Avtoargon.ru

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

Что такое тепловой баланс двигателя аналитическое выражение

Что такое тепловой баланс двигателя аналитическое выражение

Эффективность работы тепловозных двигателей характеризуется тепловым балансом, который отражает распределение введенной в двигатель теплоты по составляющим и выражается уравнением

QT= Qe+ Qr+ QB + Qu+ Qh.b+ Qnp,

где Qe — теплота, преобразованная в полезную механическую работу на коленчатом валу дизеля; Qr — теплота, уносимая с отработавшими газами; QB — теплота, отводимая с охлаждающей водой; Qu — теплота, отводимая от дизеля со смазочным маслом; Qh.b — теплота, отводимая от наддувочного воздуха; Qnp — прочие тепловые потери.

Составляющие теплового баланса можно определить только экспериментально на испытательном стенде, а теплота, внесенная в двигатель топливом определяется из выражения

где QH — теплота сгорания дизельного топлива (примерно 42300 кДж/кг); Вч — часовой расход топлива дизелем, кг/ч.

Характеристикой называется зависимость основных показателей двигателя (мощности, крутящего момента, расхода топлива и др.) от режима его работы. Характеристики дизелей определяются экспериментально на стендах завода-изготовителя. Они вносятся в паспорт двигателя, и по ним оценивают эксплуатационные свойства, экономичность, надежность и области применения. Завод, выпускающий дизели, присваивает им заводскую марку (условное обозначение), например 10Д100, 1А-5Д49, ПД1М и т.д.

Рис. 6.11. Скоростные характеристики:

Ne — эффективная мощность; п — частота вращения коленчатого вала; «mm — минимальная частота вращения коленчатого вала; лтах — максимальная частота вращения коленчатого вала; А — точка, соответствующая номинальному режиму работы дизеля

1 3 5 7 9 11 13 15 Позиция контроллера машиниста

Рис. 6.12. Тепловозная (генераторная) характеристика дизеля:

— эффективная мощность; п — частота вращения коленчатого вала; птт — минимальная частота вращения коленчатого вала; лтах — максимальная частота вращения коленчатого вала; А — точка, соответствующая номинальному режиму работы дизеля

Стандартом предусмотрены единые правила обозначения типа двигателя: первое число обозначает количество цилиндров; буква «Ч» — четырехтактный; буква «Д» — двухтактный, буква «Н» — с наддувом; число в числителе указывает диаметр цилиндра в сантиметрах, а в знаменателе — ход поршня в сантиметрах. Например: 16 ЧН 26/26 — это дизель 1А-5Д49.

Режимы работы двигателя характеризуются нагрузкой и частотой вращения коленчатого вала. Характеристики, определяющие зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала, называются скоростными характеристиками (рис. 6.11). Если скоростная характеристика получена при полной подаче топлива, то она называется внешней скоростной характеристикой; характеристики, снятые при работе двигателя с неполной подачей топлива, называются частичными скоростными характеристиками.

На каждом скоростном режиме мощность может меняться от нуля (холостой ход) до максимального значения. Постоянство частоты вращения коленчатого вала при разных нагрузках требуется также в случае приведения в движение от двигателя таких машин, как, например, компрессоров, вентиляторов и т.п. Во всех этих случаях двигатель работает по нагрузочной характеристике. Нагрузочной характеристикой называется зависимость показателей двигателя от эффективной мощности. По ней можно определить допустимую мощность для заданной частоты вращения коленчатого вала, а также выявить экономичность работы двигателя при различных нагрузках. На тепловозе с электрической переда-

чей двигатель работает по тепловозной характеристике (рис. 6.12), представляющей собой изменение мощности, расхода топлива и других параметров в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при определенном положении контроллера машиниста.

1. Что такое тепловой двигатель?

2. Какие существуют тепловые двигатели внешнего сгорания и где они применяются?

3. Что такое двигатель внутреннего сгорания?

4. Какие существуют типы ДВС и каковы области их применения?

5. Что такое рабочее тело ДВС, какими параметрами оно характеризуется?

6. Каково назначение термодинамических циклов?

7. Для каких целей служит наддув цилиндров ДВС?

