Toplotni proračun motora SUS
MAŠINSKI FAKULTET BANJA LUKA KATEDRA ZA MOTORE I VOZILA Predmet: Motori SUS
TOPLOTNI PRORAČUN MOTORA SUS
Broj indeksa: 8608
Datum: 02.01.2013.god. GORAN LAZIĆ
Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
1
Toplotni proračun motora SUS Izvršiti toplotni proračun DIZEL motora namjenjenog za pogon putničkog automobila, te odrediti osnovne dimenzije motora. Poznato je (podaci o motoru): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Tip motora: 4-takt DIZEL Broj i raspored cilindara: 12-L Maksimalna snaga motora: Pe= kW Odgovarajući broj obrtaja: n= o/min Odnos hoda i prečnika klipa: k=S/D= Stepen kompresije: ε= Koeficijent viška vazduha: λ =
Podaci o gorivu: 1. Tip goriva: Diesel 2. Elementarni sastav: C= kg/kg.goriva; H= kg/kg.goriva 3. Donja toplotna moć goriva: Qd= kJ/kg.goriva
1.Teorijski potrebna količina vazduha za potpuno sagorijevanje goriva: Maseni odnos: 1
8
l0= 0,2318 ∗¿ ( 3 C+8H-O)= kg vaz./kg goriva Zapreminski odnos: 1 L0= 0,2099
*(
C 12
+
H 4
-
O 32
)= kmol vaz./kg gor
2.Stvarna količina vazduha koja učestvuje u sagorijevanju 1kg goriva: Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
2
Toplotni proračun motora SUS Maseni odnos: l= l0*λ= kg vaz/kg gor Zapreminski odnos: L= L0*λ= kmol vaz/kg gor. 3.Ukupna količina svježe smješe(gorivo+vazduh) Maseni odnos: Gs=1+l=1+ = kg s.p/kg gor. Zapreminski odnos: 1 Ms= Mg
+ L=
1 ❑
+ = kmol s.p/kg gor.
4.Kolićina pojednih sastojaka u produktima sagorijevanja i njohova ukupna kolićina 4.1 Količina pojedinih sastojaka: MN2=0,79* L0*λ= kmol CO/kg gor MCO=0,42*
1−λ 1+ k
* L0= kmolH2/kg gor
MH2=k*MCO= kmol H2/kg gor MCO2=
C 12
- MCO= kmol CO2/kg gor
MH2O=
H 2
- MH2= kmol H2O/kg gor
4.2 Ukupna količina prodaukata sagorijevanja: Mprs=MCO+MH2+MCO2+MH2O+MN2= kmol p.s./kg gor 4.3 Priraštaj mase pri sagorijevanju Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
3
Toplotni proračun motora SUS ΔM= Mprs - Ms= kmol/ kg gor 4.4 Teorijski koefocijent molekularne promjene Mo =
M prs Ms
=
5.Parametri procesa usisavanja
5.1 Poznati usvojeni podaci: ΔT= K – porast temperature svježeg punjenja usljed dodira sa zagrijanjim zidovima dijelova motora Tr= K; pr= bar –zaostala temperatura i pritisak po=1bar To=288K Wv=50-100
m s
-brzina smješe u presjeku
ventila(usvojeno Wv=90
m s
)
5.2 Specifična gustoća vazduha na ulazu u motor ρₒ=
po RT o
=
100000 287∗288
=1,21 kg/m3
5.3 Pritisak na ulazu u cilindar motora pa= po - (β +ξ) 2
Wv 2
ρₒ=
Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
4
Toplotni proračun motora SUS β2+ξ=(2,5 – 4) za Wv=90 → β2+ξ=3 β – koeficijent smanjenja broja punjenja svježeg ξ – koeficijent strujinih otpora u prolaznom presjeku
