柴油機設計熱計算例

1、附錄 熱計算例輕12V180型柴油機熱力計算1輕12-180型柴油機主要技術(shù)參數(shù)名稱性 能 參 數(shù)型號輕 12-180型式四沖程、直噴式、機械增壓、水冷氣 缸 排列V形夾角60 （采用主付連桿）氣 缸 數(shù)目12氣缸編號次序從增壓器端向后看：右排 1 t 6;左排1 t 6氣缸 直徑180 mm活塞行程主連桿200 mm付連桿209.8 mm壓縮比13.5發(fā) 動 機 功 率 與 轉(zhuǎn) 速正 車最大功率（最大轉(zhuǎn)速）1200 ps(882 kW) (1850 r/mi n)全功率（全功率轉(zhuǎn)速）1000 ps(735 kW) (1700 r/mi n)使用功率（使用功率轉(zhuǎn)速）900 ps(662 kW)

2、 (1600 r/min)倒 車最大功率（最大轉(zhuǎn)速）250 ps(183.8 kW) (750 r/mi n)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速500 r/min空車 轉(zhuǎn) 速850 r/min增壓壓力（全功率1700r/min）21.55 1.65 kg/cm (0.152 0.162 MPa )最 高爆 發(fā) 壓 力29095 kg/cm (8.823 9.314 MPa )曲軸轉(zhuǎn)向右轉(zhuǎn)機從增壓器端向后看：為順時針左轉(zhuǎn)機從增壓器端向后看：為逆時針發(fā)火次序右轉(zhuǎn)機1左-6右-5左-2右-3左-4右-6左-1右-2左-5右-4左-3右左轉(zhuǎn)機1右-6左-4右-3左-2右-5左-6右-1左-3右-4左-5右-2左正時供油提前

3、角上死點前31 配 氣 相 位進氣開上死點前50關(guān)下死點后56排氣開下死點前56關(guān)上死點后50燃 油 消 耗 率最大功率時190 210 g/(ps . h) (258.4 285.6 g/(kW . h)全功率時w 193 g/(ps . h) (262.5 g/(kW . h)使用功率時w 186 g/(ps . h) ( 253 g/(kW . h)燃 油平均重量成分C=0.87,H=0.126,O=0.004低熱值42700 kJ/kg該機的曲軸箱、氣缸排、活塞及各構(gòu)架體殼等均由鋁合金制成；主要傳力部件，如曲軸、連桿、傳動齒輪及其軸等均由高強度合金鋼制成。具有重量輕、尺寸小、功率大等優(yōu)

4、點，適 于小型艇應用。2 柴油機熱參數(shù)的選擇本計算工況取 735 kW（1000ps）,1700 r/min。pk 0/l57MPa 流通能力系數(shù) VS取1.05 （參閱手冊P.3-11選?。┢骄行毫mePe30 mN e304735Vsi n5.0891217000.849 MPa平均機械損失壓力Pm （參閱手冊，式（3.1.2.4 ）1PmDOP87 PeCm 0.5240.1800.25 0.0870.84910 .20.21700300.5241.5350.08719.9930.5241.866 kg cm20.183 MPa機械效率m（參閱教材P.213表8-5，四沖程高速增壓

5、0.8 0.88)PemPe0.849Pm 0.8490.183.823環(huán)境條件:F0= 100 kPa, T 0=30 C。3 換氣過程計算充量系數(shù)v （參閱手冊P.3-15式 3.1.2.19)v 0.97621 10 6n 2710 90.97621 10 6170027 10170020.9341.050934124（參閱手冊P.3-15。也可按某些參考書中,四沖程增壓r = 0 0.03 )V SSV殘余廢氣系數(shù)：r = 0.02進氣終了溫度TaTTsTrTra 13705 0.02 8001 0.02383K式中： 無中冷增壓柴油機:TsTkTk TnK 1Pk寸可273300.1

