【发动机原理】第五章发动机热力循环分析要点.ppt

７.泄漏损失 气门处的泄漏可以防止，但活塞环处的泄漏却无法避免，不过在良好的磨合状态下泄漏量不多，占工质的0.2%左右。 通过以上分析表明，在这些损失中，工质影响造成的损失是人们很难加以改变的，其余各项损失中，汽缸壁传热损失和燃烧损失所占比重比较大。 如一台柴油机,其压缩比ε=13,最高燃烧压Pz=5000KPa，其理想循环热效率约为ηｔ=0.61，而实际循环ηｉ=0.45，即由于实际存在的各种损失，实际循环的热效率约为理想循环的74%。 各项损失使热效率下降的大致分配值见表５-１ 。 二、发动机热平衡 燃料在发动机汽缸中燃烧产生的总热量中除25%~45%能转化为有效功外，其他部分均以不同的热传递方式散失于发动机之外，所谓发动机的热平衡，就是给出燃料燃烧的总热量转换为有效功和其他各项热损失的分配比例，从这些热量分配中，可以了解到热损失的情况，以作为判断发动机零件的热负荷和设计冷却系统的依据，并为改善发动机的性能指标指明方向，发动机的热平衡通常是由试验确定的。 (一)热平衡方程式 发动机的热平衡可用方程式表达如下: 式中:ＱＴ—燃料在汽缸中完全燃烧发出的总热量(kJ/h)。 ＱＥ—转变为有效功的热量(kJ/h)。 ＱＷ—冷却介质带走的热量(kJ/h)。 ＱＲ—废气带走的热量(kJ/h)。 ＱＢ—燃料不完全燃烧损失的热量(kJ/h)。 ＱＬ—其他损失的热量(kJ/h)。 (二)热平衡方程式中各项热量的确定 热平衡一般由发动机试验测定，试验通常在额定工况稳定运转的条件下进行。 １)燃料在汽缸中完全燃烧发出的总热量ＱＴ 发动机汽缸中发出的总热量是由燃料燃烧产生的，是通过试验测出发动机每小时燃料消耗量B(kg/h)和燃料的低热值Hu(kJ/kg)按下面公式计算确定，即 ２)转变为有效功的热量ＱＥ 由试验可测得发动机的有效功率Ｐｅ(ｋＷ)，即 ３)冷却介质带走的热量ＱＷ ＱＷ包括:工质通过汽缸壁的传热损失，废气流经排气道时传给冷却介质的热量，活塞与汽缸壁摩擦产生的热量传给了冷却介质，润滑油传给冷却介质的热量等，ＱＷ的计算公式为 式中:qm—通过发动机的冷却介质的质量流量(kg/h)。 CB—冷却介质的比热容[(kJ/(kg·℃)]。 t2、t1—冷却介质入口和出口的温度(℃)。 ４)废气带走的热量ＱＲ 废气带走的热量和冷却介质带走的热量一样，属于发动机的主要热损失之一，它可由实测的单位时间的进气流量qk(kg/h)、燃油消耗量B(kg/h)和进、排气温度tk、tr(℃)按下式近似地求出，即 式中:qk——每小时消耗的空气量。 Cpr、Cpk—废气和空气的比定压比热容[kJ/(K·℃)]。 tr——靠近排气门处的废气温度(℃)。 tk——进气管入口处的工质温度(℃)。 ５)燃料不完全燃烧损失的热量ＱＢ 发动机工作时因部分燃料燃烧不完全，因此常常会损失一部分热量。例如，汽油机为获得较大的功率，常会采用浓混合气工作，于是有一部分燃料不能完全燃烧，柴油机由于燃料与空气混合不均匀，即便是总的空气量有富余，也会产生局部燃料不完全燃烧，由于不完全燃烧而损失的热量可由下式计算求得，即 式中:ηｃ——燃烧效率。 ６)其他损失的热量ＱＬ 其他热量损失包括驱动发动机附件的能量消耗、未被冷却介质吸收的摩擦热、发动机向大气的辐射传热以及其他未计入的热损失等，这一部分热量损失难以准确地测定，一般用下式计算，即 (三)发动机的热平衡及热平衡图 为了把热平衡中各项热量的分配和转移情况更清晰、更形象化地表现出来，发动机的热平衡常采用热平衡图来表示，如图5-29所示，由图可以一目了然地看到发动机中热量流动的情况及各项损失所占的比例。 由图可见，燃料在汽缸中燃烧所放出的热量ＱＴ主要有三个流向:转化为指示功的热量Ｑｉ，废气的能量和传到汽缸壁上的热量，转化为指示功的热量Ｑｉ又可划分为转变为有效功的热量ＱＥ。 发动机本身摩擦损失的热量、驱动发动机附件的热当量和因辐射而散失到大气中的热量等，发动机热平衡中各项数值范围见表5-2，从表5-2可知，在燃料的总热量中仅有25%~45%的热量转变为有效功。其余55%~75%的热量都损失掉了，其中主要部分由废气带走，废气带走的热量占总热量的25%~4