5.4 Koeficijent zaostalih gasova γ
¿
¿+ Δ T Tr
*
pr ε∗pa−pr
=
5.5 Temperatura vazduha na kraju procesa usisavanja T a=
¿+ Δ T + γTr 1+γ
=K
5.6 Stepen punjenja motora η v=
ε ∗pa ε−1 ∗¿ po Ta(1+ γ )
=
6.Parametri procesa sabijanja Parametri procesa sabijanja su uzeti iz tabele 2 6.1 Eksponent politrope sabijanja: n1=1,36 6.2 Pritisak na kraju sabijanja: pc=pa*εn1=bar 6.3 Temperatura na kraju sabijanja: Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
5
Toplotni proračun motora SUS Tc=Ta*εn1-1=K 7.Parametri na kraju procesa sagorijevanja 7.1 Stvarni koeficijent molekularne promjene μ=
Mprs+ Mr Ms+ Mr
=
Mprs+ γMs Ms+ γMs
=
7.2 Ne oslobodjena toplota uslijed nepotpunog sagorijevanja ΔQd=(ΔQ)CO+(ΔQ)H2=(Qd)CO*MCO+(Qd)H2*MH2 ΔQd=(Qd)MCO+(Qd)H2*k*MCO=MCO[(Qd)CO+(Qd)H2*k] ΔQd= (ΔQd)CO i (ΔQd)H2 – ne oslobodjeni dijelovi toplote zbog prisustva CO i H2 u produktima sagorijevanja (Qd)CO i (Qd)H2 – donje toplotne moci ugljen monoksida i vodonika (Qd)CO= kJ/kmol (Qd)H2= kJ/kmol
7.3 Jednačina sagorijevanja ξz(Qd−ΔQd ) ( 1+γ )∗Ms
+
Uc+γUc } over {1+γ} ¿
=μ*Uz“
U –unutrašnja energija svježeg punjenja U“ – unutrašnja energija produkata sagorijevanja ξz - koeficijent sagorijevanja
Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
6
Toplotni proračun motora SUS 7.3.1 Koeficijent sagorijevanja
Vrijednosti koeficijenata sagorijevanja su date u tabeli 3 ξz=0,8
7.3.2 Unutrašnja energija svježe radne materije na kraju procesa sabijanja Uc= kJ/kmol
7.3.3 Unutrašnja energija produkata sagorijevanja na kraju procesa sabijanja Uc“|tc=rco(Uc“|tc)CO+(Uc”|t2)H2+rco2(Uc”|tc)CO2+rH2O(Uc”| tc )H2O+ +rN2(Uc”|tc)N2
ri=
Mi Mprs
- relativni udio i-te komponente u ukupnoj
masi produkata sagorijevanja rco=
Mco Mprs
=
rN2=
MH 2 Mprs
=
rCO2=
Mco 2 Mprs
=
Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
7
Toplotni proračun motora SUS rH2O= rN2=
MH 2= ¿ MN 2 Mprs
¿ Mprs
=
=
(Uc“|tc)co= (Uc“|tc)H2= (Uc“|tc)CO2= (Uc“|tc)H2o= (Uc“|tc)N2= Uc“|tc = Uc“|tc =
ξz(Qd−ΔQd ) ( 1+γ )∗Ms
+
Uc+γUc } over {1+γ} ¿
=μ*Uz“
Uz“=
7.4 Pritisak na kraju sagorijevanja pz=pc*α= bar α*ρ=μ*
Tz Tc
; ρ=1
α= Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
8
Toplotni proračun motora SUS
7.5 Maksimalni pritisak ciklusa uzimajuci u obzir zaobljenje dijagrama 8. Parametri procesa širenja Parametri procesa širenja su uzeti iz tabele 4. 8.1 Eksponent politrope širenja n2=1,21 8.2 Pritisak na kraju širenja α p b=
pz εn 2
= bar
8.3 Temperatura na kraju širenja
T b=
Tz εn 2−1
= K
9. Pokazatelji rada motora
9.1 Srednji indikatorski pritisak pim'=pa*
εm ε−1
[
α 1 1 1 1− − (1− ) n2−1 εn 2−1 n 1−1Tc εn1−1
(
)
]
pim'=
9.2 Stvarni srednji indikatorski pritisak Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