6、570.11 .8 11.8370 K (97 C)nK -增壓器平均多變壓縮指數(shù)nK =1.8新鮮空氣預熱溫度:殘余廢氣溫度:T r = 800 K進氣終點壓力 Pa （按手冊P.3-15式3.1.2.16 計算）Pa1 Ps V 二 1T S（與教材 P.204式（8-10） 一致）0.143MPaI3!5 10.1570.93410.0213.5370Pa Ps0.143 0.1570.911 （四沖程增壓 Pa0.901.0 PS）排氣壓力 Pr四沖程非增壓Pr 四沖程增壓 Pr1.05 1.15 Po0.75 0.90 Pk機械增壓可參考非增壓的值，取Pr 1.10P。0.11MPa

7、 柴油機所需的總空氣流量 GkcPsVsinG KV SRTs30 m1.050.1575.08912 17000.28737030 41.343 kg /s平均多變壓縮指數(shù)n11av bTa 14 壓縮過程計算n1，若忽略殘余廢氣，可用下式估算:8.3143式中：av、b為干空氣的平均等容莫爾比熱式Cvm avvmbT中的常數(shù)av =20.484,上式可用試算法求出。b =0.002687第一次試算，先假定一個值（本例先設定n11.35）,8.3143代入等式右邊，得8.3143E 1w下0.34520.4840.002687383113.5124.0722試算值與假設不符，將新求得的n1值

8、代入等式右邊計算。第二次試算,n11.345,計算得8.31430.345824.0391第三次試算,n11.3458，得空竺0.3458 24.0444最后得n11.3458（參閱教材 P.205 , m=1.28 1.37 ）壓縮終點壓力Pc與溫度Tc ncaT Tn1 1caPc Pa n 0.143 13.51.3458 4.748MPa1.3458 1383 13.5942K5 燃燒過程計算壓力升高比入巴.進1.86Pc4.748燃燒過量空氣系數(shù)（按手冊P.3-29表格28項公式計算-注意單位換算）645 1.36PS vPeTsge式中g(shù)e的單位為燃料熱化學計算877.2 0.15

9、7 0.9340.849 370kg/(kW. h)0.26251.56計算理論空氣量新鮮空氣量gc12g h g o-321.560.495M 1 Lo完全燃燒時燃燒產(chǎn)物的摩爾數(shù)10.210.87120.7722 kmol kgM等077220.12640.12640.004320.004320.495 kmol kg0.8038 kgmol kg理論分子變更系數(shù)卩0M 20.8038,門，0-1.041M 10.7722實際分子變更系數(shù)卩平均定容莫爾比熱空空1.0401 0.02CVC mCvzm計算壓縮終點C的平均定容莫爾比熱可近似按干空氣的平均定容莫爾比熱式計算。CVC m 20.48

10、4 0.002687TC20.484 0.00268723.015kJ kmol K燃燒產(chǎn)物可看成由干空氣和純?nèi)紵a(chǎn)物組成，故燃燒終點381C21 .764CVZ m120.48421.7641.56 120.4841.56942z的平均定容莫爾比熱為1268 .7莎TZ381 1.56 1268.7 T105 z1.5621.30.0034TzkJ kmol定壓燃燒終點溫度TZzHuL0 1 rTcCvc m 8.3143TzCvz m8.3143（式中:z 0.75 0.85，取 z0.75)431260.75匚56951 0.0294221 .0158.31431.8641064.9 3

11、4363.81.0410.003536TZ230.828TZ解方程，得1.040 TZ21.30.0034TZ 8.3143TZ 29.6143 0.0034TZ75428.70Tz 1992K初期膨脹比1.182(=1.1 1.7 )TZ 1.0401992TC 1.869426 膨脹過程計算后期膨脹比13.51.18211.42平均多變膨脹指數(shù)n2n21z)HuLo 0 r8.3143 Tz TbavbTZ TZ avbTb Tb（式中：av、b為燃燒產(chǎn)物定容莫爾比熱式的常數(shù),av=21.3 , b =0.0034 )( 式中： b =0.85 0.90，取 b =0.88)n2 18.3

