柴油机设计 热计算例

附录热计算例

轻12V180型柴油机热力计算

1．轻12-180型柴油机主要技术参数

该机的曲轴箱、气缸排、活塞及各构架体壳等均由铝合金制成；主要传力部件，如曲轴、连杆、传动齿轮及其轴等均由高强度合金钢制成。具有重量轻、尺寸小、功率大等优点，适于小型艇应用。

2．柴油机热参数的选择

本计算工况取735 kW(1000ps),1700 r/min 。MPa P K 157.0= ⑵ 流通能力系数ηV ϕS 取1.05（参阅手册P.3-11选取） ⑵ 平均有效压力p me

MPa in V m N p S e e 849.01700

12089.573543030=⨯⨯⨯⨯==

⑶ 平均机械损失压力Pm （参阅手册，式（3.1.2.4）） ()[]524.0087.01

-+=-m e m C p D P

⎥⎦

⎤⎢

⎣

⎡-⎪⎭

⎫ ⎝

⎛

⨯+⨯⨯=-524

.030

17002.02.10849.0087.0180.025.0 []MPa cm kg 183.0866.1524.0993.19087.0535.12==-⨯⨯=

⑷ 机械效率ηm (参阅教材P.213表8-5，四冲程高速增压 ηm

= 0.8～0.88)

823.0183

.0849.0849

.0=+=+=

m e e m

p p p η

⑸ 环境条件：P 0= 100 kPa, T 0=30℃。 3．换气过程计算

⑴充量系数 ηv (参阅手册P.3-15式3.1.2.19) 29610271021976.0n n v ⨯⨯-⨯⨯+=--η

934.01700102717001021976.0296=⨯⨯-⨯⨯+=-- 124.1934.005.1===V S V S ηϕηϕ

⑵ 残余废气系数：γr = 0.02

（参阅手册P.3-15。也可按某些参考书中，四冲程增压 γr = 0～0.03） ⑶ 进气终了温度a T

K T T T T r r r S a 38302.0180002.053701=+⨯++=++∆+=γγ 式中: 无中冷增压柴油机：K S T T = ())97(3701.0157.03027318.1100C K P P T T

K

K n n K K

︒=⎪

⎭

⎫

⎝⎛+=⎪

⎭

⎫

⎝⎛=--

K n --增压器平均多变压缩指数, K n =1.8 新鲜空气预热温度： C T ︒=∆5 残余废气温度： T r = 800 K

⑷ 进气终点压力a P （按手册P.3-15式3.1.2.16计算）

()()02.01370383934.0157.05.1315.1311+⨯⨯⨯-=+-=r

S a V S a T T P P γηεε

MPa 143.0= （与教材P.204式(8-10)一致） 911.0157.0143.0==S a P P （四冲程增压(90.0=a P ～)S P 0.1） ⑸ 排气压力 r P

四冲程非增压(05.1=r P ～)015.1P 四冲程增压 (75.0=r P ～)K P 90.0

机械增压可参考非增压的值，取MPa P P r 11.010.10== ⑹ 柴油机所需的总空气流量K G

s kg m in RT V P G S S S S V K /343.1430170012370287.0089.5157.005.130=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ϕη

4．压缩过程计算

⑴ 平均多变压缩指数1n ，若忽略残余废气，可用下式估算：

()

1

1113143.81-++=-n a v bT a n ε

式中：v a 、b 为干空气的平均等容莫尔比热式bT a C v vm +=中的常数 v a =20.484 , b =0.002687 上式可用试算法求出。

第一次试算，先假定一个1n 值（本例先设定35.11=n ），代入等式右边,得 ()

345.03143

.85

.131383002687.0484.203143.811

35.11==+⨯⨯+=

--n 试算值与假设不符，将新求得的1n 值代入等式右边计算。 第二次试算，345.11=n ，计算得 3458.00391

.243143

.811==

-n

第三次试算，3458.11=n ，得 3458.03143

.811==

-n

最后得 3458.11=n （参阅教材P.205，n 1=1.28～1.37） ⑵ 压缩终点压力c P 与温度c T

MPa P P n a c 748.45.13143.03458.1=⨯==ε K T T n a c 9425.1338313458.111=⨯==--ε 5．燃烧过程计算 ⑴ 压力升高比λ 86.1823.8===c

z P λ

⑵ 燃烧过量空气系数α （按手册P.3-29表格28项公式计算---注意单位换算）

56.12625.0370849.0934.0157.02.87736.1645=⨯⨯⨯⨯=⨯=e S e v S g T P P ηα

式中 e g 的单位为kg/(kW .h) ⑶ 燃料热化学计算

① 计算理论空气量L 0

kg kmol g g g L O H C 495.032004.04

126.012

87.021.01324

12

21.010

=⎪⎭

⎫-+ ⎝⎛=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+= ② 新鲜空气量M 1

kg kmol L M 7722.0495.056.101=⨯==α ③ 完全燃烧时燃烧产物的摩尔数M 2

kg kgmol g g M M O H 8038.032

004.04

126.07722.032

4

12=++=++=

④ 理论分子变更系数β0 041.17722

.08038.01

20

===M M β

⑤ 实际分子变更系数β

040.102.0102.0041.110=++=++=r r γγββ

⑷ 平均定容莫尔比热()m VC C μ、()m VZ C μ计算

压缩终点C 的平均定容莫尔比热可近似按干空气的平均定容莫尔比热式计算。

()942002687.0484.20002687.0484.20⨯+=+=C m VC T C μ K kmol kJ ⋅=015.23

燃烧产物可看成由干空气和纯燃烧产物组成，故燃烧终点Z 的平均定容莫尔比热为

()()()Z m

VZ

T C 5

10

7

.2681381484

.201764.21⨯⨯-++

⨯-+=

ααα

αμ ()()Z T 5

10

56.17

.268156.138156.1484.20156.1764.21⨯⨯-++⨯-+= Z T 0034.03.21+= K kmol kJ ⋅ ⑸ 定压燃烧终点温度Z T

()()[]()[]3143

.83143.80+=++m VZ Z m VC C

r u

Z C T C T H μβλμξ （式中： 75.0=Z ξ～85.0，取75.0=Z ξ）

()

[]=⨯+⨯++⨯⨯⨯86.13143.8015.2194202.01495.056.143126

75.0

[]3143.80034.03.21040.1++⨯⨯=Z Z T T []Z Z T T 0034.06143.29041.18.343639.41064+⨯⨯=+ 07.75428828.30003536.02

=-+Z Z T T 解方程，得 K T Z 1992=