柴油机热力计算

Z3102增压柴油机热力计算; ㈠已知条件：

①给定条件:缸径 D=102mm 行程 S=105mm 功率 P e =34kW 转速 n=1800r/min 压缩比 εc =14

单缸容积 V s =πD 2S/4=3.14*1022*105/4=857549.7mm3=0.858L 连杆比 λ=0.28

大气状态 p 0=100kPa T 0=290K

燃料平均质量成分 g C =0.87 g H =0.126 g O =0.004 增压器增压比 π=1.7 进气前充量温度 Ts=330K

燃料低热值 H u =42500Kj/Kg柴油燃烧室 ω型直喷式 ②参数选择

最大爆发压力 p z =9.8MPa 过量空气系数 Φa=1.8 残余废气系数 φr=0

z 、b 点热利用系数 ξz= 0.75 ξb=0.85 示功图丰满系数 φi=0.96 排气终点温度 Tr=900K 机械效率 ηm=0.87 ㈡计算 ① 燃料热化学计算： 1；理论空气量 L 0=

10. 2112

(gc +gh 4-go 32) =

10. 21

(0. 8712

+0. 1264

-0. 00432

) =0.495kmol/kg错误！

未指定2; 新鲜充量

M 1=Φa*L0=1.8*0.495=0.866kmol/kg 3; 燃烧产物M 2 M 2=M1+

g h 4-go 32

书签。

=0.866+

0. 1264

0. 00432

=0.8974kmol/kg

4; 理论分子变更系数 μ0=

M 1M

=0. 8974=1.036

0. 866

5; 实际分子变更系数

μ=

μ0+φr

1+φr

1. 036+01+0

=1.036

②进气过程计算

1；进气终点压力

p a =0.9*p s =0.9*π*p0=0.9*1.7*0.1Mpa=0.153Mpa 2; 进气终点温度

（取进气加热温度ΔT=10K） Ta=

T S +∆T +φr *T r

1+φr

330+10+0*T r

1+0

=340K

3；充量系数 φc =

εc εc -1

*p a p s

*T S T a

11+φr

1414-1

0. 1530. 17

330340

11+0

=0.941

4；空气流量

G s =

i V s 30τ

p s R a *T s

*n *φc *φs =

3*0. 85830*4

0. 170. 287*330

*1800*0. 941*1. 1=0.0717kg/s

其中：扫气系数φs =1.1

③压缩过程计算

1；平均多变压缩指数n 1=1.38 2；压缩过程中任一点x 的压力

P cx =p （a

V a V cx

（）1=0.153*

V a V cx

）1 其中V cx ：x 点的气缸容积

V cx=

πD 4

*R [(1-cos ϕx ) -

R 4L

(1-cos 2ϕx )]+V c

ϕx

：从上止点到x 点的曲轴转角

V s

Vc =

εc -1

0. 85754914-1

1.38

=0.066L

3；压缩终点压力 P c =pa*ε=0.153*14 4；压缩终点温度

Mpa=5.839Mpa

T c =T a *εc

n 1-1

= 340*14

0.38

K=926.546K

④燃烧过程计算

1；压力升高比

λ=

p z p c

9. 85. 839

=1.68

2；压缩终点c 的空气平均摩尔定压比热容(μC pc )m

(μC pc )m =28.184+0.0025T c =28.184+0.0025*926.546=30.500kJ/(kmol.k)

3；z 点燃烧产物平均摩尔定压比热容(μC pz )

(μC pz )m = =

φa -1φa +0. 064

1. 8-11. 8+0. 064

(μC )

1+0. 064

φa +0. 064

*(29. 754+0. 0036T z )

*30. 5+

1+0. 0641. 8+0. 064

*(29. 754+0. 0036T z )

=13.090+16.984+0.0021*Tz =30.074+0.0021*Tz

4；计算最高燃烧温度

由

ξz H u φa L 0(1+φr )

+(μC pc )+8. 314(λ-1)T c =μz (μC pz

[]

)

T z

代入数据得：

0. 75*425001. 8*0. 495*1

+[30. 5+8. 314*(1. 68-1)]*926. 546=1. 03*(30. 074+0. 0021*T z )T z

T z =

35774. 411+33497. 89930. 976+0. 00216T z

69272. 3130. 976+0. 00216T z

其中μz =1+(μ-1)