9
Toplotni proračun motora SUS pim= pim' * φ= bar φ – koeficijent zaobljenja indikatorskog dijagrama
9.3 Pritisak mehaničkih gubitaka
pm=A+B*cm A – konstanta kojom se ocjenjuje prosječan dio gubitaka snage za pogon pomocnih agregata B – konstanta kojom se uzima u obzir uticaj inercijalnih sila na mehaničke gubitke cm – srednja brzina klipa za DIZEL motore cm =5-10(13)m/s Usvajamo: cm =9m/s pm=1,05*0,138*9=1.3041
9.4 Srednji efektivni pritisak ciklusa pe=pim-pm= bar 9.5 Mehanički stepen iskorištenja ηm=
pe pim
=
9.6 Specifična indikatorska potrosnja goriva Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
10
Toplotni proračun motora SUS ρo∗ηv g = pim∗λ∗lo kWh
qi=3,6*10 * 4
9.7 Specifična efektivna potrošnja goriva qe=
qi ηm
g kWh
=
9.8 Indikatorski stepen iskorištenja ηi=
3600000 qi∗Qd
=
9.9 Efektivni stepen iskorištenja ηe= ηi* ηm= 9.10Časovna potrošnja goriva Gh=Pe*ge= 10.
kg h
Osnovne dimenzije motora
Pe=pe*Vh*i* i*Vh= Vh=
0,2∗n τ
Pe∗τ 0,2∗Pe∗n i∗Vh i
=
= dm3
= cm3
Pe – efektivna snaga; iVh – ukupna zapremina motora Vh – hodna zapremina jednog cilindra Vh =D2π*S/4; S/D=k; Vh =D3π*k/4 Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
11
Toplotni proračun motora SUS D=
√ 3
4∗Vh π∗k
= mm
Dst= mm Sk=k*Dst= mm Sk= mm Vh'=Dst2*π*Sk/4= cm3 Razlika izmedju Vh' i Vh je manja od 5%. Za račun je mjerodavan Sk. Vhuk=i* Vh'= cm3 Provjera srednja brzine klipa: Cm=2*Sk*n= m/s S obzirom da je razlika pretpostavljene i usvojene brzine klipa velika(dozvoljeno je 5-6%), proračun se ponavlja, od tačke 9.3 uzimajuci Cm = m/s 9.3a 9.4a
pm= bar pe=pim-pm= bar pe pim
9.5a
ηm=
9.6a
qi=3,6*104*
9.7a
qe=
qi ηm
=
=
3600000 qi∗Qd
9.8a
η i=
9.9a
ηe= ηi* ηm=
ρo∗ηv g = pim∗λ∗lo kWh g kWh
=
Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
12
Toplotni proračun motora SUS 9.10a
Gh=Pe*ge= Pe∗τ 0,2∗Pe∗n
i*Vh= Vh=
i∗Vh i
D=
√ 3
kg h
= dm3
= cm3
4∗Vh π∗k
= mm
Dst= mm Sk=k*Dst= mm Sk= mm Vh'=Dst2*π*Sk/4= cm3 Vhuk=i* Vh'= cm3 Cm=2*Sk*n= m/s
LITEATURA: 1. Miroljub V. Tomic, Stojan V. Petrović: Motori sa unutrašnjim sagorevanjem, Mašinski fakultet Beograd, 2004. Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
13
Toplotni proračun motora SUS 2. Dragoljub R. Radonjić, Radivoje B. Pešić: Toplotni proračun motora sus, Mašinski fakultet Kragujevac, 1996. 3. Tode Stojičić, Ivan Filipović: Zbirka zadataka iz motora sus, Mašinski fakultet Sarajevo, 1976. 4. Miodrag C. Živković: Motori sa unutrašnjim sagorevanjem I deo, Mašinski fakultet Beograd, 1976. 5. Želimir Dobovišek, Anton Černej: Idealni i stvarni ciklusi motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, Mašinski fakultet Sarajevo, 1976.
Mašinski fakultet Banja Luka - Katedra za motore i vozila
14
