LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

Transkrypt

1 Oacwał: Adam Ustzycki Kateda Silników Salinwy i Tantu LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Mateiały mcnicze Temat: Bilans cielny silnika Bilans cielny silnika jest t zestawienie zdziału cieła dwadzneg d silnika na acę uŝyteczną i szczególne staty. Wyknuje się g w celu keślenia szczególny stat i i wływu na acę silnika w óŝny waunka, c zwala ustalić kieunki działań zmiezający d awienia wskaźników acy silnika tj. śednieg ciśnienia uŝyteczneg, awnści indykwanej az awnści gólnej. Zewnętzny bilans cielny silnika iea się na miaa enegii meanicznej az enegii cielnej ddawanej zez silnik na zewnątz [1,2]. Ogólne ównanie bilansu zewnętzneg ma stać [3]: (1) e - cieł dstaczne d silnika, e - cieł uŝyteczne (zamienine na acę uŝyteczną), - cieł dwadzne ze alinami (staty wyltu), - cieł dwadzne zez układ łdzenia (staty łdzenia), n - staty niezuełneg lub niecałkwiteg alania, - eszta bilansu (nieuwytne staty d tczenia n. zez wymieniwanie). Biąc d uwagę sób miau, ównanie t mŝna zaisać jak bilans mcy cielnej (stumieni cielny) wyaŝnej n. w kw: e n n (2) Na mc cielną dwadzną d silnika składają się cieł dwadzne ze stumieniem wietza w az z enegią emiczną aliwa al : w+ al (3) Stumień cieła dwadzny z wietzem keśla wzó: m c T (4) m c w w w - may stumień wietza zasysaneg ze silnik w kg/s, - cieł właściwe wietza zy stałym ciśnieniu kj/(kg K), T w - temeatua wietza zasysaneg w K. Ssób miau zeczywisteg stumienia wietza zedstawin w. Pmia wółczynnika naełniania w acy [2]. Pzy wykzystaniu układu miaweg z dyszą dływwą zeczywisty stumień masy wietza mŝna keślić z wzu [4]: m α ε A w 2 ρ ε liczba ekansji zaleŝna d dzaju zwęŝki, liczby Reynldsa i mdułu zwęŝki (dla dyszy dływwej zy zeływa wystęujący w silniku alinwym ε1) [4], w (5) Wydział Budwy Maszyn i Ltnictwa Plitenika Rzeszwska

2 Oacwał: Adam Ustzycki Kateda Silników Salinwy i Tantu α liczba zeływu zaleŝna d dzaju zwęŝki, mdułu zwęŝki, watści wiezni i niestści kawędzi (dla dyszy dływwej α0,992) [4], A zekój dyszy dływwej w m 2, ρ w gęstść wietza keślana z wzu (7) w kg/m 3. óŝnica ciśnień na zwęŝce w Pa (zy miaze za mcą U-uki: h g ρ, gdzie; h - wyskść słuka cieczy w m, g - zyieszenie ziemskie w m/s 2, ρ - gęstść cieczy w uce w kg/m 3 ), Gęstść wietza wynika z jeg temeatuy i ciśnienia w zewdzie dltwym i keślana jest z ównania stanu: w ρ w R T (7) w ciśnienie wietza w Pa, R indywidualna stała gazwa, któa dla wietza wynsi R287 J/(kgK), T w temeatua wietza w K. w Mc cielną dstaczaną z aliwem keśla wzó: G s sekundwe zuŝycie aliwa w kg/s, watść ałwa aliwa kj/kg, W u al G s W u (8) UŜyteczna mc cielna jest mc uŝyteczną silnika dstęną na wale kbwym silnika keślaną na stanwisku hamwnianym. Mc tą blicza się z wzu [2]: P n e Ne (9) K N e mc uŝyteczna silnika w kw, P siła na hamulcu w kg n ędkść btwa silnika w b/min, K stała hamulca w (kg b)/kw min). Staty wyltu czyli mc cielną dwadzaną ze alinami mŝna keślić wzem [3]: m c T (10) may stumień alin w kg/s, c cieł właściwe alin zy stałym ciśnieniu kj/(kg K), T temeatua alin w K. m May stumień alin mŝe być keślny na dstawie zuŝycia aliwa az zmiezneg stumienia wietza zasysaneg. Zakładając, Ŝe alanie zadzi w sób całkwity i zuełny stumień may alin mŝna keślić z wzu: m G s sekundwe zuŝycie aliwa w kg/s, G s M (11) Wydział Budwy Maszyn i Ltnictwa Plitenika Rzeszwska

