Как найти массовый расход топлива

У этого термина существуют и другие значения, см. Расход.

Массовый расход — масса вещества, которая проходит через заданную площадь поперечного сечения потока за единицу времени. Измеряется в единицах массы за единицу времени, в системе единиц СИ выражается в килограммах за секунду (кг/с). Обычно обозначается или .

Понятие массового расхода используется для характеристики потоков таких сред, как: газы, жидкости, сыпучие вещества и газопылевые смеси.

Для расчёта массовых расходов используют значения средней скорости потока как усреднённой характеристики интенсивности протекания вещества. Средней скоростью потока в данном сечении называется такая одинаковая для всех точек сечения потока скорость движения вещества, при которой через это сечение проходит тот же расход, что и при действительном распределении скоростей движения вещества.

Массовый расход может быть вычислен через плотность вещества, площадь сечения потока и среднюю скорость потока в этом сечении:

где:

•  — массовый расход, кг/с;
• ρ — плотность вещества, кг/м³;
• V — средняя скорость потока, м/с;
• S — площадь сечения потока, м².

Формула может быть выражена через объёмный расход:

где:

• ρ — плотность вещества, кг/м³;
• Q — объёмный расход, м³/с.

Литература[править | править код]

• Башта Т. М. и др. 1.13. Расход. Уравнение расхода // Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. — 2‑е издание, переработанное и дополненное. — Москва: Машиностроение, 1982. — С. 36. — 423 с.

См. также[править | править код]

• Объёмный расход (м³/с).
• Весовой расход (Н/с).
• Расходомер.
• Уравнение непрерывности.

Ссылки[править | править код]

• Конвертер единиц массового расхода

Чаще
всего расход топлива при стендовых
испытаниях определяют путем измерения
времени расходования двигателем
известной (мерной) дозы топлива. В
зависимости от того, выражена эта доза
в единицах массы или единицах объема,
различают
массовый
и
объемный
способы
измерения расхода.

Массовый
метод измерения расхода топлива.

Нарис.6а
показана схема устройства для замера
расхода топлива весовым способом.

Т

а)

Рис.
1.6. Приспособления для измерения расхода
топлива:

а
– весового, б – объемного

опливо из сосуда5,
установленного на весах 4,
через топливопровод 3
поступает к карбюратору двигателя.
Сосуд 5
пополняется периодически из топливного
бака 1
через кран 2.

При
испытаниях замеряется время расхода
определенной весовой порции топлива.
Часовой расход топлива подсчитывается
по формуле:

(1.1)

где G’
– вес израсходованной порции топлива,
г;

τ
– время расхода, с.

Объемный
метод измерения расхода топлива

Схема
устройства для замера расхода показаны
на рис.6б.

Топливо
в двигатель подается из мерной колбы,
состоящей из трех сообщающихся друг с
другом стеклянных емкостей 6,
8,
10.
Ёмкость 6
предотвращает выброс топлива из колбы
при ее заполнении. Объем средней емкости
между рисками 7
и 9
указан на колбе.

Для
замера расхода топлива двигатель
переводится на питание из мерной колбы
путем переключения крана 11.
Когда уровень топлива в колбе опустится
до риски 7,
включают секундомер; его останавливают
в момент достижения уровня топлива
риски 9.
Одновременно с этим за время, отсчитанное
секундомером, определяется объем утечек
топлива через неплотности топливной
системы (топливные системы дизелей).

Часовой
расход топлива

(1.2)

где V
– объем мерной колбы, см³;

v
– объем утечки топлива за период замера,
см³

(v
= 0- для карбюраторных двигателей);

γ_m
– вес единицы объема топлива, г/см³;

τ
– время замера, с

Рассмотрим
более подробно принцип действия
автоматического расходомера АИР-50,
предназначенного для измерения расхода
жидкого топлива при стендовых испытаниях
двигателей внутреннего сгорания.

П

Рис.
1.7. Схема установки для измерения расхода
АИР-50

ринцип его действия заключается в
измерении промежутка времени, за который
расходуется мерная навеска (доза)
топлива. Схема расходомера и лабораторной
установки изображена нарис.
7.
Узлы и агрегаты собственно расходомера
обведены на рисунке пунктиром.

