3. Внешний тепловой баланс двигателя

По окончании расчета рабочего процесса двигателя может быть составлен ориентировочный тепловой баланс, дающий представление о распределении тепла, полученного при сгорании топлива. Обычно тепловой баланс представляется в виде:

(41)

(42)

г де Q_o – располагаемое тепло:

(43)

Q_e – полезно используемое тепло:

(44)

Q_охл – потери тепла на охлаждение.

П оследнюю величину можно определить только при испытаниях двигателя. При составлении расчетного теплового баланса в данном курсовом проекте Q_охл вместе с Q_ост будем определять как остаточный член теплового баланса, т.е.:

(45)

Потери тепла с выхлопными газами находим по формуле:

(46)

г де М_вых – расход выхлопных газов:

(47)

где _п – коэффициент продувки. Для 4-тактных двигателей _п =1,05…1,2; для 2-тактных _п =1,25…1,5.

(48)

Удельные теплоемкости выхлопных газов и продувочного воздуха определяются по формулам (18) – (21) для соответствующих температур. Температура смеси выхлопных газов и продувочного воздуха T_r находится из предположения, что при истечении газов из цилиндра в выхлопной коллектор происходит политропическое расширение с условным показателем политропы m = 1,3…1,35. В этом случае температура выхлопных газов определяется из выражения:

(49)

а температура смеси:

(50)

Напомним, что в формулах (49), (50) Р_в и Р_р – давление газов в конце расширения и в выхлопном коллекторе, МПа; Т_в и Т_к – температура газов в конце расширения и температура наддувочного воздуха, К; Т_о – температура окружающей среды, К.

П ри наличии турбокомпрессора необходимо учесть тепло выхлопных газов, полезно используемое в газовой турбине. Поэтому для двигателей с газотурбинным наддувом:

(51)

где N_тк – мощность, потребляемая турбокомпрессором:

(52)

где _ткм – механический кпд турбокомпрессора, равный 0,97…0,99;

G_в – секундный расход воздуха через двигатель:

(53)

R_о – газовая постоянная для воздуха; R_о = 287.

Потери тепла на излучение в окружающую среду по опытным данным не превышают 2…3% от располагаемого тепла, т.е.

(54)

Остаточный член теплового баланса Q_ост характеризует неучтенные потери тепла:

– часть тепла, соответствующую работе трения (за вычетом доли тепла трения, отданной охлаждающей воде и маслу);

– количество тепла, соответствующее кинетической энергии выхлопных газов (если она не используется в импульсной турбине турбокомпрессора);

– другие неучтенные потери теплоты и погрешности расчета.

В таблице 1 приведены средние значения отдельных составляющих теплового баланса для различных типов двигателей.

Таблица 1 – Значения составляющих внешнего теплового баланса двигателей различных типов (%)

Двигатели	qe	qохл	qизл	qвых	qост
Комбинированные дизели с наддувом: – умеренным – высоким	35…35 40…48	10…25 10…18	3…7 4…8	25…50 20…47	2…7 2…5