Тепловой баланс дизеля

Для анализа качества работы тепловых двигателей используется понятие о тепловом балансе, т. е. распределении и использовании внутренней химической энергии, содержащейся в топливе, поступившем в двигатель.

Потенциальная энергия топлива QT лишь частично преобразуется в полезную механическую работу QP, значительная часть энергии теряется в разных формах: в виде потерь тепла с отработавшими газами Qr, с охлаждающей водой (2в, на нагревание масла Q„ и прочие потери Qnp, например потери от недогорания топлива, потери теплоты в окружающую среду и т. п.

Тепловой баланс выражается уравнением

Составляющие теплового баланса могут быть выражены различными способами:

1) в абсолютных величинах количеств энергии (теплоты). В этом случае рассматривается распределение энергии топлива, израсходованного в данном двигателе за единицу времени (либо распределение энергии единицы массы топлива). В этом случае размерностью всех членов уравнения (4.3) будет размерность энергии илн работы - Дж или кДж - или мощности - Вт или кВт;

2) в удельных величинах. Если отнести все затраты энергии в уравнении (4.3) к единице полезной работы двигателя, например кВт'Ч, получим уравнение удельного теплового баланса:

*?т = ?» + ?г + ?. + <7м + ?пР1 (4.4)

в котором все слагаемые будут безразмерными:

3) в относительных величинах. Разделив в уравнении (4.3) все члены на QT, в уравнении (4.4) - на Цт, получим уравнение теплового баланса в относительном виде:

l = qe+qr + qs + q„ + qn?. (4.5)

Здесь каждое слагаемое представляет собой относительную долю тех или иных затрат энергии топлива^ В этом случае, в частности, составляющая q, равна эффективному к.п.д. дизеля х\е. Баланс в относительных величинах может быть выражен в процентах.

Определим составляющие удельного теплового баланса по уравнению (4.4).

Количество энергии (теплоты), введенной в двигатель с топливом, в расчете на единицу его полезной работы

qj = g,Q». (4.6)

Теплота сгорания (теплотворная способность) Qh дизельного топлива составляет 41900-42 300 кДж/кг. Следовательно, при удельном расходе топлива £» = 0,2-5-0,22 кг/(кВт-ч) величина q, = 8380-г 9300 кДж/(кВт-ч) или, учитывая, что 1 кВт-ч = ==3600 кДж, в безразмерном виде <?т = = 2,33 -г- 2,585.

Часть энергии топлива, преобразованная в полезную работу, <7«. = 3600 кДж/(кВт-ч) или в безразмерном виде де=\.

Потери энергии с отработавшими газами, вследствие того что их температура Гг и теплоемкость тс'р отличаются от значений таковых у свежего заряда воздуха (Г« и тср), можно определить разностью

^«гЛЛ^Тг-М.СрГ,), (4.7)

где М] и Мг - соответственно количества свежего заряда воздуха и продуктов сгорания, полученных при сгорании 1 кг топлива, кг-моль.

Количество теплоты, отведенной с охлаждающей водой от дизеля,

9. = с.С(/2.-/|.)/#„ (4.8)

где с„ - теплоемкость воды, св==4,187 кДж/(кг-К); С - расход охлаждающей воды, кг/ч; 1). и 1г» - температуры воды соответственно на входе в дизель и на выходе из него.

Потери теплоты на нагревание смазочного масла

?. = с.Ои(/2и-/1«)/^, (4.9)

где см, бм, Г|, и <2м - соответственно тепло-емкость, расход и температуры, аналогичные рассмотренным в предыдущей формуле, но относящиеся к маслу дизеля [с„ = 2,05 кДж/(кг-К)1.

Остаточный член теплового баланса ц„р не может быть определен расчетом, так как к прочим потерям относится ряд различных и трудно определимых потерь энергии, таких, как рассеивание тепла в окружающую среду, неполнота сгорания топлива, кинетическая энергия выхлопных газов и т. д. Поэ-'тому данное слагаемое при анализе экспериментальных данных определяется как разность между левой частью уравнения (4.4) и четырьмя слагаемыми правой части, рассчитываемыми по приведенным выше формулам (4.6-4.9). В результате в прочие потери <7„р включаются и все погрешности, связанные с неточностью измерений и подсчетов остальных элементов теплового баланса.

Тепловой баланс обычно рассчитывается для номинального режима работы дизеля.

⇐ | Мощность и экономичность дизеля | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Характеристики дизелей | ⇒