3 Oacwał: Adam Ustzycki Kateda Silników Salinwy i Tantu M masa alin wilgtny wstająca w wyniku alenia 1 kg aliwa w (kg alin)/(kg aliwa). Masa alin wilgtny wynika ze steimetii i zy załŝeniu, Ŝe ilść zanieczyszczeń (n. siaki) i óŝneg dzaju ddatków jest znikma w ównaniu d główneg składnika, jakim są węglwdy, mŝna ją keślić wzem [3]: 11 M c + 9 h + ( λ 0,232) Lt (12) 3 L t steimetyczne zatzebwanie wietza d alenia 1 kg aliwa w (kg wietza)/(kg aliwa). Pzy załŝeniu, Ŝe aliw składa się tylk z węgla i wdu: λ c h 1 8 L t c + 8 h, 0,232 3 m wółczynnik nadmiau wietza; λ, G s L t udział may węgla w aliwie, udział may wdu w aliwie, zstałe znaczenia jak we wza (4) i (8). Taktując aliny jak mieszaninę gazów, taki jak: CO 2, ay wdnej (H 2 O) az O 2 i N 2 któe wstają w wyniku alania węgla i wdu mŝna keślić cieł właściwe alin nastęując: c u c + u c + u c + u c (13) CO O H O 2 CO2 2 O2 2 H2O 2 N2 11 c uco 2 3 M udział may tlenku węgla w alina, u O2 0, 232 M ( λ 1) L t udział may tlenu w alina, h uo 9 udział may ay wdnej w alina, 2 M 0, 768 λ Lt uo udział may aztu w alina, 2 M c cieł właściwe daneg składnika zy stałym ciśnieniu w kj/(kg K). Staty łdzenia keślają mc cielną dwadzaną zez układ łdzenia i mŝna je keślić wzem: m c may stumień cieczy łdzącej silnik w kg/s, cieł właściwe cieczy łdzącej zy stałym ciśnieniu kj/(kg K), T 1 temeatua cieczy łdzącej na wejściu d silnika lub wymiennika cieła w K, T 2 temeatua cieczy łdzącej na wyjściu z silnika lub wymiennika cieła w K. m c (T 2 T 1 ) N (14) Wydział Budwy Maszyn i Ltnictwa Plitenika Rzeszwska

4 Oacwał: Adam Ustzycki Kateda Silników Salinwy i Tantu Stumień cieczy łdzącej miezny jest za mcą bjętściweg mienika zeływu w związku z wyŝszym: m V ρ (15) V ρ zmiezny bjętściwy stumień cieczy łdzącej silnik w m 3 /s, gęstść cieczy łdzącej kg/m 3, (w zyadku łynu łdząceg w dzaju Petyg, naleŝy keślić gęstść zez mia lub na ddze bliczeniwej, taktując ciecz jak mieszaninę wdy i gliklu etylenweg, któeg wagwy udział wynsi 52%, a gęstść w temeatuze 20 C wynsi 1115 kg/m 3 ). Wyznaczenie stat cieła związany z niezuełnym i niecałkwitym alaniem, jak ównieŝ stat d tczenia związany n. z ciełem wymieniwanym zez silnik, któe taktwane są jak eszta bilansu, awia najwięcej kłtów. Dla ułatwienia składniki bilansu n i częst wyznaczane są łącznie, bliczeniu zstały składników bilansu [2]. D gaficzneg zedstawienia bilansu cielneg słuŝy wykes zwany wykesem Sankeya (ys. 1). Rys. 1. Bilans cielny silnika alinweg wykes Sankeya [3] Wydział Budwy Maszyn i Ltnictwa Plitenika Rzeszwska

5 Oacwał: Adam Ustzycki Kateda Silników Salinwy i Tantu Tablica 3. Cieł właściwe gazów zy stałym ciśnieniu c i zy stałej bjętści c v w kj(kg K) [3] Temeatua Pwietze O 2 N 2 CO 2 H 2 O SO 2 [ C] c c v c c v c c v c c v c c v c c v 0 1,0036 0,7164 0,9148 0,6548 1,0392 0,7423 0,8148 0,6259 1,8594 1,3980 0,607 0, ,0103 0,7231 0,9337 0,6737 1,0421 0,7453 0,9136 0,7247 1,8903 1,4290 0,662 0, ,0245 0,7373 0,9630 0,7030 1,0517 0,7553 0,9927 0,8039 1,9406 1,4792 0,712 0, ,0446 0,7578 0,9948 0,7348 1,0693 0,7725 1,0567 0,8679 2,0005 1,5386 0,754 0, ,0685 0,7813 1,0230 0,7637 1,0915 0,7947 1,1103 0,9211 2,0545 1,6027 0,783 0, ,0923 0,8051 1,0434 0,7874 1,1154 0,8185 1,1547 0,9659 2,1319 1,6701 0,808 0, ,1149 0,8281 1,0689 0,8089 1,1392 0,8424 1,1920 1,0027 2,2014 1,7400 0,825 0, ,1355 0,8487 1,0856 0,8261 1,1614 0,8646 1,2230 1,0341 2,2730 1,8116 0,837 0, ,1539 0,8671 1,0999 0,8403 1,1815 0,8847 1,2493 1,0601 2,3450 1,8836 0,850 0, ,1702 0,8834 1,1120 0,8520 1,1991 0,9027 1,2715 1,0823 2,4154 1,9536 0,858 0, ,1841 0,8976 1,1229 0,8625 1,2150 0,9182 1,2900 1,1011 2,4824 2,0210 0,867 0, ,1970 0,9102 1,1317 0,8717 1,2288 0,9320 1,3059 1,1170 2,5456 2,0838 0,871 0, ,2083 0,9211 1,1401 0,8805 1,2410 0,9441 1,3197 1,1304 2,6042 2,1407 0,875 0, ,2179 0,9311 1,1484 0,8884 1,2514 0,9546 1,3314 1,1422 2,6585 2,1972 0, ,2267 0,9399 1,1564 0,8964 1,2606 0,9638 1,3415 1,1522 2,7089 2,2475 0, ,2317 0,9479 1,1639 0,9039 1,2686 0,9722 1,3498 1,1610 2,7553 2,2939 0, ,2418 0,9550 1,1710 0,9115 1,2761 0,9793 1,3574 1,1685 2,7980 2,3367 0, ,2485 0,9613 1,1786 0,9185 1,2824 0,9856 1,3636 1,1748 2,8382 2,3768 0, ,2544 0,9676 1,1857 0,9261 1,2883 0,9914 1,3695 1,1807 2,8742 2,4129 0, ,2602 0,9730 1,1928 0,9332 1,2933 0,9965 1,3741 1,1853 2,9073 2,4459 0, ,2653 0,9785 1,2004 0,9404 1,2979 1,0011 1,3783 1,1891 2,9375 2,4765 0, ,2703 0,9831 1,2075 0,9475 1,3021 1,0053 1,3816 1,1924 2,9668 2,5054 0, ,2749 0,9877 1,2142 0,9546 1,3063 1,0094 1,3842 1,1953 2,9936 2,5318 0, ,2791 0,9919 1,2213 0,9613 1,3096 1,0128 1,3862 1,1974 3,0178 2,5565 0, ,2833 0,9960 1,2280 0,9680 1,3130 1,0161 1,3875 1,1987 3,0409 2,5791 0, ,2870 0,9998 1,2343 0,9747 1,3159 1,0191 1,3879 1,1991 3,0618 2,6004 0, ,2925 1,2410 0,9810 1,3209 3,0819 2, ,2925 1,2472 0,9872 1,3239 3,1007 2, ,2979 1,2493 1,3272 3,1187 2, ,3008 1,2548 1,3285 3,1355 2, ,3021 1,2602 1,3314 1,3942 3,1355 0,900 M 28,964 kg/kml 32 kg/kml 28,016 kg/kml 44,01 kg/kml 18,02 kg/kml 64,06 kg/kml R 287,04 kj/(kg K) 259,78 kj(kg K) 296,75 kj(kg K) 296,94 kj/(kg K) 129,84 kj(kg K) Wydział Budwy Maszyn i Ltnictwa Plitenika Rzeszwska

6 Oacwał: Adam Ustzycki Kateda Silników Salinwy i Tantu Liteatua [1] Gla M., Januła J., Litwin J.: Labatium silników alinwy. Wydaw. Pliteniki Radmskiej, Radm [2] Kuszewski H., Ustzycki A.: Labatium alinwy naędów śdków tantu. Oficyna Wydawnicza Pliteniki Rzeszwskiej, Rzeszów [3] Wajand J.: Silniki załnie samczynnym. WKiŁ, Waszawa [4] PN-M : Pmia stumienia masy i stumienia bjętści łynów za mc zwęŝek miawy. PKN, Waszawa Wydział Budwy Maszyn i Ltnictwa Plitenika Rzeszwska