D6135CZ-型柴油机说明书之3热力学计算

毕业论文（设计）D6135CZ型柴油机设计TheDesignofD6135CZDieselEngine学生姓名：******指导教师：***********合作指导教师：专业名称：热能与动力工程所在学院：机械工程学院二〇一一年六月大连海洋大学本科毕业论文（设计）附录附录附录一D6135CZ型柴油机热计算及结果柴油机已知参数缸径D=135(mm)行程S=140(mm)缸数i=6转数r=1500(r/min)有效功率Pe=220Ps压缩比ε=16每缸工作容积Vh=2.0(L)，Vc=0.133(Ｌ)大气状态P0=1(2/cmkg)T0=298(K)燃料平均重量成分C=0.86，H=0.13，O=0.01燃料低热值Hu＝10200(kcal/kg)燃烧室形式“ω”形燃烧室⒈参数选择根据类似柴油机的试验数据和统计资料，结合本柴油机具体情况，可以选定：⑴、过量空气系数：a=1.8增压额定工况的过量空气系数，一般均推荐1.6～2.0（直接喷射式），较非增压大10%～30%原因：a)、有利于燃烧过程迅速地完成，增加燃烧产物中的二原子气体含量，可以获得较大的绝热压缩与膨胀指数，减少排气热损失，增加发动机经济性。b)、在充气状态良好的状态下采用较大的过量空气系数，可以降低主要零件的热负荷，特别是活塞组的热负荷，有利于整机的可靠性以及耐久性。c)、较大的过量空气系数可以降低发动机的升功率和平均指示压力。⑵、增压器出口的空气压力：kP=1.51（2cmkg）⑶、压缩过程起始压力：aP=0.98KP=1.48（2cmkg）(1)一般推荐aP=(0.85～1.1)kPz⑷、增压器进口压力：rP=1.28（2cmkg）一般功率较大的增压器大多采用单级涡流式涡轮，效率较高，而从结构的合理性与制造成本方面来看135系列柴油机以采用径流式涡轮较为合理，但涡轮的热效率较低，故所取rP值稍大。大连海洋大学本科毕业论文（设计）附录⑸、空气进入气缸的温度升高：T=5℃增压柴油机T一般推荐（5～10）℃，由于离心式空压机出口空气温度较高，缸壁对空气加热极微。⑹、残余废气温度：rT=900K增压柴油机一般推荐（800～1000）K。⑺、残余废气压力：rP=1.28（2cmkg）增压柴油机一般推荐rP=（0.75～0.9）kP，在满足此原因的同时，（kP-rP）／kP≥0.15由于考虑到适用于135系列柴油机的小径流式涡轮增压器效率可能较低,故选取Pr偏高,此时kP必将不可避免的增高。⑻、最高燃烧爆发压力：zP=90（2cmkg）采用较高燃烧爆发压力的原因：ω型燃烧室燃烧压力大多偏高，据经验增压四冲程柴油机为90～95（2cmkg）。⑼、Z点的热量利用系数：z=0.76高速柴油机的Z点热量利用系数一般在0.5～0.8范围内，由于增压将加强进气，增大过量空气系数，增加压缩终点压力和温度，其结果将使着火延迟期缩短，燃烧过程更趋于完善，故可取较大的z值。⑽、膨胀行程终点的燃料热量利用系数：b=0.9（0..8-0.9）增压可以大大改善热烧条件，减少不完全燃烧损失，相对的使散入冷却水中的热量降低。⑾、示功图丰满系数：n=0.98一般四冲程增压柴油机的丰满系数在（0.96～0.99）范围内。由于排气损失相对于球型和浅盆型大，故取n略高。缸套内壁面、活塞顶面以及气缸盖底面等（统称缸壁）与缸内工质直接接触的表面，始终与工质发生着热量交换。a)排气门提前开启造成了膨胀损失、强制排气的推出功和吸气损失功（统称换气损失）。b)转速越高，喷油提前角越大，压缩负功增加，有用功减少，热量损失越大。c)由于燃烧速度的有限性，等容加热部分达不到瞬时完成加热的要求，再加上活塞在上止点后的下行运动使工质体积膨胀，使得实际循环的最高压力下降，循环的平均压力和所做功能力下降。d)部分热量是在膨胀行程的Z点后加入，部分热量的做功能力低，循环获得的膨胀功减少。