柴油機設計熱計算例

附錄 熱計算例12V180名稱性能參名稱性能參數氣缸編號次序氣缸直徑活塞行程壓主連桿付連桿縮 比發(fā)動機功率與轉速正車1→6；左排1→6180mm200mm209.8mm13.5最大功率〔最大轉速〕 1200ps(882kW(1850r/min)全功率〔全功率轉速〕 1000ps(735kW(1700使用功率〔使用功率轉速〕 900ps(662kW·(1600r/min)倒車最大功率〔最大轉速〕250ps(183.8kW)·(750r/min)最低穩(wěn)定轉速空車轉速增壓壓力(1700r/min)最高爆發(fā)壓力曲軸轉向500r/min850r/min1.55～1.65kg/cm2〔0.152～0.162MPa〕90～95kg/cm2〔8.823～9.314MPa〕從增壓器端向后看：為順時針從增壓器端向后看：為逆時針發(fā)火次序右轉機左轉機右轉機左轉機1左 右 左 右 左 右 左 右 左 右 左 右-6 -5 -2 -3 -4 -6 -1 -2 -5 -4 -31 -6 -4 -3 -2 -5 -6 -1 -3 -4 -5 -2供油提時配氣相位進氣排氣前開關開關角正右 左 右 左 右 左 右 左 右 左 右 左31°50°56°56°50°燃油消耗率型號12-180型式四沖程、直噴式、機械增壓、水冷氣缸排列V60°〔承受主付連桿〕氣缸數目12最大功率時190～210g/(ps.h)〔258.4～285.6g/(kW.h))全功率時≤193g/(ps.h)〔262.5g/(kW.h)〕使用功率時≤186g/(ps.h)〔253g/(kW.h)〕燃油平低均熱成分值C=0.87,H=0.126,42700kJ/kgO=0.004連桿、傳動齒輪及其軸等均由高強度合金鋼制成。具有重量輕、尺寸小、功率大等優(yōu)點，適于小型艇應用。柴油機熱參數的選擇735kW(1000ps),1700r/min。PK

0.157MPa⑵流通力量系數

1.05〔參閱手冊P.3-11〕VS⑵平均有效壓力pme30mN

304735pe VS

e 0.849MPain 5.089 121700⑶平均機械損失壓力P〔參閱手冊，式3.1.2.〕4P D10.087p4m

C 0.524m

0.21700 0.1800.25

0.0870.84910.2 30

0.524 1.5350.08719.9930.5241.866kg cm20.183MPa⑷機械效率mP.2138-5，四沖程高速增壓

m=0.8～0.88)p p

0.849

0.823m p pe m

0.8490.183⑸環(huán)境條件：P100kPa,T=30℃。0 0換氣過程計算⑴充量系數(參閱手冊P.3-153.1.2.19)v 0.97621106n27109n2v0.97621106170027109170020.934 V

1.05

1.124S 0.934V⑵剩余廢氣系數：r

=0.02〔參閱手冊P.3-15。也可按某些參考書中，四沖程增壓 =0～0.03〕r⑶進氣終了溫度TaT TSa

T1 r

37050.02800Tr 10.02T

383K式中: 無中冷增壓柴油機：T TS KP nK1 nn

0.157

1.81T T K K

27330

1.8 370K(97C)K 0 P0

0.1 n --增壓器平均多變壓縮指數,nK

=1.8穎空氣預熱溫度：T5C剩余廢氣溫度： Tr

=800K⑷進氣終點壓力Pa〔按手冊P.3-153.1.2.16〕1P P

Ta1

13.51

0.1570.934

0.02a S VTS

r 13.5 3700.143MPa 〔與教材P.204(8-10)全都〕PP0.1430.1570.911〔四沖程增壓Pa S

〕S⑸排氣壓力Pr四沖程非增壓Pr四沖程增壓Pr

1.05～1.15P00.75～0.90PK機械增壓可參考非增壓的值，取Pr

1.10P0

0.11MPaGKSG PVS in 1.05S

0.1575.089

121700

1.343kg/sK V SRTS

30m 0.287370 304壓縮過程計算⑴平均多變壓縮指數n

，假設無視剩余廢氣，可用下式估算：1 n11

a bTv

式中：a、b為干空氣的平均等容莫爾比熱式C a bT中的常數v vm va=20.484 , b=0.002687v上式可用試算法求出。1第一次試算，先假定一個n值〔本例先設定n1 24.0722

351

8.3143 8.3143 0.34520.4840.002687383113.51.351試算值與假設不符，將求得的n1值代入等式右邊計算。n1

1.345，計算得8.3143n1124.03910.3458n1

1.3458，得8.3143n11

24.0444

0.3458最終得 n1

1.3458 〔參閱教材P.205，n1=1.28～1.37〕⑵壓縮終點壓力P與溫度Tc cPPn0.14313.51.34584.748MPac aT Tc a

n1138313.51.34581942K燃燒過程計算⑴壓力上升比λP zPPc

8.8234.748

1.86⑵燃燒過量空氣系數 〔按手冊P.3-29表格28項公式計算---留意單位換算〕6451.36P S v

877.20.1570.934

1.56PTgeS e

0.8493700.2625式中g 的單位為kg/(kW.h)e⑶燃料熱化學計算①計算理論空氣量L01 g g g 1 0.87 0.126 0.004L C H O 0.495kmol kg0 0.2112 4 32 0.21 12 4 32 ②穎空氣量M1M L1 0

