Bilantul termic al motorului

Bilantul termic al motorului evidentiaza distribuirea caldurii disponibile intre echivalentul caloric al lucrului mecanic efectiv si diferitele pierderi.

Fig. 1

Ecuatia bilantului termic se poate prezenta sub forma generala:

Q_dis=Q_e +Q_rp+Q_ge+Q_rac+Q_in (1)

relatie in care:

1.Calculul caldurilor ce intervin in bilantul termic

Pentru cazul motorului de proiectat, in care =1 deci arderea este completa, pentru cazul arderii unui kg de combustibil, caldura disponibila este:

Q_dis=Q_in=119617 kJ/kg

din care, se transforma in lucru mecanic:

Q_e=_e·Q_dis = 0,213·119617 = 25478 kJ/kg (2)

Caldura ce se transforma in lucru mecanic indicat, este data de suma Q_e +Q_rp .

Deci:

L_i= Q_e +Q_rp

dar

L_i=_i·Q_dis

Rezulta ca

Q_e +Q_rp=_i·Q_dis (3)

Din relatiile (2) si (3) rezulta:

Q_rp=(_i - _e)· Q_dis=(1-_m) _i·Q_dis=

=(1-0,89)· 0,239· 119617 = 3145 kJ/kg (4)

Caldura preluata de gazele de evacuare este data de diferenta dintre entalpiile gazelor de evacuare si fluidului proaspat:

Q_ge=_f·i_ge- _i·i_fp (5)

unde

iar entalpia gazelor de evacuare, respectiv a fluidului proaspat este:

i_ge=C_pge·T_ge (6)

i_fp=C_pfp·T₀ (6')

in care

Pentru calculul lui T_ge se adopta ipoteza ca fluidul motor de destinde de la presiunea p_u=0,3691 MPa la presiunea p₀=0,1 MPa dupa o evolutie politropa data de ecuatia:

(7)

cu

Pentru calculul lui m_e se adopta preliminar m_e=m_d=1,28 cu ajutorul caruia se calculeaza o valoare preliminara a lui T_ge :

(7')

Astfel se poate determina o valoare medie a temperaturii:

(8)

Valoarea lui m_e se calculeaza cu ajutorul relatiei:

m_e=k_e+0,050,20 (9)

Se adopta:

m_e=k_e+0,18=1,283+0,18=1,463 (9')

unde

(10)

Se recalculeaza T_ge;

(7")

Caldura specifica molara a amestecului de gaze de ardere este:

C_pge=R+ C_vge=8,314+2806=2815 kJ/kmol K (11)

cu R=8,314 Kj/kmol K - constanta generala a gazelor iar C_vge este dat de relatia:

(12)

in care participatiile volumetrice ale componentelor gazelor de ardere sunt:

si

C_vH2O =23,85+5,02·10^-3·T_ge=23,85+5,02·10^-3·916=28,448 kJ/kmolK

(13)

Caldura specifica molara a fluidului proaspat C_pfp se calculeaza cu relatia:

C_pfp=R+ C_vfp=8,314+20,29=28,604 kJ/kmol K (14)

unde:

C_vfp=p_a· C_vaer+ p_c· C_vcomb=0,999·20,31+2,31·10^-5·166,28=

=20,29 kJ/kmol K (15)

in care:

(16)

(16')

participatiile aerului (p_a) si combustibilului (p_c) inainte de ardere,

si:

C_vaer=19,57+ 2,51·10^-3·T_o =

=19,57+2,51·10^-3·293=20,31 kJ/kmolK (17)

C_vcomb=101,98+ 219,46·10^-3·T_o =

=101,98+219,46·10^-3·293=166,28 kJ/kmolK (17')

caldurile specifice la volum constant ale aerului (C_vaer) si combustibilului (C_vcomb).

In relatiile (16), (16') avem:

Inlocuind valorile obtinute din relatiile (11) si (14) in relatiile (6) se obtin entalpiile corespunzatoare gazelor de evacuare si fluidului proaspat:

i_ge=C_pge·T_ge=2915·916=26701 kJ/kmol (6)

i_fp=C_pfp·T₀=28,604·293=8380 kJ/kmol (6')

care, introduse in relatia (5) dau caldura preluata de gazele de evacuare:

Q_ge=_f·i_ge- _i·i_fp= 3834,3·26701 - 3810· 8380=70443 kJ/kg (5')

Caldura pierduta ca urmare a arderii incomplete este data de diferenta:

Q_in=Q_i-Q_in=119617-119617=0 kJ/kg (18)

cu

Deoarece =3,2, arderea combustibilului este completa, caldura degajata Q_in este egala cu puterea calorica inferioara Q_i a combustibilului.

Caldura transmisa in sistemul de racire este data de diferenta:

Q_rac= Q_dis - (Q_e +Q_rp+Q_ge+Q_in)=

= 119617-(25478+3144+70443+0)=20552 kJ/kg (1')

2 Trasarea diagramei de flux termic

Ilustrarea grafica a distributiei caldurilor in motor se obtine prin intermediul diagramei de flux termic care reprezinta, la o anumita scara, marimea termenilor din bilantul termic.

Ca procente din caldura disponibila Q_dis, termenii bilantului termic sunt prezentati in urmatorul tabel:

Tabelul 1

Fig 2 Repartitia procentuala a bilantului termic

Fig 3 Nivelul caldurilor ce participa la bilantul termic