e)存在不完全燃烧损失。⑿、机械效率：m=0.81增压柴油机一般推荐在（0.8～0.9）范围内。⒉气缸的排气及进气参数⑴、增压器出口空气温度：KKnnKkPPTT)1(00)(41.1)141.1()151.1(298=335K或kt=62℃。(2)式中选取离心式压气机的多变指数kn=1.41。活塞或离心式的kn为（1.4~1.8）⑵、残余废气系数：大连海洋大学本科毕业论文（设计）附录}])[({])([rarrKPPPTTTr(3)021.0}]28.1)48.116[(28.1{]900)5338([内燃机缸内的残余废气系数与其压缩比、进气压力、配气定时等有关。对于柴油机而言，压缩比高、气门叠开角大、没有进气节流、所以残余废气系数小，且增压的柴油机的残余废气系数更低。⑶、充气系数：]})1([{)(])1-([rTTPPakKav01.1]})021.01(343[335{)51.148.1(])1-16(16[(4)四冲程增压柴油机的充气系数一般在（0.9～1.05）范围内。a)进气系统：与进气门的大小，进气管道的沿程阻力损失有关。b)排气系统：与排气门的大小，排气管道的沿程阻力损失，消音器的布置有关。c)燃烧室与进气系统的合理配置。d)降低进气温度，可以采用中冷措施，进气温度低，空气密度大，保证进气多。例如：2100型柴油机的进排气管道的布置不合理，排气管道和进气管道在一侧，造成排气管道给进气管道加热，导致进气温度升高，空气密度小，进气量少，不利于燃烧。e)采用增压技术提高充气系数。⑷、压缩始点温度：3405335)()1(00TTTPPTTKnnkaKKK(5)四冲程增压柴油机的压缩始点温度aT随kP和空气中间冷却度而定。⒊工作介质的参数⑴、燃烧所需理论空气量：)32412(21.010OHCL=)3201.0413.01286.0(21.01=0.496))((燃料kgmolkg(6)⑵、新鲜充量的分量：01LMa=1.8×0.496=0.893))((燃料kgmolkg(7)⑶、理论上完全燃烧（a=1）时的燃烧产物分量：0M079.0212LHC=0.5288))((燃料kgmolkg(8)⑷、当a=1.8时的过剩空气量：0)1(La=（1.8-1）×0.496=0.397))((燃料kgmolkg(9)⑸、燃烧产物总量：002)1(LMMa=0.5288+0.397=0.9258))((燃料kgmolkg(10)⑹、理论摩尔变更系数：0367.1893.09258.0120MMu(11)⑺、实际摩尔变更系数：036.1)021.01()021.00367.1()1()(0rruu(12)柴油机燃烧前后的物质的量变化系数较小，一般在（1.03～1.06）之间；燃烧后物质的量的增加对内燃机循环做功是有利的。⑻、其它系数：大连海洋大学本科毕业论文（设计）附录20])1[(MLraa=[(1.8-1)×0.496]/0.9258=0.4288(13)0r=20MM=0.5288/0.9258=0.571(14))1()1(1rrra=(1+0.021×0.4288)/(1+0.021)=0.988(15))1(2rrra=0.021×0.4288/(1+0.021)=0.008(16)⒋压缩过程⑴、用试探法联解下列方程求出平均多变压缩指数：0)1()(985.1)()(1021nttuuuuacaocac(17)（1）(17)273)1(1nacTt℃(18)au=497.7×94/100=467)(molkgkgcal燃烧产物当a=1时的内能oauoau=539.5×94/100=506)(molkgkgcal将各已知数代入后得：0.988（cu-467）+0.008（ocu-506）-1.985（ct-94）/（1n-1）=0(2)试以1n=1.37