得，kg/h；Gt燃油消耗量，用重量法或容積法測(cè)得，kg/h；T排氣管內(nèi)廢氣溫度，用溫度計(jì)測(cè)得，K；rT進(jìn)氣管進(jìn)口處的空氣溫度，用溫度計(jì)測(cè)得，K；aC（r）廢氣的平均定壓比熱，一般可近似取為1.05,kJ/（kg.K）；pmC（a）空氣的平均定壓比熱，按下試計(jì)算：pm27.59+0.0025TC(a)=pm28.96(kJ/kgK)1-6-3)對(duì)于二沖程非增壓柴油機(jī)，T是掃氣泵入口處的空氣溫度。對(duì)于增壓柴油機(jī)T是廢氣渦a

3、r輪后的廢氣溫度，T是增壓器入口處的空氣溫度。a冷卻熱損失Q:即傳給冷卻介質(zhì)的熱量，包括潤(rùn)滑油帶走的熱量，因?yàn)闈?rùn)滑油帶走軸w承中摩擦產(chǎn)生的熱量，因此包含了一部分機(jī)械損失。如果冷卻系統(tǒng)有幾個(gè)分開的系統(tǒng)，應(yīng)分別計(jì)算后累加。Q=GC（t-t）（kJ/h）（1-6-4）wwp21式中：G冷卻介質(zhì)流量，用流量計(jì)或容積法測(cè)量，kg/h；wC冷卻介質(zhì)比熱，kJ/（kgC）,對(duì)于水，C=4.186kJ/（kgC）；ppt1冷卻介質(zhì)在柴油機(jī)進(jìn)口（或冷卻器進(jìn)口）處的溫度，用溫度計(jì)測(cè)量，C；t2冷卻介質(zhì)在柴油機(jī)出口（或冷卻器進(jìn)口）處的溫度，用溫度計(jì)測(cè)量，。c余項(xiàng)損失Q：即除Q和Q以外未能包括進(jìn)去的各種損失，有不完全

4、燃燒損失、部分srw機(jī)械損失（未被冷卻介質(zhì)帶走的摩擦熱、驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械消耗的熱量等）、柴油機(jī)表面?zhèn)鹘o大氣的熱量、廢氣動(dòng)能以及對(duì)各項(xiàng)損失估算不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差等等。Qs=QT-（Qe+Qr+Qw）（kJ/h）（1-6-5）式中：Qt燃油總發(fā)熱量：Q=GH（kJ/h）（1-6-6）TTuH為燃油的低熱值，一般取42700kJ/kg。柴油機(jī)的熱平衡用熱平衡方程式表達(dá)：QT=Qe+Qr+Qw+Qs（kJ/h）（1-6-7）為便于不同柴油機(jī)進(jìn)行比較，常用相對(duì)值，A-Q汨掙卻水帶走熱jh&楷油帶走熱it；D-QrM-Q.?E-Q.即用Qt除（1-6-7）全式，并取百分?jǐn)?shù)，即：q+q+q+q=100（%）（1

5、-6-8）erwsqe、qr、qw、qs分別為Qe、Qr、Qw、Qs的相應(yīng)百圖1-6-1柴油機(jī)的熱平衡圖分?jǐn)?shù)。柴油機(jī)的熱平衡可用圖形形象地表示出來(lái)，該圖形叫熱平衡圖。圖1-6-1為一臺(tái)四沖程增壓柴油機(jī)（1094r/min、1954kW）的熱平衡圖。船用柴油機(jī)在標(biāo)定工況下的熱平衡數(shù)據(jù)一般為：q=3055%,qr=2340%,q=2033%,q=510%。ws柴油機(jī)廢氣和冷卻水帶走的熱量約占燃料總發(fā)熱量的50%，研究回收這一部分對(duì)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)是余熱的能量，對(duì)提高整個(gè)動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約能源有重要意義。廢氣的溫度較高，在渦輪出口處一般都在600650K以上，屬較高品位熱能；冷卻水的溫度較低，約350

6、360K，屬低品位熱能。余熱的回收利用應(yīng)按熱能品質(zhì)，分別情況，合理利用。一般來(lái)說(shuō)，余熱回收可分為下列幾種系統(tǒng)：（1）作為熱能利用的節(jié)能系統(tǒng)。如以廢氣余熱作為廢氣鍋爐或經(jīng)濟(jì)器的熱源，產(chǎn)生蒸汽。利用冷卻水余熱作為淡水發(fā)生器、舵室加熱和雜用加熱等系統(tǒng)的熱源。（2）作為電能利用的節(jié)能系統(tǒng)。如利用廢氣驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，以主機(jī)冷卻水作熱源的氟里昂渦輪發(fā)電系統(tǒng)。（3）作為推進(jìn)功率利用的節(jié)能系統(tǒng)。如利用從廢氣或冷卻水余熱回收的電能帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過齒輪或皮帶輸入主推進(jìn)系統(tǒng)，即所謂軸帶電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。從廢氣余熱回收的電能有時(shí)通過輔助螺旋槳輸入主推進(jìn)系統(tǒng)，叫輔助推進(jìn)系統(tǒng)。在排氣系統(tǒng)上安裝了廢熱鍋爐或經(jīng)濟(jì)器后會(huì)增加排氣阻力，應(yīng)控制阻力不要過大。思考題1何謂內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)？研究理想循環(huán)有什么實(shí)際意義？2從循環(huán)熱效率的表達(dá)式出發(fā)，分析比較不同形式理想循環(huán)，探討提高熱效率的途徑3比較分析柴油機(jī)理想循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的差異。4壓縮比對(duì)熱效率有何影響？可以使壓縮比改變的因素有那些？5柴油機(jī)一般的分類方法有那些？6二沖程柴油機(jī)可能的掃氣方式有那些？7試述柴油機(jī)換氣時(shí)氣閥正時(shí)對(duì)充氣系數(shù)的影響。8最高爆發(fā)壓力過高對(duì)運(yùn)行中的柴油機(jī)有何影響?9柴油機(jī)的有效功率為什么比指示功率小?造成差值的原因有哪些?10.某輪主機(jī)為6ESDZ76/160B型柴油機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為110r/min時(shí),每日耗油量為37噸(Hu為4270