12、1431992 Tb0.88 0.75431261.56 0.4951.041 0.02(21.3 0.0034Tz)Tz21.3 0.0034Tb Tb8.31431992 Tb6842.9 55921.0_21.3 0.0034Tb Tb8.31431992 Tb62763.9 21 .3 0.0034Tb Tb與Tb的計算式聯(lián)立TbTz11992111.42八用試算法計算。第一次試算，設n21.20，得Tb 1992111.42111224K8.31431992 1224n2162763.921.3 0.0034 122412246385.431598.90.202試算值與設定值不符。第

13、二次試算，取n21.202，得Tb1992爲亍 1218K11.4211n28.31431992 1218162763.921.3 0.0034 121812186435.331776.50.202最后取人 1218K ,n21.202膨脹終點壓力PbPbPz8.823n211.42r2020.472 MPa7 指示參數(shù)計算平均指示壓力PiPiPcn21n1n1 10.964.74813.5 11.861.182 1186 皿 11.202 110.20211.420.960.37980.33854.2290 1.7161其中：n-豐滿系數(shù)，一般n-0.92 0.98，取 n-0.960.96

14、 0.3798 2.8514 1.0396MPa指示功率nN, 禽 倔96 5.089-1700 12899.4kW30m30指示熱效率i 8.3143L。Ts 丄 pv8.31430.7722431263700.15711.03960.3939%0.934指示燃油消耗率gi5365gi 1010i H u0.3936214g (kW h)43126&有效參數(shù)計算平均有效壓力Pe1.03960.8230.856MPa有效功率NeNe Ni m 899.40.823740.2 kW有效燃油消耗率gi2140.823260 gkW h有效熱效率0.390.8230.32132%9.繪制P-V示功圖

15、計算氣缸工作容積Vs和燃燒室容積眼2.045.089dm35.08913.5 130.407dm計算理論循環(huán)各特征點容積3Va Vc Vs0.407 5.089 5.496dmVz Vc0.407dmVz Vc 1.182 0.4070.481dm3Vb Va5.496 dm壓縮曲線各點參數(shù)按公式Px P Va可列表計算，也可編程計算。上口 點號VxVa/Vx(Va/Vx)n1PXaVx =V a= Vc = 13.5V c=5.4961.0001.0000.143H1Vx=(-0.5)Vc =13Vc=5.2911.0381.0510.1502Vx =(-1.5)Vc =12Vc =4.88

16、41.1251.1720.1683Vx =(&-2.5)Vc =11Vc =4.4771.2271.3170.1884Vx =(&-3.5)V c =10Vc =4.0701.3501.4980.2145Vx=(-4.5)Vc =9Vc =3.6631.5001.7260.2476Vx=(-5.5)Vc =8V c =3.2561.6872.0210.2897Vx=(-6.5)Vc =7Vc =2.8491.9282.4190.3468Vx=(&-7.5)Vc =6V c =2.4422.2502.9780.4269Vx=(-8.5)Vc =5Vc =2.0352.7003.8070.5441

17、0Vx=(-9.5)V c =4Vc=1.6283.3755.1400.73511Vx =(-10.5)Vc=3Vc =1.2214.5007.5701.083112Vx =(-11.5)Vc=2Vc =0.8146.75013.0641.868CVx=(-12.5)Vc=V c =0.40713.50033.2054.748膨脹曲線各點參數(shù)門2按公式px pb Yi可列表計算，也可編程計算。上口 點號VxVb/Vx(Vb/Vx)n2PXZVx =V a =p V c = 1182V c=0.48111.42618.6908.8231Vx =(-11.5)Vc=2Vc =0.8146.7509.9274.6862Vx =(-10.5)Vc=3Vc =1.2214.5006.0982.8783Vx=(-9.5)V c=4Vc=1.6283.3754.3152.0374Vx=(-8.5)Vc =5V c =2.0352.7003.3001.558 n5Vx：=(-7.5)Vc =6Vc =2.4422.2502.6501.2516Vx=(-6.5)Vc =7Vc =2.8491.9282.2011.0397Vx=(-5.5)V