代入：ct=343×)137.1(16-273=663℃此时空气及a=1时的燃烧产物的内能：cu=3747+（4341-3747）×63/100=4121)(molkgkgcalocu=4187+（4876-4187）×63/100=4621)(molkgkgcal将cu和ocu代入求（2）得“+78”试以1n=1.364代入：ct=343×)1364.1(16-273=668℃此时空气及a=1时的燃烧产物的内能：cu=3747+（4341-3747）×68/100=4150)(molkgkgcalocu=4187+（4876-4187）×68/100=4656)(molkgkgcal将cu和ocu代入求（2）得“-40”求得1n=1.3637≈1.364高速增压柴油机一般1n在（1.23～1.37）大连海洋大学本科毕业论文（设计）附录说明：压缩过程中气体得到热量愈多，1n愈大。相反热损失越多1n越小。由此，影响1n的取值的主要因素有以下几点：a)、发动机的构造特征，风冷发动机的主要零件（缸体、缸盖、活塞）温度要比水冷发动机的大，因此风冷机的1n较大。b)、DS较小时，1n要比长冲程的机型小一些。c)、当气缸套、活塞、活塞环以及气门密封带磨损时，漏气量增加，就会带走一部分热量，从而使1n减小。d)、燃烧室表面积炭，会使零件温度升高，减少散热量，使1n升高。⑵、压缩终点压力：cP=1·naP=1.48×364.116=65（2cmkg）一般为（51～92）（2cmkg）(19)⑶、压力升高比：λ=zP/cP=90/65=1.38直接喷射式增压λ在（1.3～1.8）(20)⑷、压缩终点温度：)1(1·nacTT340×)1364.1(16=941K或ct=660℃(21)增压四冲程高速柴油机压缩终点温度一般为（850～1100）K。⒌燃烧过程⑴、压缩终点的空气平均等容比热vC，在附图13上查得，当ct=660℃a=∞时的pC=7.36)(℃molkgkgcal故vC=pC-1.986=7.36-1.986=5.374)(℃molkgkgcal(22)⑵、压缩终点的残余废气平均等容比热vC，在附图13上查得，当ct=660℃a=1.8时的pC=7.5)(℃molkgkgcal故vC=pC-1.986=7.5-1.986=5.514)(℃molkgkgcal⑶、压缩终点的混合气平均等容比热'vC'vC=rrCCvv1=（5.374+0.021×5.514）/（1+0.021）=5.377)(℃molkgkgcal(23)⑷、燃烧终点的温度zT，根据下列方程求解0)1(LrHauz'vCct+1.986λct+542（λ-u）=upCzt(24)将已知数值代入pCzt=036.11[893.0021.011020076.0）（+5.377×660+1.986×1.38×660+542×（1.38-1.036）化简后得：pCzt=13616再用pC～t曲线，先估计下zt值，按此查出pC，并算出pCzt，试其数值与14817是否相符，然后按其差值再选zt值，如此逐步试算直至求得zt值和其相应的pC乘积等于14817为止，按照此方法求得燃烧终点温度：zt=1619℃zT=1619+273=1892K大连海洋大学本科毕业论文（设计）附录增压四冲程高速柴油机最高燃烧温度一般为（1800～2200）K⑸、初期膨胀比：ρ=czVV=czTTu·=（1.036/1.38）×（1892/941）=1.51(25)⒍膨胀过程的计算⑴、后期膨胀比δ==Tz/Tc=16/1.43=10.6⑵、用试探法联解下列方程求平均多变膨胀指数：最终取平均多变膨胀指数2n=1.20高速增压柴油机一般2n在（1.15～1.25）范围内2n是一个平均值概念，他主要取决于过后燃烧的程度，气体与气缸壁之间的传热以及气体的泄露量。2n越小，有用功