Лабораторная работа № 2
Учебные материалы


Лабораторная работа № 2



Карта сайта oitlaboratories.com ^

Лабораторная работа № 2. Численное исследование механических потерь двС в зависимости от скоростного режима

1. Цель работы


Целью работы является изучение зависимости механических потерь от скоростного режима работы двигателя путем компьютерного моделирования механических потерь ДВС в системе имитационного моделирования «Альбея» [4, 5, 6].
^

2. Общие сведения


Основным существенным недостатком экспериментальных методов определения потерь является то, что прежде, чем проводить эксперименты, необходимо иметь в наличии опытный образец. Если стоит задача в улучшении механических показателей какого-либо двигателя, то проблемы с опытным образцом не возникает. Но если проектируется новый двигатель, то встает проблема с изготовлением и сборкой опытного образца, и она еще больше возрастает, когда необходимо проверить несколько альтернативных вариантов. Этого недостатка лишены теоретические методы определения потерь.
Что касается теоретических методов оценки, то, если, с одной стороны, теория смазки дает тщательно разработанные математические модели для наиболее простых случаев (подшипники), с другой стороны, эти модели мало используются для определения механических потерь на трение в тронковых двигателях. На основе многочисленных экспериментальных данных И.В.Крагельским, А.В. Чичинадзе, Д.Н.Гаркуновым, М.Хебдой и другими авторами были выведены эмпирические зависимости коэффициента трения от различных факторов: шероховатости, нагрузки, скорости скольжения, вязкости и т.п., в результате которых разработаны математические модели расчета коэффициента трения как при режиме сухого трения, так и при режимах граничного и полужидкостного трения. Расчет коэффициента трения, также на основе эмпирических зависимостей, при гидродинамическом и гидростатическом режимах жидкостного трения был разработан М.Хебдой и А.В.Чичинадзе. При наличии данных математических моделей появляется возможность рассчитывать потери механической энергии практически в любых кинематических парах, где происходит относительное перемещение двух трущихся поверхностей.
Для того, чтобы выяснить механизм возникновения механических потерь в ДВС, рассмотрим их классификацию.
Все механические потери в ДВС можно разделить на два класса по способу их происхождения (рис. 2.1):

  • потери на трение в узлах и агрегатах ДВС и производные этого вида потерь;

  • потери на привод вспомогательных агрегатов ДВС, которые могут быть различны по знаку: со знаком «–» – для агрегатов, потребляющих мощность (например, топливный насос, компрессор и т.д.), со знаком «+» – для агрегатов, производящих механическую мощность (например, газовая турбина и т.д.).

Рис. 2.1. Классы механических потерь в ДВС
В эти два класса не входят так называемые «насосные потери», которые также было принято относить к механическим потерям, хотя это, вообще говоря, не совсем верно. Это объясняется тем, что ранее насосные потери при испытании 4–х тактного двигателя никак не могли отделить от механических потерь, и поэтому практически удобно было относить насосные потери к механическим. В настоящее время в связи с появлением достаточно мощных вычислительных систем насосные потери (потери на насосные ходы в 4–х тактном двигателе; в 2–х тактном двигателе – это потери на работу кривошипной камеры) учитываются средним индикаторным давлением цикла, а следовательно, и индикаторной мощностью, т.к. среднее индикаторное давление характеризует весь рабочий цикл двигателя, а не какие-то его отдельные процессы (например, только процессы сжатия и рабочий ход). Таким образом, индикаторная мощность должна отражать все процессы, происходящие в цилиндре, поэтому и должна включать в себя насосные потери на опорожнение и наполнение цилиндра так, как это сделано в системе «Альбея».
Потери на трение в узлах и агрегатах ДВС складываются из потерь на внешнее трение и потерь на внутреннее трение. Потери на внешнее трение возникают при относительном перемещении двух поверхностей в узлах трения: соприкасающихся друг с другом двух твердых тел, а также при перемещении какой–либо поверхности твердого тела относительно газа (аэродинамические потери) или жидкости (гидродинамические потери). В зависимости от вида относительного перемещения поверхностей двух твердых тел различают потери при трении скольжения и потери при трении качения (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Механические потери на трение
Потери при трении скольжения могут различаться в зависимости от режима трения или режима смазки, которые бывают следующих видов:

  • режим сухого трения;

  • режим граничного трения;

  • режим полужидкостного трения;

  • режим жидкостного трения, который, в свою очередь, по конструктивному исполнению делится на:

  • режим гидродинамического трения;

  • режим гидростатического трения;

  • режим газостатического трения.

