Улучшение пусковых качеств автотракторных дизелей в зимний период эксплуатации
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
ния от Tj до Tj+1=Tj+Dt;
) пусть TПj средняя температура плавления кристаллов углеводородов массой mj сосредоточенных в объеме DVj.
Если теперь весь объем дизельного топлива V нагревать до температуры TПj, то:
) вся жидкость находящаяся левее плоскости А-А будет нагреваться от температуры T0 до температуры TПj, на что затратится Qжj тепла;
) вся масса кристаллов, находящихся правее плоскости В-В будет подогреваться (оставаясь в твердой фазе) от температуры T0 до температуры Tj+1, на что потребуется QTj тепловой энергии;
3) масса кристаллов, сосредоточенных в объеме DVj при температуре TПj из твердого состояния перейдет в жидкую фазу и на плоскости В-В установится температура Tj+1, на что расходуется QПj тепла.
Последовательно выделяя объемы DVj в интервале температур от T0 до Т1 и определяя затраты тепла на подогрев топлива в жидком состоянии в объеме DVж=DV0+DVj, на плавление кристаллов DVj и их подогрев в объеме DVT=V-DVж-DVj, определяются затраты тепловой энергии на плавление кристаллов в выделенном объеме.
В предлагаемой работе в качестве исходных данных принято:
T0 =249 К - температура окружающей среды, при которой 80...88% дизельного топлива находится в твердой фазе;
Т1=277 К - температура, при которой 90...95% дизельного топлива находится в жидкой фазе;
Dt=4 - температурный интервал перехода кристаллов гибких нитей в упакованную кристаллическую решетку;
V=qЦ=63.7 мм3/цикл - рассматриваемый объем жидкости (принят равным цикловой подаче насоса УТН-5 для дизеля Д-240).
4.3.9 Расчет тепла на плавление кристаллов
Средние значения объема в процентах и температуры плавления принимаются равными соответственно средней арифметической объема в % и температуры плавления всех углеводородов, входящих в расчетный объем:
, и (4.112)
где Ti - температура плавления i-того элемента углеводорода, входящего в расчетный объем;
Vi - процент объема, занимаемый i-тым элементом;
k - число элементов в расчетном объеме;
j - номер расчетного объема.
Следует отметить, что с изменением агрегатного состояния топлива, меняются его термодинамические характеристики [17, 44, 88]: удельная теплота плавления, теплоемкость в жидком и твердом состояниях. Для определения этих параметров по химической формуле строения молекулы нами определена молекулярная масса всех элементов, входящих в расчетный объем (см. табл. 5.3) по формуле [37]
, г/моль (4.113)где а=12 - атомный вес углерода;
b=1 - атомный вес водорода;
nC, nH - число атомов углерода и водорода образующих молекулу.
Если в качестве единицы объема принять цикловую подачу qЦ, то j-тый расчетный объем составит
, м3 (4.114)
Масса дизельного топлива в j-том расчетном объеме
, кг(4.115)
где r - средняя плотность дизельного топлива, кг/м3.
Удельная теплота плавления для j-того объема определяется по зависимости [34]
, Дж/моль (4.116)
где 54.4 - количество тепла, расходуемого на перевод одной молекулы органического вещества из твердого состояния в жидкое при изменении температуры на 1 градус [34];
TПj - температура плавления j-того расчетного объема.
Затраты тепла на плавление кристаллов в j-том расчетном объеме определим по формуле [81]
(4.117)
Теплоемкость органических веществ в j-том объеме при постоянном давлении определим по зависимости [17]
, Дж/кгград (4.118)где Сi - атомная теплоемкость i-того элемента в молекуле;
n - число атомов i-того элемента в молекуле. Для углерода иводорода атомная теплоемкость равна [84]:
в твердом состоянии Сi=7.53 Дж - для водорода;
Сi=9.62 Дж - для углерода;
в жидком состоянии Сi=11.72 Дж - для водорода;
Сi=17.99 Дж - для углерода.
Количество тепла, расходуемого на подогрев жидкости от температуры Toj до Tпj, определим по формуле [84]
, (4.119)
где СЖj - средняя теплоемкость жидкости в расчетном j-том объеме, которая определяется как средняя арифметическая величина теплоемкости элементов, входящих в j-тый объем.
, (4.120)
где k - количество элементов в рассматриваемой группе.
Количество тепла, расходуемого на подогрев кристаллов топлива в j-том объеме, определяется по зависимости
(4.121)
где Tj+1, Tj - соответственно температура кристаллов в начале и конце подогрева j-того объема;
- средняя теплоемкость кристаллов в j-том объеме.
Расход энергии на плавление кристаллов определим по уравнению
(4.122)
По зависимостям (4.112)-(4.122) рассчитано количество тепла, необходимое для плавления кристаллов в цикловом объеме и в объеме подогревателя от температуры Т=248 К до Т=277 К, при которой 80...85% дизельного топлива переходит из твердого состояния в жидкое. Результаты расчетов представлены в таблицах 4.2 и 4.3.
Таблица 4.2. Расход тепловой энергии на подогрев циклового объема топлива в зависимости от температуры окружающей среды
tC, 0C-24-20-16-12-8-404Подогрев жидкости QЖ, Дж1.761.731.671.61.411.120.69-Плавление кристаллов QК, Дж3.873.773.643.312.491.771.231.21Подогрев кристаллов QT, Дж0.20.150.120.0850.0510.028 0.0130.004Суммарный расход энергии QП, Дж5.835.655.434.993.952.921.931.21
Анализ данных табл. 4.2 показывает, что на плавление кристаллов в среднем расходуется около 68%, на подогрев жидкой фазы около 29% и подогрев кристаллов около 3,5% от общего количества тепла. Это можно объяснить:
1) при плавлении кристаллов происходит разрушение гибких нитей молекул, на что требуется большой расход энергии (см. табл. 4.3)
Таблица 4.3. Расход тепловой энергии на плавление кристаллов топлива в подогревателе объемом VP