车辆与动力工程学院毕业设计说明书
第四章 发动机的热力计算过程
§4.1 发动机的热力计算
§4.1.1 参数选择 一、已知参数
1、缸径 D=75mm 2、行程 S=80mm 3、缸数 i=3
4、转速 n=3400r/min 5、压缩比 ε=17
6、单缸工作容积 Vh??D2S4?0.35325L 7、连杆比 R/L=40/156＝0.2564 8、大气状态 p0=1bar T0=293K 9、燃料低热值 Hu=44100KJ/kg
10、燃料成分 C=0.87 H=0.126 O=0.04 二、选择参数
1、过量空气系数 α=1.4 2、最高燃烧压力 pz=70bar 3、热量利用系数 ξ=0.75 4、残余废气系数： ??＝0.04 5、排气终点压力： pγ＝1.1bar 6、排气终点温度 Tr=800K 7、示功图丰满系数 ?i=0.85 8、机械效率 ?m=0.75
9、进气终点压力 pa?0.9p0?0.9bar §4.1.2 燃料燃烧的热力计算
1、1kg燃料完全燃烧理论上所需空气量L0
L0 =
1?CHO????（kmol/kg）
0.21?12432??21
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＝
1?0.870.1260.004????=0.495kmol/kg ?0.21?12432?2、实际新鲜充气量M1
M1＝αL0 =1.4×0.495=0.693kmol/kg
3、理论上完全燃烧是（α=1）的燃烧产物M0
M0 =
CH0.870.126=0.527kmol/kg ??0.79L0 = ??0.79?0.4951221224、当α=1.4时的过剩空气量为
（α-1）L0 =（1.4-1）×0.495=0.198kmol/kg 5、燃烧产物总量M2
M2 = M0 +（α-1）L0 =0.527+0.198=0.725 kmol/kg
6、理论分子变更系数
?0
?0=
M20.725==1.046 M10.6937、实际分子变更系数μ
μ=（?0+γ）/（1+γ）=（1.046+0.04）/（1+0.04）=1.044 §4.1.3燃烧过程的热力计算 一、燃料燃烧的热力计算
1、进气终点压力pa 取
pa?0.9p0?0.9bar
2、进气终点温度Ta
Ta=
T0??T??Tr293?20?0.04?800==331.7K
1??1?0.043、充气效率?v
?v=
paT01=0.8122 ????1p0Ta1????从而求出示功图上的a点。
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4、充量系数
?c
?c=
1=0.86
(?c?1)?pabTde1??r?cpdeTd二、压缩过程计算
1、选取平均多变指数
n1=1.35
Pax
2、压缩过程中任意点X的压力Pax=pa(
S?Scn1
)
Sx?Sc式中：Sc=
80S==5mm ??117?1Sx=[(1+λ/4)-（cosA+
?cos2A）]R 4式中：λ=R/L=40/156=0.2564
压力计算过程全部采用excel2003，计算数据见表4-1。 3、压缩终点压力pc和温度Tc
pcpa?n1?=0.9×171.35=45.8254 bar
=
1.35?1TcTa??n1?1==331.7×17=894.134 K
tc=894.134-273=621.134℃
4、压力升高比λ λ=
pz70==1.4140 pc49.5041三、燃烧终点温度Tz的计算
1、根据热力学第一定律，在燃烧阶段燃料放出的有效热量等于气缸内气体内能的增加及所做机械功的和，可推导得燃烧方程式：
?Hu?(?cpz)mTmaxT+ [(μCpc)m+8.313(?p?1)]co= （4-1）
L0(1??r)?a式中:?——热量利用系数，高速柴油机：0.65~0.85此处取0.75。
(?Cpe)m，(?Cpz)m——燃烧始点c及终点z的气体平均定压摩尔比热，
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所以：
Tmax=
[(?cpc)m?8.313(?p?1)]Tco?Hu+（℃） （4-2）
?aL0?(?cpz)m(1??r)?(?cpz)m在燃烧始点C气缸内除工质外，还有残余废气，因此公式（4-2）中(?Cp)m值应按下式求得：
(μCvc)m=
??CP?m????CP2?m1??okJ/kgmolC (4-3)
公式（4-3）中的(?Cp)m及(?Cp2)m为燃烧始点c时空气及废气的平均定压摩尔比热。当使用公式（2）求解用公式（3）中(?Cp)m及
(?Cp2)m为燃烧始点c时空气及废气的平均定压摩尔比热。当使用
Tmax时，因为(?Cp2)m随tz而变，如假定一个Tmax值，根据Tmax及α值找出
(?Cp2)m值得，代入公式（2），若方程式两边之值相等，则表示所取
的Tmax值是正确的，否则应重复进行直至符合为止。
假定Tmax=1973K ?a=1.4时，(?Cp)m=37.734 kJkg?mol?K有:
Tmax＝
0.75?44100[37.734?8.313?0.4140]?912.2016 +
1.4?0.495?1.044?1.04?37.7341.044?37.734 =2118.38K
假定Tmax=2103K ?a=1.4时 (?Cp)m=38.31 kJkg?mol?K
Tmax=
0.75?44100[38.31?8.313?0.414]?912.2016+
1.4?0.495?1.044?1.04?38.311.044?38.31o=2099.67K可以近视为假定值，所以Tmax=2099.67C oTz=2099.67-273=1826.67C
2、初期预胀比ρ的计算 ρ＝
T?1.0442099.67×z＝＝1.699 ?Tc?1.414912.2016四、膨胀过程计算
1、后期膨胀比δ δ=
?=10 ?co2、选择平均多变膨胀指数n2=1.25
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3、膨胀终点的压力
pepe和温度Tb
=
pz?n2=2.96 bar
Tb=
Tz?n?1=1180.73 K
tb=Tb-273=1180.73-273=907.73℃
4、计算膨胀过程中任意点x的压力pex
S?Scn2pex=pe () bar
Sx?Sc式中: 式中：Sc=
80S==5mm ??117?1Sx=[(1+λ/4)-（cosA+
?cos2A）]R 4式中：λ=R/L=40/156=0.2564
求出数点的Vbx和Pex的值即可画出示功图上的膨胀线e-b。 压力计算过程全部采用excel2003,计算数据见表4-1。
表4－1 压力与曲轴转角
曲轴转角(°) 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 Sx 80..00 79.55 78.19 75.92 72.76 68.72 63.85 58.21 51.92 45.13 任意点压(bar) 0.90 0.91 0.93 0.96 1.01 1.09 1.20 1.34 1.55 1.84 曲轴转角(°)360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 Sx 0 0.76 3.01 6.64 11.48 17.30 23.85 30.85 38.03 45.13 任意点压(bar) 41.24 58.31 56.67 35.53 23.01 15.77 11.43 8.71 6.93 5.73 25