Потери на внутреннее трение могут происходить в сплошном материале, в жидкости или газе (вязкостное трение). Внутренние потери в сплошном материале (упругая деформация материала) возникают в результате нагружения материала при передаче усилий в силовых схемах, либо при изменении направления движения, либо то и другое одновременно. Эти потери складываются из следующих составляющих:

  • потери при упругом растяжении материала;

  • потери при упругом сжатии материала;

  • потери при упругом изгибе материала;

  • потери при упругом кручении материала (рис. 2.2).

Потери на привод вспомогательных агрегатов ДВС состоят из потерь, идущих собственно на полезную работу в агрегате, и потерь при преобразовании механической энергии в другой вид энергии, используемой в агрегате, которые могут быть следующих видов:

  • потери при преобразовании механической энергии в электромагнитную;

  • потери при преобразовании механической энергии во внутреннюю энергию газа или жидкости;

  • потери при преобразовании механической энергии в другой вид механической энергии, которые являются собственно также механическими потерями и которые могут быть рекурсивно классифицированы.

Таким образом, механические потери в ДВС состоят из множества разнородных слагаемых, которые необходимо учитывать, чтобы спроектировать двигатель с наименьшими механическими потерями.
Механический КПД двигателя внутреннего сгорания определяется зависимостью
,
где Nм – мощность механических потерь, Вт; Ni – индикаторная мощность двигателя, Вт, учитывающая насосные потери на газообмен.
Эффективная Nе, индикаторная Ni мощности, мощность механических потерь Nм и коэффициент механических потерь м связаны между собой соотношениями:
Nе = Ni - Nм;, .
^

3. Необходимое аппаратное и программное обеспечение


1. Персональные компьютеры типа IBM Pentium III и выше с тактовой частотой задающего генератора не менее 800 МГц и оперативной памятью не менее 128 Мб. Операционная система - Windows 2000 и выше.
2. Система имитационного моделирования «Альбея» версия 4.00.
^

4. Порядок выполнения работы


В процессе выполнения работы необходимо проделать следующее:
1. Запустить на компьютере систему имитационного моделирования «Альбея» [4].
2. Выбрать проект двигателя ЭМ-100 из каталога «EM-100S\ЭМ-100 серийный» или аналогичный.
3. Выполнить серию расчетов по внешней скоростной характеристике (ВСХ) двигателя. Для этого проверить параметр «Ключ_зажигания Вык_1_Вк_2 = 2» в кинематической области данных. Расчет проводить для следующих частот вращения коленчатого вала 2000, 3000, 4000, 5000 и 6000 об/мин (частота вращения задается в параметре «Обороты двигателя»). Моделирование выполнять не менее 8 циклов.
4. После каждого расчета записать в таблицу 1 следующие параметры из кинематической области данных:

  • Эффективная_мощность Ne;

  • Механический_КПД м;

  • Индикаторная мощность Ni;

  • Мощность_мех_потерь Nм.

Таблица 2.1

n,
об/мин

Работа двигателя

Холодная прокрутка

% расхождения


Ne, кВт

Ni,
кВт

Nм,
кВт

м

Ne,
кВт

Ni,
кВт

Nм,
кВт

2000









3000









4000









5000









6000









5. Выполнить серию расчетов холодной прокрутки двигателя. Для этого проверить параметр «Ключ_зажигания Вык_1_Вк_2 = 1» в кинематической области данных. Расчет проводить для тех же частот вращения. После каждого расчета записать в таблицу 1 параметры, указанные в п. 4. При моделировании холодной прокрутки индикаторная мощность будет принимать отрицательные значения и показывать мощность насосных потерь при газообмене.
6. Построить графики отдельно для каждой серии расчетов и провести их сравнительный анализ по механическим потерям. Графики строить в координатах «Параметр = f (n)», где n - частота вращения коленчатого вала двигателя.
7. Выявить зависимость механических потерь от частоты вращения коленчатого вала двигателя.
8. Оформить лабораторную работу в виде отчета и защитить у преподавателя. Защита лабораторной работы заключается в ответе студента на вопросы для контроля и дополнительные вопросы преподавателя.
^

5. Вопросы для контроля


1. Что относят к механическим потерям в двигателе?
2. Дайте определение коэффициента механических потерь ДВС.
3. Дайте определение эффективной мощности двигателя.
4. Дайте определение индикаторной мощности ДВС.
5. Как механические потери зависят от скоростного режима двигателя?
6. Как механический КПД зависит от скоростного режима двигателя?
7. В чем недостаток традиционных методов определения механического КПД двигателя?
8. Как велико отличие механических потерь, определяемых методом холодной прокрутки, и в процессе работы двигателя?


edu 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная