柴油机设计参数

387柴油机主要性能参数：
转速2400 r / min
功率20 kW
燃油消耗率≤243 g / kW. H
缸径：87mm;
设计：
1)汽缸数:i=3
2)冲程数:τ=4
3)缸径:d=87mm
4)行程:s=96 mm 由于s/d大约为1.05—1.2 s/d=1.103
5)总排量:V s=3×π／4×8.7²×9.6=1711.20 ml=1.71 (l)
6)有效功率：Pe=20 kW
7)活塞平均速度:Cm=sn/30=0.096×2400÷30=7.68 m/s
8)平均有效压力：Pme=Pe·30τ／(Vh·Z·n)=20×30×4÷(1.71÷3)÷3÷2400=0.585 MPa
9)曲轴半径：R=s/2=96÷2=48 mm
10)连杆比：R/L取值为1/3--1/5,R/L可取1/4 连杆长度L=192 mm
11)缸心距L0/D=1.35---1.40
12) 取缸心距L0=1.40×87=121.8
13)压缩比：ε=18 朱仙鼎14~18
14)燃烧室形式：ω型半分开式
15)大气状态：P0=1 bar=0.1 Mpa,To=290 K
16)燃烧平均重量成分：C=0.87，H=0.126，O=0.004
17)燃料低热值：H u=441000kg/kg燃料
『1』参数选择
过量空气系数α=1.75
最高燃烧压力P z=70 bar=7 Mpa
热量利用率ξz=0.75
残余废气系数Φr=0.04
排气终点温度T r=800K
示功图丰满系数φi=0.96
机械效率ηm=0.80
『2』燃烧热计算：
1、理论所需空气量朱仙鼎热力计算
L0=1/0.21·（gC/12﹢gH/4－gO/32）=1/0.21×(0.87/12＋0.126/4－0.004/32)=0.495 kgmol/kg燃料
2、新鲜空气量M1
M1=αL0=1.75×0.495=0.866 kgmol/kg燃料
3、理论上完全燃烧（α=1）时的燃烧产物M0 不一样
M0=C/12＋H/2＋0.79L0=0.87/12＋0.126/2＋0.79×0.495＝0.5265 kgmol/kg燃料
4、当α=1.75时的多余空气量为
（α－1）L0=（1.75－1）×0.495=0.371 kgmol/kg燃料
5、燃烧产物总量M2
M2=M0＋（α－1）L0=0.5265＋0.371=0.8975 kgmol/kg燃料
6、理论分子变更系数μ0
μ0=M2/M1=0.8975/0.866=1.035
7、实际分子变更系数μ
μ=（μ0＋Φr）/(1＋Φr)=(1.035＋0.04)/(1＋0.04)=1.032
『3』换气过程参数计算
1、取p a=0.9 p0，则进气终点压力为p a=0.9 bar
2、取进气加热温升△T=20℃，则进气终点温度Tα为
Tα=（T0＋△T＋Φr×Tr）/(1＋Φr)=(290＋20＋0.04×800)/(1＋0.04)=328.85 K 3、充气效率ην
ην=ε/(ε－1)·pa/p0·T0/Tα·1/(1+Φr)=18÷(18－1)×0.9÷1×290÷328.85×1/(1+0.04)=0.808
『4』压缩过程计算
1、选取平均多变压缩指数n1=1.368
2、压缩过程中任意点x的压力Pαχ
Pαχ=Pa（Vα/Vαχ)﹙n1﹚=0.9×﹙Vα/Vαχ﹚(1.368) bar
式中Vαχ——x点的气缸容积，它等于
Vαχ=πD²R[﹙1－cosφχ﹚－R﹙1－cos2φχ﹚/﹙4L﹚]/4＋Vα
其中φχ为x点从上止点算起的曲轴转角: Vα=V h/(ε－1)
可以取数个x点，求出Pαχ和Vαχ，在绘制示功图时用以画出压缩线α﹣C0
3、压缩终点压力Pc和温度Tc
Pc=P a·εn1=0.9×181.368 = 46.93 bar
Tc=T a·εn1-1=328.85×180.368 =952.66 K