ξz ξb

=1+(1.035-1)*

0. 750. 85

=1.03

对T z 试算后得 T z =1967K 5；定压膨胀比 ρ=

μz λ

*T z T c

1. 03*19671. 68*926. 546

=1.26

⑤膨胀过程计算

1；平均多变膨胀指数 n 2=1.24 2；膨胀过程中任意点x 的压力

⎛V z

p bx =p z V

⎝bx

⎫⎪⎪⎭

n 2

⎛ρV c

=p z V

⎝bx ⎫⎪⎪⎭

n 2

⎛1. 26V c

=p z V

bx ⎝⎫

⎪⎪⎭

n 2

3；膨胀终点的压力

p b =

⎛ρp z ε⎝c ⎫⎪⎪⎭

n 2

1. 26⎫

=9. 8*⎛ ⎪

⎝14⎭

1. 24

=0.495Mpa

4；膨胀终点的温度

⎛ρT b =T z ε

⎝c

⎫⎪⎪⎭

n 2-1

1. 26⎫

=1967*⎛ ⎪

14⎝⎭

0. 24

=1103.628K

⑥指示性能参数

1；平均指示压力

⎡⎛

⎢

p c ⎢λρ =φa λ(ρ-1)+ 1-

εc -1⎢n 2-1

⎢

⎢⎝⎣

⎫

⎪⎪1⎛1

-1-⎪n 1-1 n -1ε1c ⎝⎪

⎪⎭

⎤⎥⎫⎥⎪ ⎪⎥⎭⎥⎥⎦

p mi

1⎛εc

⎝ρ

⎫⎪⎪⎭

n 2-1

⎡⎢5. 839⎢1. 68*1. 26

=0. 96*1. 68*(1. 26-1)+

14-1⎢1. 24-1

⎢⎢⎣

⎛

1- ⎝

1⎛14⎫ ⎪1. 26⎝⎭

1. 24-1

⎫

⎪

11⎪⎛-1- 1. 38-1⎪1. 38-114⎝⎪⎪⎭

⎤⎥⎫⎥⎪⎭⎥⎥⎥⎦

=0. 431*[0. 4368+8. 82*0. 439-2. 632*0. 633] =1.139Mpa

2；指示热效率 ηit =8. 314

φa L 0T S p mi

H u

p s φc

=8. 314*

1. 8*0. 49542500

3300. 17

1. 1390. 941

0.410

3；指示燃油消耗率 b i =

3. 6⨯10H u ηit

3. 6⨯10

42500*0. 410

=206.600g/kW.h

⑦有效性能参数

1；有效热效率

ηet =ηit ηm =0.410*0.87=0.3567 2；有效燃油消耗率 b e =

3. 6⨯10H u ηet

3. 6⨯10

42500*0. 3567

=237.470g/kW.h

3；平均有效压力

p me =p mi ηm =1.139*0.87=0.9901Mpa

4；有效功率 P e =；

⑧P-Φ图绘制 iV s 30τ

p me n =

3*0. 858120

*0. 9901*1800

=38.228kW

V 0.9235497 0.91538256 0.90721542 0.89904828 0.89088114 0.882714 0.87454686 0.86637972 0.85821258 0.85004544 0.8418783 0.83371116 0.82554402 0.81737688 0.80920974 0.8010426 0.79287546 0.78470832 0.77654118 0.76837404 0.7602069 0.75203976 0.74387262 0.73570548 0.72753834 0.7193712 0.71120406 0.70303692 0.69486978 0.68670264 0.6785355 0.67036836 0.66220122 0.65403408

P 0.153

0.154887001 0.156814501 0.158783747 0.160796033 0.162852708 0.164955176 0.167104899 0.169303399 0.171552262 0.173853145 0.176207771 0.178617942 0.181085536 0.183612518 0.186200936 0.188852935 0.191570755 0.194356741 0.197213346 0.200143141 0.203148817 0.206233197 0.209399239 0.212650048 0.215988884 0.219419172 0.22294451 0.226568683 0.230295672 0.23412967 0.238075094 0.242136599 0.246319096

