8 Часов

Изучение процесса теплопередачи при теплообмене в устройствах

двигателя внутреннего сгорания

Цель работы: определить теплообменные процессы которые происходят при работе двигателя в различных его агрегатах, найти из технических характеристик двигателей материалы из которых изготовлены его детали и узлы на примере двигателя ЗИЛ – 130, определить теплоемкости для различных применяемых материалов двигателя ЗИЛ – 130, вычислить затраты энергии на излучение, на внутреннюю энергию двигателя ЗИЛ – 130.

Задачи работы: научить определять температуры различных режимов работы двигателя, теплоемкость различных материалов двигателя ЗИЛ – 130 [ 1 ], вычислять затраты энергии на излучение, на внутреннюю энергию двигателя

ЗИЛ – 130.

Обеспечивающие средства: двигатель ЗИЛ - 130 на стенде КИ-5543, измеритель температуры CENTER-350 с жидкокристаллическим дисплеем, измеритель длин, компьютер для обработки данных.

Задание: определить температуры различных режимов работы двигателя, теплоемкость различных материалов двигателя ЗИЛ – 130 [ 1 ], вычислить затраты энергии на излучение, на внутреннюю энергию двигателя ЗИЛ – 130.

Требования к отчету: отчет предоставляется каждым студентом в конце лабораторной работы после оформления и записи выводов по итоговым данным в соответствии с требованиями по оформлению отчетов [ 11 ].

Технология работы:

1. Подготовить рабочее место для проведения лабораторной работы.

2. Изучить материал для расчетов [ 5 стр.49-51 ]. определения расхода тепла на подогрев двигателей лесных машин перед пуском.

• Количество тепла для нагревания двигателя до назначенной температуры: Q_дв:

Q_дв = G · C _ут · ( Т₂ – Т₁), кДж, (3.5)

где G – масса двигателя. Кг;

C _ут – удельная теплоемкость материала блока цилиндров, ;

Т₁ – температура цилиндров двигателя перед разогревом, ºС;

Т₂ – температура цилиндров после разогрева, перед пуском, ºС.

• Количество тепла для нагревания масла в картере двигателя Q_M

Q_M = G_M · C_M · (Т – Т ), кДж, (3.6.)

где G_M – масса моторного масла в картере двигателя, кг;

C_M – удельная теплоемкость масла, ;

t и t – температура масла до и после разогрева, ºС.

Таким образом, для нагревания двигателя теплопередачей перед пуском, необходимое количество тепла определяется по формуле:

ΣQ_дв = Q_дв + Q_м, кДж. (3.7.)

Кроме того, необходимо учитывать количество тепла, теряемое двигателем во время разогрева путем теплопередачи к присоединенным агрегатам Q_т:

Q_т = q · F_с · , кДж, (3.8.)

где F_с – площадь соприкосновения, м²;

– продолжительность теплопередачи. ч.;

q – тепловой поток, , ( ),

q = (Т_с – Т ),

где Т_с – средняя температура стенки двигателя, ºС;

Т – температура стенки агрегата, присоединенного к двигателю, ºС ( в практике расчетов Т_с Т ).

• Расход тепла теплопередачей на нагрев радиатора Q от температуры Т₁ до температуры Т₂:

Q = G_рад · C · (T – T ), кДж, (3.9.)

где G_рад – масса радиатора, кг;

C – удельная теплоемкость материалов радиатора, ;

T и T – температура радиатора до и после разогрева.

Общий расход тепла теплопередачей на нагрев двигателя, радиатора и сопряженных агрегатов составит:

ΣQ_дв.р = Q_дв + Q_м + Q_т + Q , кДж. (3.10.)

ΣQ_дв.р = G · C _ут · (Т₂ – Т₁) + G_M · C_M · (Т – Т ) + q · F_с · +

+ G_рад · C · (T – T ), кДж.

3. Изучить порядок проведения эксперимента по приведенным расчетным формулам для термодинамических процессов в двигателе ЗИЛ – 130 [ 5 , 8 ].

Порядок проведения эксперимента.

1. Ознакомиться с работой электрических приборов.

2. Согреть в нагревателе воду и довести её до кипения.

3. Опустить в кипящую воду испытуемый образец с антифризом объемом 1дм³ и устойчиво установить (см.рис.2).

4. Произвести замеры температуры испытуемого образца через каждые 10 секунд и зафиксировать полученные данные на компьютере.

   1. Определить исходные данные и результаты полученные в ходе эксперимента для расчета количества тепла расходуемого на нагрев заданного объема антифриза без учета потерь на свободную конвекцию в пределах температур от 20⁰С до 80⁰С.

   2. Внести полученные в ходе расчета значения плотности потока излучения нагретой стенки нагревателя и теплоёмкости антифриза без учета потерь на свободную конвекцию в пределах температур от 20⁰С до 80⁰С в таблицу на компьютере.

   3. По полученным данным провести анализ и записать вывод в электронном виде на компьютере.

3. Изучить материал для расчетов [ 5 стр.17,12 стр.67-75 ].

4.Построить зависимость теплоемкости охлаждающей жидкости от температур

[ 8 стр.43(рис.1.6.) ].

5. Произвести анализ и записать выводы по итоговым данным [ 11 ].

Распечатать полученные данные в целом по лабораторной работе на бумагу. Отчет предоставить преподавателю.

4. Построить зависимость затрат энергии от режимов работы двигателя внутреннего сгорания [ 1,8 ].

5. Произвести анализ и записать выводы по итоговым данным [ 11 ].

Контрольные вопросы:

1. Что такое внутренняя энергия материала в термодинамическом процессе?

2. Какой смысл термодинамического процесса двигателя внутреннего сгорания?

3. Какие переходные процессы происходят в ходе работы двигателя?

4. Какие потери энергии в термодинамическом процессе двигателя внутреннего сгорания?

5. Какие величины входят в уравнение теплового баланса двигателя внутреннего сгорания?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4