1. Витрата тепла на підігрів припливного повітря

Q т = L∙ρ пов. ∙з пов. ∙(t вн. - t нар.),

де:

ρ пов. - Щільність повітря. Щільність сухого повітря при 15 ° С на рівні моря становить 1,225 кг/м3;
з пов. – питома теплоємність повітря, що дорівнює 1 кДж/(кг∙К)=0,24 ккал/(кг∙°С);
t вн. - Температура повітря на виході з калорифера, ° С;
t нар. – температура зовнішнього повітря, °С (темп-ра повітря найхолоднішої п'ятиденки забезпеченістю 0,92 за Будівельною кліматологією).

2. Витрата теплоносія на калорифер

G= (3,6∙Q т)/(з ∙(t пр -t обр)),

де:
3,6 - коефіцієнт переведення Вт у кДж/год (для отримання витрати кг/год);
G – витрата води на теплопостачання калорифера, кг/год;
Q т - теплова потужність калорифера, Вт;
з в – питома теплоємність води, що дорівнює 4,187 кДж/(кг∙К)=1 ккал/(кг∙°С);
t пр. - Температура теплоносія (пряма лінія), ° С;
t нар. – температура теплоносія (зворотна лінія), °С.

3. Вибір діаметра труб для теплопостачання калориферу

Витрата води на калорифер , кг/год

4. I-d діаграма процесу нагрівання повітря

Процес нагрівання повітря в калорифері протікає при d=const (при постійному вмісті вологи).

Розглянуто основні Фізичні властивостіповітря: щільність повітря, його динамічна та кінематична в'язкість, питома теплоємність, теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля та ентропія. Властивості повітря наведені в таблицях залежно від температури при нормальному атмосферному тиску.

Щільність повітря в залежності від температури

Наведено докладну таблицю значень щільності повітря в сухому стані при різних температурах і нормальному атмосферному тиску. Чому дорівнює щільність повітря? Аналітично визначити густину повітря можна, якщо розділити його масу на об'єм, який він займаєза заданих умов (тиск, температура та вологість). Також можна обчислити його густину за формулою рівняння стану ідеального газу. Для цього необхідно знати абсолютний тиск і температуру повітря, а також його газову постійну та молярний об'єм. Це рівняння дозволяє обчислити густину повітря в сухому стані.

На практиці, щоб дізнатися яка щільність повітря при різних температурах, зручно користуватися готовими таблицями. Наприклад, наведеною таблицею значень густини атмосферного повітрязалежно від температури. Щільність повітря в таблиці виражена в кілограмах на кубічний метр і дана в інтервалі температури від мінус 50 до 1200 градусів за нормального атмосферного тиску (101325 Па).

Щільність повітря в залежності від температури - таблиця

t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3
-50	1,584	20	1,205	150	0,835	600	0,404
-45	1,549	30	1,165	160	0,815	650	0,383
-40	1,515	40	1,128	170	0,797	700	0,362
-35	1,484	50	1,093	180	0,779	750	0,346
-30	1,453	60	1,06	190	0,763	800	0,329
-25	1,424	70	1,029	200	0,746	850	0,315
-20	1,395	80	1	250	0,674	900	0,301
-15	1,369	90	0,972	300	0,615	950	0,289
-10	1,342	100	0,946	350	0,566	1000	0,277
-5	1,318	110	0,922	400	0,524	1050	0,267
0	1,293	120	0,898	450	0,49	1100	0,257
10	1,247	130	0,876	500	0,456	1150	0,248
15	1,226	140	0,854	550	0,43	1200	0,239

При 25°С повітря має густину 1,185 кг/м 3 .При нагріванні густина повітря знижується - повітря розширюється (його питомий обсяг збільшується). Зі зростанням температури, наприклад до 1200°С, досягається дуже низька щільність повітря, що дорівнює 0,239 кг/м 3 , що в 5 разів менше за її значення при кімнатній температурі. У загальному випадку зниження при нагріванні дозволяє проходити такому процесу, як природна конвекція і застосовується, наприклад, в повітроплаванні.

Якщо порівняти щільність повітря відносно повітря, то повітря легше на три порядки — при температурі 4°С щільність води дорівнює 1000 кг/м 3 , а щільність повітря становить 1,27 кг/м 3 . Необхідно також відзначити значення густини повітря за нормальних умов. Нормальними умовами для газів є такі, за яких їхня температура дорівнює 0°С, а тиск дорівнює нормальному атмосферному. Таким чином, згідно з таблицею, щільність повітря за нормальних умов (при НУ) дорівнює 1,293 кг/м 3.