Читать еще:  Где можно поставить тойотовский двигатель на газель

8. Чем отличается индикаторная мощность от эффективной?

9. Что составляет тепловой баланс ДВС?

10. Для чего предназначены характеристики тепловозных дизелей?

Аналитическая термодинамика

Промышленные предприятия в процессе производства при разработке и внедрении какой-либо технологии должны учитывать соответствующие нормы и законы научно-исследовательской деятельности. Аналитическое исследование необходимо в различных сферах жизнедеятельности, например, в транспорте, на предприятиях и прочих. Для этого проводят ряд всевозможных мероприятий для исследования термодинамических процессов.

В аналитическом выражении первого начала термодинамики говорится о том, что для обозначения значений удельной энтальпии и удельной внутренней энергии простого тела используют две независимые переменные и записывается эта зависимость в таком виде:

В элементарных процессах изменение энтальпии и внутренней энергии простого тела, как функций состояния, представляют полные дифференциалы и рассчитываются такими уравнениями:

Со временем процесс развития любого производства требует расширения энергетической мощности. При этом должен быть разработан детальный план внедрения, базирующийся на практике применения технологий энергосбережения. На сегодняшний день такая деятельность тесно связана с термодинамическим анализом. Сегодня профессионально разработанные разработки тепловых схем называются энергетикой теплотехнологии. Чтобы она стремительно развивалась, проводят аналитические исследования разнообразных процессов с термодинамической точки зрения.

Базовые методы анализа систем термодинамики

Затратные технологии, применяющиеся на различных производствах, требуют четких научных обоснований этих технологий или методологий со стороны термодинамики. К примеру, на сегодняшний день острым вопросом является проблема повышенных затрат тепловой энергии при производстве целлюлозы. Здесь с целью оптимизации использования паровой энергии применяются новые методы.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Рассмотрим базовые методы анализа термодинамических систем:

  • метод тепловых балансов;
  • эксергетический метод;
  • энтропийный метод.

Метод тепловых балансов

Для расчета теплообмена в нагревательных системах пользуются уравнением теплового баланса, которое записывается так: ( Q=c_1 G_1 (t_<1ê>-t_ <1â>)=c_2 G_2 (t_<2â>-t_ <2ê>)ƞ.)

При расчете теплопередачи в теплообменниках температурный напор определяется как усредненное значение входного и выходного сечений.

Метод тепловых балансов применяется в технических схемах. Этот метод в практической динамике занимает главную позицию, с его помощью анализируют энергетические преобразования. Этот метод базируется на первом законе термодинамики, однако, этот закон не дает полной картины о степени термодинамического совершенства как отдельной составляющей, так и всей энергетической технологической системы в целом. Это происходит по той причине, что первый закон термодинамики объясняет лишь частные случаи закона сохранения массы и энергии.

При использовании этого метода рассчитываются тепловые и энергетические балансы процессов. На этой базе определяется характеристика работы технологической тепловой установки, включая виды термических двигателей з натуральными КПД для тепловой и холодной установок. Для различных теплонасосов и другого важного оборудования на производстве составляют тепловые КПД. Это делается для достижения благоприятного и эффективного способа выбора технологий.

Этот метод является абсолютно совершенным для технологических систем производства в целом. Размер подводимой энергии из внешних источников говорит о том, что тепловые потоки системы, выходящие из нее, попадают в окружающую ее среду. Они не принимают участие в процессе разрушения и не делают полезную работу. Относительная мера термодинамического совершенства – это тепловые и термические КПД.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Эксергетичекий метод анализирования

В этом методе используется второй закон термодинамики. Он базируется на понятии о термодинамическом потенциале. Это значит, что в системе, которая рассматривается, эффективность работы потока энергии и веществ основывается на понятии термодинамических потенциалов.

Рассматривая основы этого метода анализа учитывают воздействие окружающей среды, влияющей на техническую составляющую системы в целом. В комплексе с изменениями в окружающей атмосфере объекта исследования происходят изменения в технических процессах. Характеристики окружающей среды не сильно зависят от характеристик системы, подлежащей всестороннему рассмотрению, потому они рассматриваются как постоянные величины.