1.560.4950.7722kmolkg③完全燃燒時燃燒產物的摩爾數M2M M

gH

gO 0.7722

0.126

0.004

0.8038kgmolkg2 1 4 32 4 32④理論分子變更系數β0 1.041M 1.041 2 0 M 0.77221⑤實際分子變更系數β0

1.0410.02

1.0401 10.02r⑷平均定容莫爾比熱CVC

、Cm

計算m壓縮終點C的平均定容莫爾比熱可近似按干空氣的平均定容莫爾比熱式計算。C VCm

20.4840.002687TC23.015kJkmolK

20.4840.002687942燃燒產物可看成由干空氣和純燃燒產物組成，故燃燒終點Z的平均定容莫爾比熱為C VZ m

21.764120.484 3811268.7 105 TZ21.7641.56120.484 1.56 T1.561.56105 Z21.30.0034T kJkmolKZ⑸定壓燃燒終點溫度TZZ u TC 8.314H

8.3143L 1 0 r

VCm

Z VZm〔式中：Z

0.75～0.85，取Z

0.75〕1.56 1 0.020.7543126 94221.01581.56 1 0.02 1.040T Z Z

8.31431.041TZ

29.61430.0034TZ0.003536T2Z

30.828TZ

75428.70解方程，得 TZ1992K⑹初期膨脹比

1.040 1992

〔=1.1～1.7〕TZC

1.86

942

1.182膨脹過程計算⑴后期膨脹比

13.5

11.42 1.182⑵平均多變膨脹指數n2n 1

Z

Tb)H2 ( )Hb Z

u

bTTL 0 0 r

v Z Z v b b〔a、ba=21.3b=0.0034〕v v(式中：=0.85～0.90，取=0.88)b bn 1

8.31431992T b2

43126 (21.30.0034T)T 1.560.4951.0410.02

Z Z b b6842.955921.021.3

b0.0034T Tb b62763.921.3 b 與Tb的計算式聯立

0.0034T Tb bT Tb

1n12

1992 111.42n2

`1用試算法計算。第一次試算，設n2

1.20，得T 1992b

1 1224K11.421.2018.314319921224 6385.4n 1 0.2022 62763.921.30.003412241224 31598.9試算值與設定值不符。其次次試算，取n2

1.202，得T 1992b

1 1218K11.421.20218.314319921218 6435.3n1 0.2022 62763.921.30.003412181218 31776.5最終取Tb

1218K， n2

1.202⑶膨脹終點壓力PbPP ZPb n2

8.82311.421.202

0.472MPa指示參數計算PiP

1 1 1 P C 1

1 1 112i n1112

n1

1 n10.964.748

11.861.1821

1

1

1

1.2021

1.34581 11.420.202 13.50.34580.960.37980.33854.22901.71610.960.37982.85141.0396MPa其中：n

--飽滿系數，一般n

=0.92～0.98，取n

=0.96⑵指示功率NiPVN i

ni1.03965.089170012899.4kWi 30m 304⑶指示熱效率i8.3143

L0

TS1Pi H P u S v8.31430.7722370 1 1.03960.3939%43126 0.157 0.934gi36 36g105i Hi u

105 214g(kWh)0.3943126有效參數計算⑴平均有效壓力PePPe i

1.03960.8230.856MPaNeN Ne i

899.40.823740.2kWgigige gi

2140.823

260g

me⑷有效熱效率e e i

0.39

0.8230.32132%繪制P-V⑴計算氣缸工作容積V和燃燒室容積VS CD2 3.14151.82V S 2.05.089dm3S 4 4SV VS

5.089 C 1 13.51⑵計算理論循環(huán)各特征點容積V V V 0.4075.0895.496dm3C SV V 0.407dm3Z” CV V 1.1820.4070.481dm3Z CV V 5.496dm3a⑶壓縮曲線各點參數按公式 P

PVn

可列表計算，也可編程計算。1ax aV1ax點號VXVa/VX(Va/VX)n1PXaVX=Va=εVC=13.5VC]=5.4961.0001.0000.1431VX=(ε-0.5)VC=13VC=5.2911.0381.0510.1502VX=(ε-1.5)VC=12VC=4.8841.1251.1720.1683VX=(ε-2.5)VC=11VC=4.4771.2271.3170.1884VX=(ε-3.5)VC=10VC=4.0701.3501.4980.2145VX=(ε-4.5)VC=9VC=3.6631.5001.7260.2476VX=(ε-5.5)VC=8VC=3.2561.6872.0210.2897VX=(ε-6.5)VC=7VC=2.8491.9282.4190.3468VX=(ε-7.5)VC=6VC=2.4422.2502.9780.4269VX=(ε-8.5)VC=5VC=2.0352.7003.8070.54410VX=(ε-9.5)VC=4VC=1.6283.3755.1400.73511VX=(ε-10.5)VC=3VC=1.2214.5007.5701.08312VX=(ε-11.5)VC=2VC=0.8146.75013.0641.868CVX=(ε-12.5)VC=VC=0.40713.50033.2054.