柴油機設(shè)計熱計算例

附錄 熱計算例12V180名稱性能參名稱性能參數(shù)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(zhuǎn)速正車1→6；左排1→6180mm200mm209.8mm13.5最大功率〔最大轉(zhuǎn)速〕 1200ps(882kW(1850r/min)全功率〔全功率轉(zhuǎn)速〕 1000ps(735kW(1700使用功率〔使用功率轉(zhuǎn)速〕 900ps(662kW·(1600r/min)倒車最大功率〔最大轉(zhuǎn)速〕250ps(183.8kW)·(750r/min)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速空車轉(zhuǎn)速增壓壓力(1700r/min)最高爆發(fā)壓力曲軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)機左轉(zhuǎn)機右轉(zhuǎn)機左轉(zhuǎn)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(guān)開關(guān)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(shù)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(yīng)用。柴油機熱參數(shù)的選擇735kW(1000ps),1700r/min。PK

0.157MPa⑵流通力量系數(shù)

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(shù)(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(shù)：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(shù),nK

=1.8穎空氣預(yù)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(shù)n

，假設(shè)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(shù)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(shè)定n1 24.0722

351

8.3143 8.3143 0.34520.4840.002687383113.51.351試算值與假設(shè)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(shù) 〔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(shù) 的單位為kg/(kW.h)e⑶燃料熱化學(xué)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(chǎn)物的摩爾數(shù)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(shù)β0 1.041M 1.041 2 0 M 0.77221⑤實際分子變更系數(shù)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(chǎn)物可看成由干空氣和純?nèi)紵a(chǎn)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(shù)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(lián)立

0.0034T Tb bT Tb

1n12

1992 111.42n2

`1用試算法計算。第一次試算，設(shè)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(shè)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(shù)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(shù)，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(shù)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(shù)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.