Читать еще:  Что прибавляет ресивер на двигатель

К примеру, окружающей атмосферой может выступать космос, атмосфера, водоемы и прочее. В таких изучаемых системах как стандартная мера движения среды применяется энергия, но этой величины мало для полного изучения аналитики процесса термодинамики и эффективности решений разнообразных задач математики и термодинамики. Этот метод довольно часто применяется на практике, но практически ценность энергии зависима от формы и параметров самого объекта исследования.

Энтропийный метод анализирования

Это метод основан на понимании, что в термодинамике любой реальный тепловой процесс характеризуется изменением энтропии системы в целом. Об этом говорится и во втором законе термодинамики. Соответственно, можно утверждать, что в системах изменение энтропии является общим абсолютным критерием, что представляет собой термодинамическую совершенность тепловых процессов. Он эквивалентен сумме изменения энтропии в локальных тепловых составляющих. Понятие прироста энтропии тесно связано эквивалентным расходом химической энергии топлива или другой энергии, что подведена к исследуемому объекту. В результате анализа этим термодинамическим методом формируется задача определения перерасхода топлива.

Кроме основных базовых методов анализа термодинамических систем, существуют и другие методы, такие как:

  • метод, основанный на приращении эксергий;
  • метод, основанный на построении эксергетических диаграмм методом приращения эксергетических тепловых потоков;
  • определение эксергетического коэффициента теплопередачи.

Задание по теме «Тепловой баланс ДВС»

Список вопросов теста

Вопрос 1

Что позволяет определить тепловой баланс двигателя?

Варианты ответов
  • теплоту, отданную окружающей среде;
  • общее количество теплоты;
  • тепло, превращенное в полезную эффективную работу.
Вопрос 2

Что наглядно иллюстрируют составляющие внешнего теплового баланса ДВС?

Варианты ответов
  • распределение тепловой энергии топлива, сгорающего в двигателе;
  • перераспределение тепловой энергии топлива, сгорающего в двигателе
Вопрос 3

Варианты ответов
  • 1
  • 2
  • 3
Вопрос 4

Варианты ответов
  • теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами
  • теплота, отданная окружающей среде;
  • теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя.
Вопрос 5

Варианты ответов
  • теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами;
  • теплота, отданная окружающей среде;
  • теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя.
Вопрос 6

Варианты ответов
  • теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами;
  • теплота, отданная окружающей среде;
  • теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя;
  • неучтенные потери теплоты.
Вопрос 7

В каких единицах измеряются составляющие теплового баланса ДВС?

Варианты ответов
  • Дж/м;
  • Дж/с;
  • кДж/см.
Вопрос 8

Варианты ответов
  • часовой расход топлива;
  • удельный расход топлива;
  • эффективный расход топлива.
Вопрос 9

В каких единицах измеряется величина эффективной мощности двигателя?

Варианты ответов
  • кг;
  • кВ;
  • кВт.
Вопрос 10

В зависимости от каких параметров изменяются слагаемые теплового баланса?

Варианты ответов
  • от нагрузки;
  • от теплового состояния;
  • скоростного режима работы двигателя;
  • в перечисленных пунктах 1, 2, 3.
Вопрос 11

Что происходит с теплотой , преобразованной в полезную работу, при повышении степени сжатия?

Варианты ответов
  • уменьшается;
  • увеличивается;
  • не изменяется.
Вопрос 12

При работе двигателя с полной нагрузкой лучшее теплоиспользование имеет место:

Варианты ответов
  • на низких скоростных режимах;
  • на средних скоростных режимах;
  • на высоких скоростных режимах.
Вопрос 13

Как изменение состава смеси влияет на теплоиспользование в двигателе в следствие изменения теплоты сгорания и скорости сгорания топлива?

Варианты ответов
  • работа на обогащенных смесях характеризуется увеличением эффективности использования теплоты.
  • работа на обогащенных смесях характеризуется нормализацией эффективности использования теплоты.
  • работа на обогащенных смесях характеризуется уменьшением эффективности использования теплоты.
Вопрос 14

Почему эффективный КПД у дизелей выше, чем у карбюраторных ДВС?