t c=T a－273=952.66－273=679.66 ℃
4、压力升高比λ
λ＝P z/P c=70/46.93=1.492
『5』燃烧过程的计算
1、压缩终点的空气平均等容比热C v，由图可得：
在t a=679.66K时的C p=7.30kcal/kgmol·℃
C v=C p－1.986=7.30－1.986=5.314 kcal/kgmol·℃
2、压缩终点的残余废气平均等容比热C v″，由图可知：
α＝1.75，t a=679.66K时的Cp″=7.70kcal/kgmol·℃
C v″=C p″－1.986=7.70－1.986=5.714 kcal/kgmol·℃
3、压缩终点的混合气平均等容比热Cv′
C v′=（C v＋γC v″）/(1＋γ)=(5.314＋0.04×5.714)/(1＋0.04)=5.329 kcal/kgmol·℃=22.38kj/kgmol℃
4、燃烧终点的温度Tz，由式得：
ξHμ/[(1＋γ)αL0]＋C v′·ta＋8.314λt a＋2270·﹙λ－μ﹚=μC p″t z
代入数得：
C p″t z=﹛0.75×44100÷[﹙1＋0.04﹚×0.866]＋22.38×679.66＋8.314×1.492×679.66＋2270×﹙1.8－1.032﹚﹜÷1.032=60183 kj/kgmol
由图可得燃烧终点温度：
t z=1710℃T z=1710+273=1983 K
5、初膨胀比ρ
ρ=μ/λ·T z/T a=1.032×1983÷1.492÷952.66=1.440
『6』膨胀过程的计算
1、后期膨胀比δ
δ=ε/ρ＝18÷1.440=12.5
2、选择平均多变膨胀指数n2=1.25
3、膨胀过程中任意点x的压力P bx
P bx=P z﹙V z/V bx﹚﹙n2﹚=75×﹙1.440Va/V bx﹚﹙1.25﹚
式中，V bx——x点的气缸容积，求法与前述V ax相同
4、膨胀终点的压力P b和温度T b
P b=P z/δ(n2)=75÷12.5(1.25)=3.19 bar
T b=T z/δ﹙n2－1﹚=1983÷12.5﹙1.25－1﹚=1054 K
t b=1054－273=781℃
『7』平均指示压力p i的计算
P i′=P0/﹙ε－1﹚[λ﹙ρ－1﹚＋λρ/﹙n2－1﹚﹙1－1/δ﹙n1－1﹚﹚－1/﹙n1－1 ﹚﹙1－1/ε﹙n1－1﹚﹚]
代入数值
P i′=46.93÷﹙18－1﹚×[1.492×﹙1.440－1﹚＋1.492×1.440÷﹙1.25－1﹚×﹙1－1÷12.5﹙1.25－1﹚－1÷﹙1.368－1﹚×﹙1－1÷18﹙1.368－1﹚]＝8 bar
p i=φi·P i′=0.96×8=7.68 bar =0.768 Mpa 1bar=0.1Mpa
『8』指示热效率ηi
ηi=8.314αL0/hμ·T0/P0·P i/ην=8.314×0.866÷44100×290÷1×7.68÷0.84=0.433 『9』指示比油耗gi
g i=3.6×﹙10³﹚²÷H u÷ηi=3.6×﹙10³﹚²÷44100÷0.433=188.53 g/kw·h
『10』有效热效率ηe和比油耗g e
ηe＝ηi·ηm＝0.433×0.80=0.3464
g e=3.6×﹙10³﹚²÷Hμ÷ηε=3.6×﹙10³﹚²÷44100÷0.3464=235.66 g/kw·h 『11』平均有效压力p m e和有效功率N e的校核
p m e＝P i·ηm＝7.68×0.8＝6.144 bar=0.6144 Mpa
N e＝iV h p me n/30/Ʈ=3×0.57×6.144x0.1×2400÷120＝21 kw Ʈ=4
升功率P l=p me×n÷30÷Ʈ=6.144x0.1x2400/30/4=12.288 kW/L。