Динамічна та кінематична в'язкість повітря при різних температурах

При виконанні теплових розрахунків необхідно знати значення в'язкості повітря (коефіцієнта в'язкості) за різної температури. Ця величина потрібна обчислення числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значення яких визначають режим течії цього газу. У таблиці наведено значення коефіцієнтів динамічної μ та кінематичної ν в'язкості повітря в діапазоні температури від -50 до 1200 ° С при атмосферному тиску.

Коефіцієнт в'язкості повітря із зростанням його температури значно збільшується.Наприклад, кінематична в'язкість повітря дорівнює 15,06 · 10 -6 м 2 / с при температурі 20 ° С, а зі зростанням температури до 1200 ° С в'язкість повітря дорівнює 233,7 · 10 -6 м 2 / с, тобто збільшується у 15,5 разів! Динамічна в'язкість повітря за нормальної температури 20°З дорівнює 18,1·10 -6 Па·с.

При нагріванні повітря збільшуються значення як кінематичної, і динамічної в'язкості. Ці дві величини пов'язані між собою через величину густини повітря, значення якої зменшується при нагріванні цього газу. Збільшення кінематичної та динамічної в'язкості повітря (як і інших газів) при нагріванні пов'язане з більш інтенсивним коливанням молекул повітря навколо їх рівноважного стану (згідно з МКТ).

Динамічна та кінематична в'язкість повітря за різних температур — таблиця

t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с	t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с	t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с
-50	14,6	9,23	70	20,6	20,02	350	31,4	55,46
-45	14,9	9,64	80	21,1	21,09	400	33	63,09
-40	15,2	10,04	90	21,5	22,1	450	34,6	69,28
-35	15,5	10,42	100	21,9	23,13	500	36,2	79,38
-30	15,7	10,8	110	22,4	24,3	550	37,7	88,14
-25	16	11,21	120	22,8	25,45	600	39,1	96,89
-20	16,2	11,61	130	23,3	26,63	650	40,5	106,15
-15	16,5	12,02	140	23,7	27,8	700	41,8	115,4
-10	16,7	12,43	150	24,1	28,95	750	43,1	125,1
-5	17	12,86	160	24,5	30,09	800	44,3	134,8
0	17,2	13,28	170	24,9	31,29	850	45,5	145
10	17,6	14,16	180	25,3	32,49	900	46,7	155,1
15	17,9	14,61	190	25,7	33,67	950	47,9	166,1
20	18,1	15,06	200	26	34,85	1000	49	177,1
30	18,6	16	225	26,7	37,73	1050	50,1	188,2
40	19,1	16,96	250	27,4	40,61	1100	51,2	199,3
50	19,6	17,95	300	29,7	48,33	1150	52,4	216,5
60	20,1	18,97	325	30,6	51,9	1200	53,5	233,7

Примітка: Будьте уважні! В'язкість повітря дана в ступені 106.

Питома теплоємність повітря за температури від -50 до 1200°С

Подано таблицю питомої теплоємності повітря при різних температурах. Теплоємність у таблиці дана при постійному тиску (ізобарна теплоємність повітря) в інтервалі температури від мінус 50 до 1200°З повітря в сухому стані. Чому дорівнює питома теплоємність повітря? Величина питомої теплоємності визначає кількість тепла, яке необхідно підвести до одного кілограма повітря при постійному тиску збільшення його температури на 1 градус. Наприклад, при 20°С для нагрівання 1 кг цього газу на 1°С в ізобарному процесі потрібно підвести 1005 Дж тепла.

Питома теплоємністьповітря збільшується із зростанням його температури.Проте залежність масової теплоємності повітря від температури не лінійна. В інтервалі від -50 до 120 ° С її величина практично не змінюється - в цих умовах середня теплоємність повітря дорівнює 1010 Дж/(кг град). За даними таблиці видно, що значний вплив температура починає чинити зі значення 130°С. Проте температура повітря впливає на його питому теплоємність набагато слабше, ніж на в'язкість. Так, при нагріванні з 0 до 1200 ° С теплоємність повітря збільшується лише в 1,2 рази - з 1005 до 1210 Дж/(кг град).

Слід зазначити, що теплоємність вологого повітрявище ніж сухого. Якщо порівняти і повітря, то очевидно, що вода має більш високе її значення і вміст води в повітрі призводить до збільшення питомої теплоємності.

Питома теплоємність повітря за різних температур — таблиця

t, °С	C p , Дж/(кг град)	t, °С	C p , Дж/(кг град)	t, °С	C p , Дж/(кг град)	t, °С	C p , Дж/(кг град)
-50	1013	20	1005	150	1015	600	1114
-45	1013	30	1005	160	1017	650	1125
-40	1013	40	1005	170	1020	700	1135
-35	1013	50	1005	180	1022	750	1146
-30	1013	60	1005	190	1024	800	1156
-25	1011	70	1009	200	1026	850	1164
-20	1009	80	1009	250	1037	900	1172
-15	1009	90	1009	300	1047	950	1179
-10	1009	100	1009	350	1058	1000	1185
-5	1007	110	1009	400	1068	1050	1191
0	1005	120	1009	450	1081	1100	1197
10	1005	130	1011	500	1093	1150	1204
15	1005	140	1013	550	1104	1200	1210

Теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля повітря

У таблиці представлені такі фізичні властивості атмосферного повітря, як теплопровідність, температура та його число Прандтля в залежності від температури. Теплофізичні властивості повітря дано в інтервалі від -50 до 1200 ° С для сухого повітря. За даними таблиці видно, що зазначені властивості повітря суттєво залежать від температури та температурна залежністьрозглянутих властивостей цього газу різна.

Нагрівання атмосфери (температура повітря).

Атмосфера отримує більше тепла від земної поверхні, що підстилає, ніж безпосередньо від Сонця. Тепло передається атмосфері за допомогою молекулярної теплопровідності,конвекціївиділення питомої теплоти пароутворення при конденсаціїводяної пари в атмосфері. Тому температура у тропосфері з висотою зазвичай знижується. Але якщо поверхня віддає повітрі більше тепла, ніж за той самий час отримує, вона охолоджується, від неї охолоджується повітря над нею. І тут температура повітря з висотою, навпаки, підвищується. Таке становище називається температурною інверсією . Її можна спостерігати влітку вночі, взимку - над сніговою поверхнею. Температурна інверсія проста в полярних областях. Причиною інверсії, окрім охолодження поверхні, може бути витіснення теплого повітрящо підтікає під нього холодним або стікання холодного повітря на дно міжгірських улоговин.

У спокійній тропосфері температура з висотою в середньому знижується на 0,6 на кожні 100 м. При піднятті сухого повітря цей показник збільшується і може досягати 1 на 100 м, а при піднятті вологого - зменшується. Це пояснюється тим, що повітря, що піднімається, розширюється і на це витрачається енергія (тепло), а при піднятті вологого повітря відбувається конденсація водяної пари, що супроводжується виділенням тепла.

Зниження температури повітря, що піднімається - головна причина утворення хмар . Повітря, що опускається, потрапляючи під великий тиск, стискається, і температура його підвищується.

Температура повітря періодично змінюється протягом доби та протягом року.

У добовому її перебігу спостерігається один максимум (після полудня) та один мінімум (перед сходом сонця). Від екватора до полюсів добові амплітуди коливання температури зменшуються. Але при цьому над суходолом вони завжди більше, ніж над океаном.

У річному ходітемпературиповітря на екваторі - два максимуми (після рівнодення) та два мінімуми (після сонцестоянь). У тропічних, помірних та полярних широтах - по одному максимуму та по одному мінімуму. Амплітуди річних коливань температури повітря із збільшенням широти зростають. На екваторі вони менші за добові: 1-2°С над океаном і до 5°С - над сушею. У тропічних широтах – над океаном – 5°С, над сушею – до 15°С. У помірних широтах від 10-15 ° С над океаном до 60 ° С і більше над сушею. У полярних широтах переважає негативна температура, її річні коливання досягають 30-40°С.

Правильний добовий та річний хідТемпература повітря, обумовлена ​​змінами висоти Сонця над горизонтом і тривалістю дня, ускладнюється неперіодичними змінами, що викликаються переміщеннями мас повітря, що мають різну температуру. Загальна закономірність розподілу температури у нижньому шарі тропосфери-її зниження у бік від екватора до полюсів.

Якби середня річна температура повітрязалежала лише від широти, її розподіл у Північній та Південній півкулях було б однаковим. Насправді ж на її розподіл істотно впливають відмінності в характері поверхні, що підстилає, і перенесення тепла з низьких широт у високі.

Внаслідок перенесення тепла на екваторі температура повітря нижча, а на полюсах вища, ніж була б без цього процесу. Південна півкуля холодніша за Північну головним чином через покриту льодом і снігом суші біля Південного полюса. Середня температура повітря в нижньому двометровому шарі для всієї Землі +14 ° С, що відповідає середній річній температурі повітря на 40 ° пн.ш.

ЗАЛЕЖНІСТЬ ТЕМПЕРАТУРИ ПОВІТРЯ ВІД ГЕОГРАФІЧНОЇ ШИРОТИ

Розподіл температури повітря біля земної поверхні показують за допомогою ізотерм - ліній, що з'єднують місця з однаковою температурою.Ізотерми не збігаються з паралелями. Вони згинаються, переходячи з материка на океан і навпаки.

Тиск атмосфери

Повітря має масу і вагу, тому чинить тиск на поверхню, що стикається з ним. Тиск, що надається повітрям на земну поверхню і всі предмети, що знаходяться на ній, називається атмосферним тиском . Воно дорівнює вазі вищого стовпа повітря і залежить від температури повітря: що стоїть температура, то нижчий тиск.

Тиск атмосфери на поверхню, що підстилає, становить в середньому 1,033 г на 1 см. 2 (більше 10 т на м 2 ). Вимірюється тиск у міліметрах ртутного стовпа, мілібарах (1 мб = 0,75 мм рт. ст.) та в гектопаскалях (1 гПа = 1 мб). З висотою тиск знижується: У нижньому шарі тропосфери до висоти 1 км. воно знижується на 1 мм рт. ст. на кожні 10 м. Чим вище, тим тиск знижується повільніше. Нормальний тиск лише на рівні океану – 760 мм. Рт. ст.

Загальний розподіл тиску та поверхні Землі має зональний характер:

	Пора року	Над материком	Над океаном
На екваторіальних широтах
На тропічних широтах
	Низьке	Висока
На помірних широтах		Висока	Низьке
	Низьке
На полярних широтах

Таким чином, і взимку, і влітку, і над материками, і над океаном чергуються зони високого та низького тиску. Розподіл тиску добре видно на картах ізобар січня та липня. Ізобари - лінії, що з'єднують місця з однаковим тиском.Що ближче вони розташовуються один до одного, то швидше змінюється тиск з відстанню. Величина зміни тиску на одиницю відстані (100 км) називається баричним градієнтом .

Зміна тиску пояснюється рухом повітря. Воно підвищується там, де повітря стає більшим, і знижується там, звідки повітря йде. Головна причина переміщення повітря - його нагрівання та охолодження від підстилаючої поверхні. Нагріваючись від поверхні, повітря розширюється і прямує вгору. Досягши висоти, на якій його щільність виявляється більшою за щільність навколишнього повітря, він розтікається в сторони. Тому тиск на теплу поверхнюзнижується (екваторіальні широти, материкова частина тропічних широт влітку). Але водночас на сусідні ділянки воно збільшується, хоча температура там не змінювалася (тропічні широти взимку).

Над холодною поверхнею повітря охолоджується та ущільнюється, притискаючись до поверхні (полярні широти, материкова частина помірних широт узимку). Нагорі його щільність зменшується, і сюди приходить повітря збоку. Кількість його над холодною поверхнею зростає, тиск на неї зростає. Водночас там, звідки повітря пішло, тиск зменшується без зміни температури. Нагрівання та охолодження повітря від поверхні супроводжується його перерозподілом та зміною тиску.

В екваторіальних широтахтиск завжди знижене. Це пояснюється тим, що повітря, що нагрівається від поверхні, піднімається і йде в бік тропічних широт, створюючи там підвищений тиск.

Над холодною поверхнею в Арктиці та Антарктидітиск підвищений. Його створює повітря, що приходить з помірних широт на місце холодного повітря, що ущільнилося. Відтік повітря на полярні широти - причина зниження тиску в помірних широтах.

В результаті формуються пояси зниженого (екваторіальний та помірні) та підвищеного тиску (тропічні та полярні). Залежно від сезону вони дещо зміщуються у бік літньої півкулі («слід за Сонцем»).

Полярні області високого тискувзимку розширюються, влітку скорочуються, але є весь рік. Пояси зниженого тискувесь рік зберігаються поблизу екватора та в помірних широтах Південної півкулі.

Взимку в помірних широтах Північної півкулі тиск над материками сильно підвищується і пояс низького тиску розривається. Замкнуті області зниженого тиску зберігаються лише над океанами. Ісландська і Алеутські мінімуми. Над материками, навпаки, утворюються зимові максимуми :Азіатський (Сибірський) і Північноамериканський. Влітку в помірних широтах Північної півкулі пояс зниженого тиску відновлюється.

Величезна область зниженого тиску з центром у тропічних широтах формується влітку над Азією. Азіатський мінімум. У тропічних широтах материки завжди нагріті трохи сильніше, ніж океани, і тиск над ними нижчий. Тому над океанами існують субтропічні максимуми :Північно-Атлантичний (Азорський), Північно-Тихоокеанський, Південно-Атлантичний, Південно-Тихоокеанськийі Південно-Індійська.

Таким чином, через різне нагрівання та остигання материкової та водної поверхні (материкова поверхня швидше нагрівається і швидше остигає), наявності теплих і холодних течій та інших причин на Землі крім поясів атмосферного тиску можуть виникати замкнуті області зниженого та підвищеного тиску.

1

Згідно з оцінками Міжнародного енергетичного агентства, пріоритетним напрямом зниження викидів діоксиду вуглецю автомобілями є підвищення їхньої паливної економічності. Завдання зниження викидів СО2 шляхом підвищення паливної економічності автотранспорту є для світової спільноти однією з пріоритетних, враховуючи необхідність раціонального використання джерел енергії, що не відновлюються. З цією метою постійно посилюються міжнародні стандарти, що лімітують показники пуску та експлуатації двигуна в умовах низьких і навіть високих температур. довкілля. У статті розглянуто питання паливної економічності двигунів внутрішнього згоряння залежно від температури, тиску, вологості навколишнього повітря. Наведено результати дослідження щодо підтримки постійної температури у впускному колекторі ДВС з метою економії палива та визначення оптимальної потужності нагрівального елемента.

потужність нагрівального елемента

Температура оточуючого повітря

підігрів повітря

економія палива

оптимальна температура повітря у впускному колекторі

1. Автомобільні двигуни. В.М. Архангельський [та ін]; відп. ред. М.С. Ховах. М: Машинобудування, 1977. 591 с.

2. Карнаухов В.М., Карнаухова І.В. Визначення коефіцієнта наповнення у ДВС // Транспортні та транспортно-технологічні системи, матеріали Міжнародної науково-технічної конференції, Тюмень, 16 квітня 2014р. Тюмень: Вид-во ТюмДНГУ, 2014.

3. Ленін І.М. Теорія автомобільних та тракторних двигунів. М.: вища школа, 1976. 364 с.

4. Ютт В.Є. Електроустаткування автомобілів. М: Вид-во Гаряча лінія-телеком, 2009. 440 с.

5. Ютт В.Є., Рузавін Г.Є. Електронні системи управління ДВЗ та методи їх діагностування. М: Вид-во Гаряча лінія-Телеком, 2007. 104 с.

Вступ

Розвиток електроніки та мікропроцесорної техніки призвело до широкого впровадження її на автомобілі. Зокрема, до створення електронних систем автоматичного керування двигуном, трансмісією ходовою частиною та додатковим обладнанням. Застосування електронних систем для керування (ЕСУ) двигуном дозволяє знизити витрату палива та токсичності відпрацьованих газів з одночасним підвищенням потужності двигуна, підвищити прийомистість та надійність холодного пуску. Сучасні ЕСУ поєднують у собі функції управління упорскуванням палива та роботою системи запалення. Для реалізації програмного управління в блоці управління записується залежність тривалості впорскування (кількість палива, що подається) від навантаження і частоти обертання колінчастого валу двигуна. Залежність визначається у вигляді таблиці, розробленої на основі всебічних випробувань двигуна аналогічної моделі. Подібні таблиці використовуються для визначення кута запалювання. Ця система управління двигуном використовується в усьому світі, тому що вибір даних із готових таблиць є більш швидким процесом, ніж виконання обчислень за допомогою ЕОМ. Отримані за таблицями значення коригуються бортовими комп'ютерами автомобілів залежно від сигналів датчиків положення дросельної заслінки, температури повітря, його тиску та щільності. Основною відмінністю даної системи, що застосовується в сучасних автомобілях, є відсутність жорсткого механічного зв'язку між дросельною заслінкою та педаллю акселератора, нею керуючої. У порівнянні з традиційними системами, ЕСУ дозволяє знизити витрати пального на різних автомобілях до 20%.

Низьке споживання палива досягається шляхом різної організації двох основних режимів роботи ДВЗ: режиму малого навантаження та режиму високого навантаження. При цьому двигун у першому режимі працює з неоднорідною сумішшю, великим надлишком повітря і пізнім упорскуванням палива, завдяки чому досягається розшарування заряду з суміші повітря, палива і відпрацьованих газів, що залишилися, в результаті чого він працює на бідній суміші. На режимі високого навантаження двигун починає працювати на гомогенній суміші, що призводить до зменшення викидів шкідливих речовин у відпрацьованих газах. Токсичність викиду при застосуванні ЕСУ дизельними двигунами при запуску дозволяють знизити різні свічки розжарювання. ЕСУ отримує інформацію про температуру повітря на впуску, тиск, витрату палива і положення колінчастого валу. Блок управління обробляє інформацію від датчиків та, використовуючи характеристичні карти, видає значення кута випередження подачі палива. З метою врахування зміни щільності повітря, що надходить при зміні його температури, датчик витрати оснащений терморезистором. Але в результаті коливань температури і тиску повітря у впускному колекторі, незважаючи на перераховані вище датчики, відбувається миттєва зміна щільності повітря і, як наслідок, зменшення або збільшення надходження кисню в камеру згоряння.

Мета, завдання та метод дослідження

У Тюменському державному нафтогазовому університеті було проведено дослідження з метою підтримки постійної температури у впускному колекторі ДВС КАМАЗ-740, ЯМЗ-236 та D4FB (1.6 CRDi) автомобіля Кіа Сід, MZR2.3-L3T – Мазда CX7. При цьому температурні коливання повітряної масивраховувалися температурними датчиками. Забезпечення нормальної (оптимальної) температури повітря у впускному колекторі повинно виконуватися за всіх можливих експлуатаційних режимів: пуск холодного двигуна, роботи на малих і високих навантаженнях, при роботі в умовах низьких температур навколишнього середовища.

У сучасних швидкохідних двигунах сумарна величина теплообміну виявляється незначною і становить близько 1% від кількості тепла, виділеного при згорянні палива. Збільшення температури підігріву повітря у впускному колекторі до 67 ˚С призводить до зменшення інтенсивності теплообміну в двигунах, тобто зменшення Т і збільшення коефіцієнта наповнення. ηv (рис.1)

де ΔТ - різниця температур повітря у впускному колекторі (К), Тп - температура нагріву повітря у впускному колекторі, Тв - температура повітря у впускному колекторі.

Мал. 1. Графік впливу температури підігріву повітря на коефіцієнт наповнення (на прикладі двигуна КАМАЗ-740)

Однак підігрів повітря більше 67 °С не призводить до зростання ηv у зв'язку з тим, що щільність повітря при цьому зменшується. Отримані експериментальні дані показали, що повітря у дизельних двигунівбез наддуву під час роботи має інтервал температур ΔТ=23÷36˚С. Випробуваннями було підтверджено, що для ДВС, що працюють на рідкому паливі, Різниця у величині коефіцієнта наповнення ηv, розрахованого з умов, що свіжим зарядом є повітря або паливоповітряна суміш, незначна і становить менше 0,5% тому для всіх типів двигунів ηv визначається по повітрю.

Зміна температури, тиску та вологості повітря позначається на потужності будь-якого двигуна і коливається в інтервалі Ne=10÷15% (Ne – ефективна потужність двигуна).

Підвищення аеродинамічного опору повітря у впускному колекторі пояснюється такими параметрами:

Підвищена щільність повітря.

Зміною в'язкості повітря.

Характер надходження повітря в камеру згоряння.

Численними дослідженнями доведено, що висока температураповітря у впускному колекторі збільшує витрати палива незначно. В той же час низька температуразбільшує його витрата до 15-20%, тому дослідження проводилися при температурі зовнішнього повітря -40 ˚С та його нагріванні до +70 ˚С у впускному колекторі. Оптимальною витратою палива є температура повітря у впускному колекторі 15÷67 ˚С.