Тепловой баланс двигателя — неизбежность потери, сведённая к минимуму

Каждому автовладельцу известен такой термин, как тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания. Но что конкретно несёт в себе это понятие, как измеряется и на каких принципах основано? Об этом и пойдёт речь сегодня.

Читать еще:  Шевроле ланос какое масло лить в двигатель зимой

Не все до конца понимают, что такое тепловой баланс двигателя

Если бы можно было приостановить действие некоторых законов физики, человечество уже давно достигло пика своего развития. Но к сожалению, это невозможно. Нам остаётся только использовать их, стараясь извлечь при этом максимальную пользу.

С одним из таких «неудобных» законов напрямую связан низкий КПД силовых агрегатов автомобиля. Что же не позволяет нам развивать немыслимую скорость на своих авто? Какие попытки предпринимаются для преодоления этого препятствия? Сейчас мы с вами выясним.

Почему я не сокол, отчего не летаю

Принципы термодинамики — это основа работы всех двигателей внутреннего сгорания. Один из них гласит, что при сгорании топлива часть выделяемого тепла в любом случае поглощается средой происхождения реакции.

Видео о том, как работает ДВС:

В нашем случае средой является сам двигатель и его системы. Лишь от 20 до 40 процентов вырабатываемой здесь тепловой энергии используется для работы мотора. Остальное утрачено безвозвратно. Но куда девается львиная доля энергии? Давайте разбираться по порядку.

Формулировка понятия тепловой баланс

Итак, тепловой баланс двигателя — это разделение расхода полученной энергии на полезную отдачу и растрату впустую. Неизменным здесь является равенство или же баланс между полученной энергией тепла и её расходом.

Что такое полезная отдача, все мы понимаем. Это движение автомобиля. О расходе впустую — читаем дальше.

Причины утраты

Существует несколько причин бесполезной растраты энергии тепла. Вот так мы их сформулируем:

  • преодоление энергией сопротивления при сжатии;
  • отдача тепла двигателем в окружающую среду, по простому его остывание;
  • выход в атмосферу вместе с выхлопными газами;
  • расход некоторой доли энергии на работу охлаждающей системы двигателя и других агрегатов.

Количественный показатель этих статей растраты величина непостоянная. А от чего он зависит, мы рассмотрим в следующем разделе.

Как рассчитывают потери

Количество растраты зависит от многих факторов. Вот основные из них:

  • нагрузка на силовую установку;
  • конструкция двигателя и его систем;
  • скорость, развиваемая автомобилем;
  • состав смеси горючего;
  • температура окружающей среды.

Скорость автомобиля может влиять на растраты энергии

Здесь стоит также отметить, что теплопотеря дизельного агрегата, ниже чем у карбюраторного на 10–12%. Измерения ведутся в абсолютных единицах теплопередачи или в процентном соотношении количества полученного тепла к его бесполезной растрате. Всё это принимается во внимание при расчётах, что позволяет достичь извлечения максимальной пользы от горения топлива.

Извлечение пользы из потери

Конечно, при таком раскладе, потеря энергии всё ещё остаётся огромной. Но в отрасли постоянно ведутся работы по улучшению результата. Внедряются инновационные методы разработки двигателей внутреннего сгорания.

Например, турбонаддувная установка, использующая давление горячих газов из выхлопа. Принцип её работы заключается в том, что выхлопные газы приводят в действие турбину, вращающую лопасти нагнетателя, обогащающего компонента внутрь цилиндров двигателя.

Ещё тепло, поглощённое охлаждающей системой, используется для обогрева салона автомобиля. Горячая вода из радиатора подаётся по нагревательным элементам печки.

Подведение итога

Мы выяснили, что такое тепловой баланс двигателя и какие есть потери энергии тепла. Вывод отсюда следующий — существующие на сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания далеки от совершенства. Но разработчики не сидят сложа руки, ведутся постоянные поиски способа обернуть потерю в пользу. И нам остаётся только пожелать им удачи.

Внизу можно высказываться по теме. Ждём ваших комментариев. До скорых встреч!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector