Тепловой баланс двигателя

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, не может быть полно­стью превращено в полезную работу, так как в соответствии со вторым законом термодинамики часть этого тепла должна быть передана хо­лодному источнику. В реально выполненных двигателях, работающих по действительному циклу, имеют место дополнительные потери тепла в охлаждающую воду, с отработавшими газами и др. Количественное распределение тепловой энергии топлива на полезную работу и потери при превращении тепла в механическую работу в цилиндрах двигателя носят название теплового баланса.

Все подведенное тепло, полученное от сгорания топлива ---100%

разделяется примерно на составные части согласно таблице.

Тепловой баланс двигателя определяется не аналитически, а на ос­новании экспериментальных данных при испытании двигателя. Однако и в этом случае часть тепловых потерь не поддается учету.

В общем виде уравнение теплового баланса имеет следующий вид:

Q=Qe+Qω+Qg+Qx +Qs. ( 1)

Где Q —100 % подведенного тепла к двигателю при сгорании всего топлива

1. Qs учитывает :

1.1) потери от неполноты сгорания вследствие плохого пере­мешивания топлива с воздухом;

1.2) потери, эквивалентные части работы трения в подшипниках и прочих механизмах (потери тепла на трение между поршнем и цилиндром поглощаются охлаждающей водой);

1.3) по­тери от лучеиспускания

1.4) потери, эквивалентные кинетической энер­гии отработавших газов. Кроме того, в остаточный член входит неизбеж­но получающаяся при экспериментировании неувязка теплового баланса. Суммарно остаточный член Qs теплового баланса составляет 5—10% от общего количества тепла, введенного в цилиндр двигателя. Практически Qs определяют как разность между количеством затраченного тепла в единицу времени Q_T и следующими составляющими теплового баланса:

2. Тепло Qe, превращенное в полезную работу :

Qe=Ne дж/сек (Qe=632Ne кал/ч) для дизелей составляет 45-55 %

3. Тепло Qω потерянное с охлаждающей водой:

Qω=Gв (tвых- tвх) Со, для дизелей составляет 15-28 %

где tвх и t вых — температура входящей и выходящей воды;

G_B — количество воды, кг/ч;

Со — теплоемкость воды.

4. Тепло Qg, теряемое с отработавшими газами:

Qg=(Мп.сmc_p’ Tr—M₁ mc_pT_a)G_{r ------- для дизелей составляет 25-42 %}

где М п.с и M₁— число молей продуктов сгорания и свежего заряда на 1 кг топлива;

mс’ _р и mс_р— молярные теплоемкости продуктов сгорания и свеже­го заряда при р=const;

Tr и Та — температура отработавших газов и свежего заряда;

G_T — количество топлива.

По тепловому балансу можно оценить долю потерь каждой из со­ставляющих баланса и при доводке двигателя определить возможность снижения принципиально устранимых потерь тепла, имеющих место в двигателе сверх неизбежных потерь. Принципиально устранимые потери включены в следующие составляющие баланса: Qg, Qw, Qx, Qs вместе с неизбежными потерями, согласно второму закону термодинамики.

Как видно из формулы теплового баланса ( 1) наибольшие потери тепла составляют с выхлопными газами.