0.64586694 0.6376998 0.62953266 0.62136552 0.61319838 0.60503124 0.5968641 0.58869696 0.58052982 0.25062777 0.255068095 0.259645858 0.26436718 0.26923854 0.274266802 0.27945924 0.284823574 0.290367998 0.57236268 0.56419554 0.5560284 0.54786126 0.53969412 0.53152698 0.52335984 0.5151927 0.50702556 0.49885842 0.49069128 0.48252414 0.474357 0.46618986 0.45802272 0.44985558 0.44168844 0.4335213 0.42535416 0.41718702 0.40901988 0.40085274 0.3926856 0.38451846 0.37635132 0.36818418 0.36001704 0.3518499 0.34368276 0.33551562 0.32734848 0.31918134 0.3110142 0.30284706 0.29467992 0.296101222 0.302032509 0.308171719 0.314529358 0.321116631 0.327945497 0.335028738 0.342380024 0.350013994 0.357946337 0.366193892 0.37477475 0.38370837 0.393015709 0.402719367 0.412843747 0.423415235 0.434462401 0.446016228 0.458110366 0.470781415 0.484069259 0.498017426 0.51267351 0.528089647 0.544323061 0.561436686 0.579499879 0.598589252 0.618789619 0.640195109 0.662910449 0.687052469 0.712751871 0.740155304

0.27834564 0.2701785 0.26201136 0.25384422 0.24567708 0.23750994 0.2293428 0.22117566 0.800755817 0.834350481 0.870452021 0.909334693 0.951312931 0.996748832 1.046061343 1.099737635 0.21300852 0.20484138 0.19667424 0.1885071 0.18033996 0.17217282 0.16400568 0.15583854 0.1476714 0.13950426 0.13133712 0.12316998 0.11500284 0.1068357 0.09866856 0.09050142 0.08233428 0.07416714 0.066 0.066 0.08316 0.09050142 0.09866856 0.1068357 0.11500284 0.12316998 0.13133712 0.13950426 0.1476714 0.15583854 0.16400568 0.17217282 0.18033996 0.1885071 0.19667424 1.158347272 1.22256002 1.293168396 1.371116517 1.457537336 1.553801254 1.661580315 1.78293407 1.920426032 2.077284102 2.257625341 2.466776962 2.711744608 3.001912116 3.350116234 3.774349932 4.300562371 4.967463573 5.835203071 9.8 9.8

8.824037473 7.927537993 7.183096416 6.556037222 6.021351661 5.560572988 5.159784567 4.808310506 4.497831606 4.221774274 3.974879219 3.75289134 3.552332985 3.370335662

0.21300852 0.22117566 0.2293428 0.23750994 0.24567708 0.25384422 0.26201136 3.052866286 2.91370608 2.785598339 2.667316873 2.557807615 2.456159725 2.361582279 0.2701785 0.27834564 0.28651278 0.29467992 0.30284706 0.3110142 0.31918134 0.32734848 0.33551562 0.34368276 0.3518499 0.36001704 0.36818418 0.37635132 0.38451846 0.3926856 0.40085274 0.40901988 0.41718702 0.42535416 0.4335213 0.44168844 0.44985558 0.45802272 0.46618986 0.474357 0.48252414 0.49069128 0.49885842 0.50702556 0.5151927 0.52335984 0.53152698 0.53969412 0.54786126 0.5560284 2.273385349 2.190964533 2.113788221 2.041387062 1.973345197 1.909292916 1.848900499 1.791872994 1.737945805 1.686880916 1.63846367 1.592500001 1.548814044 1.507246075 1.467650716 1.429895376 1.393858891 1.359430328 1.326507943 1.294998254 1.264815228 1.235879564 1.20811805 1.181462999 1.15585174 1.131226167 1.107532337 1.084720105 1.0627428 1.041556932 1.021121929 1.001399899 0.982355413 0.963955311 0.946168527 0.928965924

0.57236268 0.58052982 0.58869696 0.5968641 0.60503124 0.61319838 0.62136552 0.62953266 0.896205509 0.88059783 0.865474364 0.85081368 0.83659557 0.822800966 0.809411863 0.796411242 0.6376998 0.64586694 0.65403408 0.66220122 0.67036836 0.6785355 0.68670264 0.69486978 0.70303692 0.71120406 0.7193712 0.72753834 0.73570548 0.74387262 0.75203976 0.7602069 0.76837404 0.77654118 0.78470832 0.79287546 0.8010426 0.80920974 0.81737688 0.82554402 0.83371116 0.8418783 0.85004544 0.85821258 0.86637972 0.87454686 0.882714 0.89088114 0.89904828 0.90721542 0.91538256 0.783783007 0.771511926 0.759583569 0.747984263 0.736701037 0.725721584 0.715034213 0.704627819 0.69449184 0.684616229 0.674991422 0.665608309 0.656458208 0.647532842 0.638824314 0.630325085 0.622027957 0.613926051 0.606012794 0.598281896 0.590727341 0.583343369 0.576124466 0.569065346 0.562160943 0.555406401 0.548797059 0.542328447 0.53599627 0.529796404 0.523724889 0.517777916 0.511951823 0.506243088 0.500648323

0.9235497

0.153

Z3102增压柴油机热力计算; ㈠已知条件：

①给定条件:缸径 D=102mm 行程 S=105mm 功率 P e =34kW 转速 n=1800r/min 压缩比 εc =14

单缸容积 V s =πD 2S/4=3.14*1022*105/4=857549.7mm3=0.858L 连杆比 λ=0.28

大气状态 p 0=100kPa T 0=290K

燃料平均质量成分 g C =0.87 g H =0.126 g O =0.004 增压器增压比 π=1.7 进气前充量温度 Ts=330K

燃料低热值 H u =42500Kj/Kg柴油燃烧室 ω型直喷式 ②参数选择

最大爆发压力 p z =9.8MPa 过量空气系数 Φa=1.8 残余废气系数 φr=0

z 、b 点热利用系数 ξz= 0.75 ξb=0.85 示功图丰满系数 φi=0.96 排气终点温度 Tr=900K 机械效率 ηm=0.87 ㈡计算 ① 燃料热化学计算： 1；理论空气量 L 0=

10. 2112

(gc +gh 4-go 32) =

10. 21

(0. 8712

+0. 1264

-0. 00432

) =0.495kmol/kg错误！

未指定2; 新鲜充量

M 1=Φa*L0=1.8*0.495=0.866kmol/kg 3; 燃烧产物M 2 M 2=M1+

g h 4-go 32

书签。

=0.866+

0. 1264

0. 00432

=0.8974kmol/kg

4; 理论分子变更系数 μ0=

M 1M

=0. 8974=1.036

0. 866

5; 实际分子变更系数

μ=

μ0+φr

1+φr

1. 036+01+0

=1.036

②进气过程计算

1；进气终点压力

p a =0.9*p s =0.9*π*p0=0.9*1.7*0.1Mpa=0.153Mpa 2; 进气终点温度

（取进气加热温度ΔT=10K） Ta=

T S +∆T +φr *T r

1+φr

330+10+0*T r

1+0

=340K

3；充量系数 φc =

εc εc -1

*p a p s

*T S T a

11+φr

1414-1

0. 1530. 17

330340

11+0

=0.941

4；空气流量

G s =

i V s 30τ

p s R a *T s

*n *φc *φs =

3*0. 85830*4

0. 170. 287*330

*1800*0. 941*1. 1=0.0717kg/s

其中：扫气系数φs =1.1

③压缩过程计算

1；平均多变压缩指数n 1=1.38 2；压缩过程中任一点x 的压力

P cx =p （a

V a V cx

（）1=0.153*

V a V cx

）1 其中V cx ：x 点的气缸容积

V cx=

πD 4

*R [(1-cos ϕx ) -

R 4L

(1-cos 2ϕx )]+V c

ϕx

：从上止点到x 点的曲轴转角

V s

Vc =

εc -1

0. 85754914-1

1.38

=0.066L

3；压缩终点压力 P c =pa*ε=0.153*14 4；压缩终点温度

Mpa=5.839Mpa

T c =T a *εc

n 1-1

= 340*14

0.38

K=926.546K

④燃烧过程计算

1；压力升高比

λ=

p z p c

9. 85. 839

=1.68

2；压缩终点c 的空气平均摩尔定压比热容(μC pc )m

(μC pc )m =28.184+0.0025T c =28.184+0.0025*926.546=30.500kJ/(kmol.k)

3；z 点燃烧产物平均摩尔定压比热容(μC pz )

(μC pz )m = =

φa -1φa +0. 064

1. 8-11. 8+0. 064

(μC )

1+0. 064

φa +0. 064

*(29. 754+0. 0036T z )

*30. 5+

1+0. 0641. 8+0. 064

*(29. 754+0. 0036T z )

=13.090+16.984+0.0021*Tz =30.074+0.0021*Tz

4；计算最高燃烧温度

由

ξz H u φa L 0(1+φr )

+(μC pc )+8. 314(λ-1)T c =μz (μC pz

[]

)

T z

代入数据得：

0. 75*425001. 8*0. 495*1

+[30. 5+8. 314*(1. 68-1)]*926. 546=1. 03*(30. 074+0. 0021*T z )T z

T z =

35774. 411+33497. 89930. 976+0. 00216T z

69272. 3130. 976+0. 00216T z

其中μz =1+(μ-1)

ξz ξb

=1+(1.035-1)*

0. 750. 85

=1.03

对T z 试算后得 T z =1967K 5；定压膨胀比 ρ=

μz λ

*T z T c

1. 03*19671. 68*926. 546

=1.26

⑤膨胀过程计算

1；平均多变膨胀指数 n 2=1.24 2；膨胀过程中任意点x 的压力

⎛V z

p bx =p z V

⎝bx

⎫⎪⎪⎭

n 2

⎛ρV c

=p z V

⎝bx ⎫⎪⎪⎭

n 2

⎛1. 26V c

=p z V

bx ⎝⎫

⎪⎪⎭

n 2

3；膨胀终点的压力

p b =

⎛ρp z ε⎝c ⎫⎪⎪⎭

n 2

1. 26⎫

=9. 8*⎛ ⎪

⎝14⎭

1. 24

=0.495Mpa

4；膨胀终点的温度

⎛ρT b =T z ε

⎝c

⎫⎪⎪⎭

n 2-1

1. 26⎫

=1967*⎛ ⎪

14⎝⎭

0. 24

=1103.628K

⑥指示性能参数

1；平均指示压力

⎡⎛

⎢

p c ⎢λρ =φa λ(ρ-1)+ 1-

εc -1⎢n 2-1

⎢

⎢⎝⎣

⎫

⎪⎪1⎛1

-1-⎪n 1-1 n -1ε1c ⎝⎪

⎪⎭

⎤⎥⎫⎥⎪ ⎪⎥⎭⎥⎥⎦

p mi

1⎛εc

⎝ρ

⎫⎪⎪⎭

n 2-1

⎡⎢5. 839⎢1. 68*1. 26

=0. 96*1. 68*(1. 26-1)+

14-1⎢1. 24-1

⎢⎢⎣

⎛

1- ⎝

1⎛14⎫ ⎪1. 26⎝⎭

1. 24-1

⎫

⎪

11⎪⎛-1- 1. 38-1⎪1. 38-114⎝⎪⎪⎭

⎤⎥⎫⎥⎪⎭⎥⎥⎥⎦

=0. 431*[0. 4368+8. 82*0. 439-2. 632*0. 633] =1.139Mpa

2；指示热效率 ηit =8. 314

φa L 0T S p mi

H u

p s φc

=8. 314*

1. 8*0. 49542500

3300. 17

1. 1390. 941

0.410

3；指示燃油消耗率 b i =

3. 6⨯10H u ηit

3. 6⨯10

42500*0. 410

=206.600g/kW.h

⑦有效性能参数

1；有效热效率

ηet =ηit ηm =0.410*0.87=0.3567 2；有效燃油消耗率 b e =

3. 6⨯10H u ηet

3. 6⨯10

42500*0. 3567

=237.470g/kW.h

3；平均有效压力

p me =p mi ηm =1.139*0.87=0.9901Mpa

4；有效功率 P e =；

⑧P-Φ图绘制 iV s 30τ

p me n =

3*0. 858120

*0. 9901*1800

=38.228kW

P 0.153

8.824037473 7.927537993 7.183096416 6.556037222 6.021351661 5.560572988 5.159784567 4.808310506 4.497831606 4.221774274 3.974879219 3.75289134 3.552332985 3.370335662

0.9235497

0.153

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