Тепловой баланс и тепловая напряжённость деталей ДВС.

Тепловой баланс двигателя.

Тепловой баланс двигателя. Распределение теплоты, выделяемой при сгорании вводимого в цилиндры двигателя топлива, на полезно используемую и отдельные виды потерь характеризуется внешним тепловым балансом. Характер рас­пределения теплоты сгорания по составляющим внешнего теп­лового баланса определяется особенностями рабочего процесса, а также геометрическими размерами цилиндропоршневой груп­пы, конструкцией деталей и системы охлаждения.

Внешний тепловой баланс в целом и отдельные его состав­ляющие в частности позволяют оценить показатели теплонапряженности деталей двигателя, рассчитать систему охлаждения, определить резервы в использовании теплоты отработавших газов и пути повышения экономичности двигателя.

В общем виде уравнение внешнего теплового баланса в аб­солютных единицах можно представить так:

Qo — Qe + Qохл + Qm + Qгаз + Qh.c + Qoct

Qo — количество теплоты, выделяемой при сгорании вводимого в двигателе топлива за определенное время

Qe —теплота, эквивалентная эффективной работе

Qн.c — теплота, не выделившаяся в двигателе вследствие неполноты сгорания

Qм — количество теплоты, передаваемой смазочному материалу

Qгаз — количество теплоты, теряемой с отработавшими газами, так как их температура и теплоемкость выше, чем у свеже­го заряда.

Qохл — количество теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости

........

Уравнение теплового баланса.

14.2. Анализ составляющих теплового баланса.

14.3. Тепловая напряженность деталей ДВС.

В ДВС в эффективную работу превращается лишь 20-40% от теплоты сгорания топлива. Остальная часть теплоты в виде различных потерь передается окружающей среде через систему охлаждения, с отработанными газами и теплопередачей от наружных поверхностей двигателя.

Для определения возможностей снижения тепловых потерь двигателя и, следовательно, увеличение его экономичности, получения необходимых данных для расчета систем двигателя необходимо знать, как распределяется теплота сгораемого топлива.

Распределение теплоты на эффективную работу и по отдельным видам тепловых потерь, называют внешним тепловым балансом.

Тепловой баланс двигателя определяется экспериментально в зависимости от различных параметров: числа оборотов, нагрузки, состава смеси и т.д.

Уравнение теплового баланса в абсолютных количествах теплоты (ккал/час) имеет вид:

1) Q_т - теплота от сгорания топлива, введенного в двигатель; Q_т = H_и* G_т,(ккал/час), H_и - низшая теплота сгорания топлива. G_т - часовой расход топлива на данном режиме.

2) Q_е - теплота, эквивалентная совершенной эффективной работе двигателя; Q_е = 632* N_е(ккал/час); N_е - эффективная мощность (л.с.)

3)Q_охл -теплота, отданная среде через систему охлаждения. Эта составляющая включает теплоту, переданную через стенки цилиндра, камеры сгорания и выпускные патрубки головки цилиндров за весь рабочий цикл, а также большую часть теплоты, образовавшейся от трения поршня и колец о стенки цилиндра. Остальная часть теплоты от трения и теплопередачи в поршень уносится маслом.

где G_w - количество жидкости, циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени; С_v - теплоемкость охлаждающей жидкости ( для воды С_v=1); t_wвых и t_wвх - температура охлаждающей жидкости на выходе и входе из двигателя.

4) Q_гф - физическая теплота, уносимая с отработанными газами. Q_гф определяют на испытаниях, обычно при помощи специальных теплообменников, в которых отработавшие газы отдают часть своей теплоты охлаждающей их воде.

5) Q_н._е - часть теплоты топлива, теряемая из-за химической неполноты сгорания при a <1 (обогащенная смесь).a - коэффициент избытка воздуха.

При a >1 величину Q_н._е обычно включают в остаточный член теплового баланса.

6) Q_м - теплота, отводимая масляной системой. Определяется экспериментально масляным теплообменником. Эти потери составляют 1,5-3% от всего тепла топлива, поэтому их часто включают в Q_ост.

7) Q_ост - остаточный член теплового баланса, состоящий из потерь на:

а) работу вспомогательных механизмов;

б) физическую неполноту сгорания при a >1, являющегося результатом недостаточно хорошего смесеобразования;

в) отводом теплоты в масляную систему;

г) теплопередача от наружных поверхностей двигателя;

д) прочие неучтенные потери и неточности теплового баланса.

Для оценки распределения теплоты более наглядным является уравнение теплового баланса, составленное в процентах от теплоты сгораемого топлива: