Как определить температуру газа в цилиндре (7 видео)

Для расчета мощности турбины необходимо знать температуру выпускных газов на входе в нее. Выпуск газов из цилиндра является сложным газодинамическим процессом, при котором давление, температура и скорость газов в трубопроводе непрерывно изменяются. При шаговом расчете кругового процесса масса и температура газов, поступающих в выпускной трубопровод, рассчитываются для каждого шага, причем посредством интегрирования может быть найдена средняя температура выпускного газа. Рассмотрим теперь этот процесс в предположении, что давление в выпускном трубопроводе остается постоянным и что в конце хода выталкивания во всем выпускном коллекторе температура одинакова. Выпускные газы расширяются от давления, соответствующего точке 5ц, до давления р₃ перед турбиной (рис. 7.1).

Температура газов после перемешивания Т₃ (средняя температура), которую они имеют после окончания процесса выталкивания, будет ниже, чем температура газов в конце расширения в цилиндре, но, под действием преобразования энергии завихрения потока, выше, чем температура изоэнтропийного расширения, начинающегося в точке 5ц.

С целью упрощения состояние, соответствующее концу расширения в цилиндре (5 ц), в последующем будем обозначать только индексом ц (цилиндр). В случае совершенного двигателя (при отсутствии потерь теплоты в стенки) процесс выпуска можно разбить на следующие частичные процессы (рис. 7.2 [7.1]).

1. При открытии выпускного клапана (в случае идеального двигателя это происходит бесконечно быстро при положении поршня в нижней мертвой точке) часть отработавшего газа устремляется из цилиндра в выпускной трубопровод. Заряд в цилиндре охлаждается при этом изоэнтропийно, высвобождающаяся вследствие этого работа затрачивается на придание потоку скорости в сечении выпускного клапана. В выпускном трубопроводе энергия скорости вследствие завихрений вновь преобразуется в теплоту. В качестве эквивалентного процесса представим себе, что перед открытием выпускного клапана в выпускном трубопроводе непосредственно к клапану примыкает поршень K₂, нагруженный давлением р₃ (рис. 7.2, а).

2. При открытии выпускного клапана поршень K₂ при еще неподвижном рабочем поршне K₁ передвигается вправо до тех пор, пока в цилиндре не установится давление р₃ (рис. 7.2, б). Промежуточное положение поршня K₂ на рис. 7.2, б в данном случае нас не интересует.

3. Затем рабочий поршень К₁ перемещается из левой (нижней) в правую (верхнюю) мертвую точку, а поршень K₂ еще дальше вправо (рис. 7.2, в). Все содержимое цилиндра теперь находится в выпускном трубопроводе и после перемешивания принимает состояние, характеризующееся параметрами р₃, V₃, Т₃. При перетекании и движении газа по трубопроводу поршень K₂ под воздействием газа совершает работу р₃V₃. Для выталкивания газа из цилиндра затрачивается работа, совершаемая поршнем К₁ она равна р₃V_ц. В соответствии с этим суммарная работа, произведенная газом, составит р₃ (V₃—V_ц). Так как отсутствует преобразование теплоты, то согласно первому закону термодинамики можно записать

Читайте также: Что такое свод цилиндра

Если допустить, что в цилиндре нет остаточных газов, то массы газа в левой и правой частях уравнения равны, и, отнеся их к 1 кг, получим

в то время как для адиабатного расширения от температуры 1200 К получается

В реальном случае, однако, имеют место значительные потери теплоты выпускных газов в охлаждаемом выпускном канале крышки цилиндра (в связи с высокой скоростью потока) [7.2], а также потери теплоты в неохлаждаемом, но не полностью теплоизолированном выпускном трубопроводе и в газоподводящем корпусе турбины. С учетом этих потерь теплоты можно приближенно определить температуру адиабатного расширения на входе в турбину [7.3 ] по выражению

Содержание

Расчет температуры газов в цилиндре
Как определить температуру газа в цилиндре
Главное меню
Судовые двигатели
🎬 Видео