Результати дослідження та аналіз

Під час випробувань було визначено потужність нагрівального елемента для забезпечення утримання певної температури у впускному колекторі ДВЗ. На першій стадії визначено кількість тепла, необхідного для нагрівання повітря масою 1 кг при постійній температуріі тиск повітря, для цього приймемо: 1. Температура навколишнього повітря t1=-40˚C. 2. Температура у впускному колекторі t2=+70˚С.

Кількість необхідного тепла знаходимо за рівнянням:

(2)

де СР - масова теплоємність повітря при постійному тиску, визначається за таблицею і для повітря при температурі від 0 до 200?

Кількість тепла для більшої маси повітря визначається за такою формулою:

де n - обсяг повітря кг, необхідного для нагрівання при роботі двигуна.

При роботі ДВЗ на оборотах понад 5000 об/хв витрата повітря легкових автомобілівдосягає 55-60 кг/годину, а вантажних - 100 кг/годину. Тоді:

Потужність нагрівача визначаємо за формулою:

де Q - кількість тепла, витрачене на нагрівання повітря Дж, N - потужність нагрівального елемента в Вт, τ - час в сек.

Необхідно визначити потужність нагрівального елемента в секунду, тому формула набуде вигляду:

N=1,7 кВт - потужність нагрівального елемента для легкових автомобілів та при витраті повітря понад 100 кг/год для вантажних - N=3,1 кВт.

(5)

де Ттр – температура у впускному трубопроводі, Ртр – тиск у Па у впускному трубопроводі, Т0 – ρ0 – щільність повітря, Rв – універсальна газова стала повітря.

Підставляючи формулу (5) у формулу (2), отримуємо:

(6)

(7)

Потужність нагрівача за секунду визначимо за формулою (4) з урахуванням формули (5):

(8)

Результати розрахунків кількості тепла, необхідного для нагрівання повітря масою 1 кг із середньою витратою повітря для легкових автомобілів більш ніж V=55кг/година і для вантажних - більше V=100кг/година, представлені в таблиці 1.

Таблиця 1

Таблиця визначення кількості тепла для нагрівання повітря у впускному колекторі в залежності від зовнішньої температури повітря

	V>55кг/год		V>100кг/год
		Q, кДж/сек		Q, кДж/сек

На підставі даних таблиці 1 побудовано графік (рис. 2) кількості тепла Q в секунду, витраченого на підігрів повітря до оптимальної температури. На графіку видно, що чим вище температура повітря, тим менша кількість тепла необхідна для підтримки оптимальної температури у колекторі, незалежно від об'єму повітря.

Мал. 2. Кількість тепла Q в секунду, витраченого на підігрів повітря до оптимальної температури

Таблиця 2

Розрахунок часу нагріву різних обсягів повітря

	Q1, кДж/сек		Q2, кДж/сек

Час визначено за формулою?

Далі по таблиці 2 побудований графік часу нагріву повітря до +70 ˚С в колекторі ДВЗ за різної потужності нагрівача. На графіку видно, що незалежно від часу нагрівання при підвищенні потужності нагрівача час нагрівання різних обсягів повітря вирівнюється.

Мал. 3. Час нагріву повітря до температури +70 ˚С.

Висновок

На підставі розрахунків та експериментів встановлено, що найбільш економічним є використання нагрівачів змінної потужності для підтримки заданої температури у впускному колекторі з метою одержання економії палива до 25-30%.

Рецензенти:

Рєзнік Л.Г., д.т.н., професор кафедри «Експлуатація автомобільного транспорту» ФДБО УВПО «Тюменський державний нафтогазовий університет», м. Тюмень.

Мерданов Ш.М., д.т.н., професор, завідувач кафедри "Транспортні та технологічні системи" ФДБО УВПО "Тюменський державний нафтогазовий університет", м. Тюмень.

Захаров Н.С., д.т.н., професор, чинний член Російської академіїтранспорту, завідувач кафедри "Сервіс автомобілів та технологічних машин" ФДБО УВПО "Тюменський державний нафтогазовий університет", м. Тюмень.

Бібліографічне посилання

Карнаухов В.М. ОПТИМІЗАЦІЯ ПОТУЖНОСТІ НАГРІВАЛЬНОГО ЕЛЕМЕНТА ДЛЯ ПІДТРИМАННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ ПОВІТРЯ У ВПУСКНОМУ КОЛЕКТОРІ ДВС // Сучасні проблеминауки та освіти. - 2014. - № 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13575 (дата звернення: 01.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»

Коли сонце гріє сильніше – коли воно стоїть вище над головою чи коли нижче?