Видео:ТОСОЛ в ЦИЛИНДРАХ Симптомы Диагностика Ремонт (К4М)Скачать

Расчет температуры газов в цилиндре

Расчет температуры газов в цилиндре выполняем для тактов сжатия Тг.с. и сгорания – расширения Тг.р. (К) по уравнению:

кг/цикл-масса газа в цилиндре;

b_z = 1 – коэффициент молекулярного изменения на такте сжатия;

R – газовая постоянная, которую с достаточной точностью можно принять

равной 0,287 кДж/(кгК) на такте сжатия и 0,3 кДж/(кгК) – на такте сгорание – расширение. Результаты расчета записываем в таблицу 3.6.

Таблица 3.8 – Результаты расчета индикаторной диаграммы

j, град. п.к.в.

V_Т, м 3 ×10 3

Е_Т

Сжатие Р_Г.С, МПа Т_Г.С., К

Сгорание-расширение Р_Г.Р , Мпа Т_Г.Р., К

Расчет системы наддува двигателя

Видео:Проверить прокладку ГБЦ на прогар теперь сможет каждый. Все простоСкачать

Как определить температуру газа в цилиндре

Главное меню

Судовые двигатели

Процесс передачи тепла от газов к охлаждающей жидкости в цилиндре двигателя разбивается на три этапа: теплоотдача от газов к стенке цилиндра; теплопередача через стенки цилиндра и теплоотдача от наружной поверхности стенок цилиндра к охлаждающей среде. Теплоотдача от газов к стенке цилиндра происходит главным образом путем соприкосновения. Радиационная составляющая теплообмена принимается равной около 5% . Однако некоторые исследования последних лет показывают, что лучистый теплообмен в цилиндре дизеля достигает 15% от всего передаваемого тепла. При установившемся тепловом потоке, и если принять стенку цилиндра плоской, согласно закону Ньютона, количество теплоты, переданное от газов к 1 м 2 поверхности стенки в течение часа, будет равно

где ? _г — коэффициент теплоотдачи от газов к стенке путем соприкосновения в ккал1м 2 град·ч;

Читайте также: Скорость хода поршня в цилиндре

Т _Г — температура газов в цилиндре;

Т ₁ — температура внутренней поверхности стенки цилиндра (рис. 106).

Количество теплоты, передаваемое лучеиспусканием от газов к стенке, согласно закону Стефана-Больцмана, будет равно

Здесь Т _п — температура во фронте пламени, которая, по опытным данным, выше температуры газов примерно на 25% .

Суммарное количество теплоты, передаваемое от газов к стенке,

Обычно, ввиду малого значения, величиной q _л пренебрегают, а потому

Количество теплоты, передаваемое через стенку цилиндра, согласно закону Фубье,

исключим температуру наружной поверхности стенки цилиндра Т ₂ , определим тепловую нагрузку цилиндра в зависимости от температуры внутренней поверхности стенки цилиндра Т ₁ и температуры охлаждающей воды Т _в :

Последнее уравнение показывает, что чем больше тепловая нагрузка цилиндра, чем выше температура охлаждающей воды T _в , и чем больше толщина стенки цилиндра s’, тем выше будет температура внутренней поверхности стенки цилиндра.

Температурный перепад по толщине стенки цилиндра равен

Возникающие тепловые напряжения в стенках цилиндра пропорциональны температурному перепаду и их толщине.

Отсюда следует, что с увеличением тепловой нагрузки и толщины стенок цилиндра тепловые напряжения в стенках его возрастают.

Подставляя в формулу (173) значение допустимой температуры внутренней поверхности стенок цилиндра t ₁ °С, получим значение максимально допустимой тепловой нагрузки цилиндра (при данных значениях t _в , ? _в , s’ и ? ₀ ):

Обозначим термическое сопротивление теплопередачи от внутренней поверхности стенок цилиндра к охлаждающей воде через

тогда уравнение тепловой нагрузки можно написать так:

Отсюда находится мгновенное значение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра

Вследствие пульсирующего теплового потока в цилиндре двигателя температура внутренней поверхности стенок его колеблется. Опытные данные показывают, что эти колебания незначительны и ими можно пренебречь. Температура значительно изменяется вдоль поверхности цилиндра и поршня. На рис. 107 показаны типичные температурные кривые поршня без жидкостного охлаждения, а на рис. 108 — типичная кривая изменения температуры внутренней поверхности стенок цилиндра.

На рисунках также показаны значения температур поршня из алюминиевого сплава и втулки цилиндра на глубине 0,38 мм быстроходного двигателя п = 2 000 об/мин. ( D = 121 мм, S = 140 мм) при температуре охлаждающей воды 70° С и скорости ее потока в зарубашечном пространстве 0,152 м/сек. Рассмотрение температурных кривых показывает, что средняя температура направляющей .части поршня мало отличается от температуры внутренней поверхности стенки цилиндра, а следовательно, теплопередача от поршня через направляющую часть его является незначительной. Наибольшая разница температур имеет место между боковой поверхностью головки поршня (в районе верхних двух колец) и поверхностью втулки цилиндра, а отсюда можно сделать вывод, что наибольшее количество теплоты отводится от поршня через верхние поршневые кольца.

Читайте также: Цилиндр тормозной урал механизм клиновой wabco ао аз урал 12739074

Как следует из формулы (161), тепловая нагрузка цилиндра возрастает пропорционально увеличению его диаметра:

В связи с этим конструкция головки поршня (особенно при больших диаметрах цилиндров) должна обеспечить наиболее равномерный отвод тепла и тем самым не допускать большого перепада температур в донышке поршня.

Увеличение тепловой нагрузки донышка поршня при наддуве мощных дизелей послужило причиной замены масляного охлаждения головки поршня водяным. Масляное охлаждение, вследствие малой теплоемкости масла, не всегда достигает требуемого снижения температуры поршня и поршневых колец.

На рис. 109 показано распределение температур в поршне с масляным охлаждением и верхней части рабочей втулки опытного цилиндра двухтактного дизеля фирмы «Зульцер» с диаметром цилиндра 760 мм и р _е = 7 кГ/см 2 (цилиндровая мощность 1500 л. с.). Донышко поршня имеет одинаковую толщину, оно плоское с уклоном по периферии. Верхняя часть втулки цилиндра защищена от непосредственного воздействия пламени вставным кольцом, изготовленным из жаропрочной стали и, благодаря наличию ребер, имеет интенсивное охлаждение.

Как видно из рис. 109, температурный перепад для чугунной втулки цилиндра допустим, но все же довольно высок. Особенно высоким является перепад температур в донышке поршня.

На рис. 110 показано распределение температур в поршне и во втулке цилиндра этого же дизеля (РД-76) с водяным охлаждением при р _е =10 кГ/см 2 . Наличие ребер внутри головки поршня позволило уменьшить толщину днища поршня. Уменьшение толщины днища поршня и применение водяного охлаждения позволили снизить температурный перепад в поршне, несмотря на повышенное значение среднего эффективного давления (р _е = 10 кГ(см 2 ).

Среднее значение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра (T ₁ ) _ср в соответствии с формулой (177) будет равно

где значения (? _г Т _г ) _ср и (? _г ) _ср определяются путем планиметрирования площади под кривыми ? _г = f (?) и ? _г Т _г = f(?) (? — угол поворота вала двигателя).

Мгновенное значение температуры газов Т _г определяется из уравнения состояния

где значения р и V в зависимости от угла ? определяются по индикаторной диаграмме двигателя;

G — вес свежего заряда цилиндра с учетом остаточных газов.

Средняя результирующая температура газов по теплопередаче определяется из условия равенства передачи тепла стенке при пульсирующем потоке тепла за один цикл и в предположении стационарного потока:

Коэффициент теплопередачи от наружной поверхности втулки рабочего цилиндра к охлаждающей воде

Средняя температура стенки втулки цилиндра

Количество теплоты, выделяющееся в цилиндре в течение одного часа,

Доля тепла от выделяемого в цилиндре и передаваемая охлаждающей воде,