Сонце гріє сильніше, коли стоїть вище. Сонячні промені в цьому випадку падають під прямим або близьким до прямого кута.

Які види обертання Землі вам відомі?

Земля обертається навколо своєї осі та навколо Сонця.

Чому на Землі відбувається зміна дня та ночі?

Зміна дня та ночі – результат осьового обертання Землі.

Визначте, як відрізняється кут падіння сонячних променів 22 червня та 22 грудня на паралелях 23,5° пн. ш. та ю. ш.; на паралелях 66,5 ° пн. ш. та ю. ш.

22 червня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 900, пд.ш. - 430. На паралелі 66,50 пн.ш. - 470, 66,50 пд.ш. – ковзний кут.

22 грудня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 430, пд.ш. - 900. На паралелі 66,50 пн.ш. - ковзний кут, 66,50 пд.ш. - 470.

Подумайте, чому найтепліші та найхолодніші місяці - не червень і грудень, коли сонячні промені мають найбільший і найменший кути падіння на земну поверхню.

Атмосферне повітря нагрівається від поверхні землі. Тому у червні відбувається нагрівання земної поверхні, а температура досягає максимуму у липні. Теж відбувається взимку. У грудні вихолоджується земна поверхня. У січні остигає повітря.

Визначте:

середню добову температуру за показниками чотирьох вимірювань за добу: -8°С, -4°С,+3°С,+1°С.

Середньодобова температура -20С.

середню річну температуруМосква, використовуючи дані таблиці.

Середньорічна температура 50С.

Визначте добову амплітуду температур показників термометрів малюнку 110, в.

Амплітуда температур малюнку в 180С.

Визначте, на скільки градусів річна амплітуда у Красноярську більше, ніж у Санкт-Петербурзі, якщо Середня температуралипня в Красноярську +19 ° С, а січня--17 ° С; у Санкт-Петербурзі +18°С та -8°С відповідно.

Амплітуда температур у Красноярську 360С.

Амплітуда температур у Санкт-Петербурзі 260С.

Амплітуда температур у Красноярську більша на 100С.

Запитання та завдання

1. Як відбувається нагрівання повітря атмосфери?

Пропускаючи сонячне проміння, атмосфера від нього майже нагрівається. Нагрівається ж земна поверхня, і сама стає джерелом тепла. Саме від неї нагрівається атмосферне повітря.

2. Наскільки градусів зменшується температура у тропосфері під час підйому на кожні 100 м?

При підйомі нагору на кожен кілометр температура повітря знижується на 6 0С. Отже, на 0,60 на кожні 100 м-коду.

3. Обчисліть температуру повітря за боротом літака, якщо висота польоту 7 км, а температура біля Землі +200С.

Температура підйому на 7 км знизиться на 420. Значить, температура за бортом літака становитиме -220.

4. Чи можна в горах на висоті 2500 м зустріти влітку льодовик, якщо біля підніжжя гір температура +250С.

Температура на висоті 2500 м становитиме +100С. Льодовик на висоті 2500 м не зустрінеться.

5. Як і чому змінюється температура повітря протягом доби?

Вдень сонячні промені висвітлюють земну поверхню і прогрівають її, від неї нагрівається повітря. Вночі надходження сонячної енергіїприпиняється, і поверхня разом із повітрям поступово остигає. Сонце найвище стоїть над горизонтом опівдні. У цей час надходить найбільше сонячної енергії. Однак найвища температура спостерігається через 2-3 години після полудня, оскільки на передачу тепла від поверхні Землі до тропосфери потрібен час. Найнижча температура буває перед сходом сонця.

6. Від чого залежить різниця у нагріванні поверхні Землі протягом року?

Протягом року на одній і тій же території сонячне проміння падає на поверхню по-різному. Коли кут падіння променів більш стрімкий, поверхня отримує більше сонячної енергії, температура повітря підвищується і настає літо. Коли сонячні промені нахилені сильніше, поверхня нагрівається слабо. Температура повітря тим часом знижується, і настає зима. Найтепліший місяць у Північній півкулі – липень, а найхолодніший – січень. У Південній півкулі- навпаки: найхолодніший місяць року – липень, а найтепліший – січень.