На
чашке весов 8 установлена емкость для
топлива 7,
наполняющаяся или опорожняющаяся в
зависимости от положения электромагнитных
клапанов в блоке 3.
Клапаны управляются сигналами,
вырабатываемыми электронным блоком
управления 1.
Электромеханическое устройство 10,
управляемое также сигналами от блока
, выбирает необходимый груз 9
из имеющегося набора, устанавливает
его на чашку весов или
снимает
в зависимости от управляющих сигналов.
Момент равновесия весов фиксируется
специальным фотоэлектрическим механизмом
(на схеме не показан). Электронный
процессор, входящий в состав блока 1,
определяет время расходования выбранной
дозы топлива и перерабатывает полученную
информацию. Отдельные блоки расходомера
соединены между собой кабелем 2.
На средней панели блока управления
находятся кнопки выбора мерной навески
топлива и цифровое табло, указывающее
результаты измерения в килограммах в
час. Топливо из настенного бака 4
по трубке 6 поступает к питателю или (в
учебной лабораторной установке) сливается
в специальную емкость.

Массовый расход

масса жидкости или газа, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени.

Для обозначения объемного расхода обычно используется буква Q (Q_m). Широко используется при гидравлических и теплотехнических расчетах.

Расчет массового расхода возможен по нескольким формулам исходя из исходных данных:

• • Q_v=m/t, где m — масса жидкости или газа, проходящей через поперечное сечение потока за время t;
  • Q_m=ρ*u*S_c, где u — скорость потока, S_c — площадь поперечного сечения, ρ — плотность жидкости или газа;
  • Q_m=Q_v*ρ , где Q_v —  объемный расход, ρ — плотность жидкости или газа.

При расчетах необходимо учитывать зависимость плотности:

• • для газов от рабочего давления и температуры;
  • для жидкостей от температуры.

Перевод единиц измерения массового расхода онлайн:

Единицы измерения массового расхода:

• • кг в секунду— единица измерения массового расхода. Обозначение в России: кг/с; международное: kg/c. Данная единица измерения широко применяется при инженерных расчетах, в современной справочной литературе, в обозначение параметров оборудования, технических устройств;
  • кг в час— единица измерения массового расхода. Обозначение в России: кг/ч; международное: kg/h. Данная единица измерения широко применяется при инженерных расчетах, в современной справочной литературе, в обозначение параметров оборудования, технических устройств, при разработке проектной и рабочей документации;
  • тон в час— единица измерения массового расхода. Обозначение в России: т/ч. 

Перевод единиц измерения массового расхода (в табличном виде):

Приборы для измерения расходов:

Для измерения расходов газа или жидкости используются приборы — расходомеры. Поскольку сжимаемые и несжимаемые вещества имеют свою специфику измерения, то и устройства различаются по принципам действия. Каждый вид расходомера рассчитан на работу в среде с определенными эксплуатационными характеристиками. Существует большое разнообразие расходомеров по принципу действия, но большинство из них связанно с измерением параметров в расчетных формулах приведенных выше с последующим расчетом расходов.

Калькуляторы массового расхода:

Расчет массового расхода с помощью массы (проходящей через сечение) за определенное время:

Расчет массового расхода с помощью СКОРОСТИ потока, площади сечения и плотности газа/жидкости:

Расчет массового расхода с помощью объемного расхода и плотности газа или жидкости:

Поделиться ссылкой:

Всем привет. После публикации последнего поста меня стали спрашивать о том, как все-таки правильно рассчитать массовый расход воздуха и узнать максимально возможную мощность двигателя. Сами расчеты очень простые, больше времени уходит на конвертацию привычных нам единиц измерения в забугорные- футы, фунты, ПиЭсАи и т д. Но если делать данную процедуру регулярно, то перевод одних единиц измерения в другие становится привычным делом и никаких затруднений не вызывает.
Итак, что нам нужно, чтобы посчитать массовый расход воздуха двигателя и узнать его максимальную мощность (сразу оговорюсь, данные расчеты применимы к обычному топливу нормального качества, скажем хорошему 98 бензине. На 95 бензине мощности наверняка будет поменьше, чем рассчетная, на 100ом побольше, на спортивном топливе или при добавлении водометанольного впрыска будет еще больше, но это уже отдельная тема, которая многократно описана в сети, в том числе и на Драйве)? Нам нужно знать всего несколько параметров: объем двигателя, обороты максимальной мощности, объемную эффективность двигателя на этих оборотах ( ВЕ), наддув турбокомпрессора на этих оборотах.
Предлагаю, сразу, для упрощения, производить все расчеты на примере, чтобы было сразу понятно, что и откуда берется.
Здесь нужно упомянуть еще один важный момент- все наши расчеты максимальной мощности будут основываться на утверждении, что для того, чтобы получить мощность в 10 лошадиных сил, нужно иметь массовый расход воздуха в 1 фунт воздуха в минуту ( lbs/min). Это общепринятое утверждение в западном автомире, которое достаточно приемлимо отображает состояние дел в теме бензиновых двигателей с турбокомпрессорами. Соотвественно, исходя из этого соотношения 1 фунт в минуту к 10 лошадиным силам, нам будет необходимо расчитать массовый расход воздуха в фунтах в минуту и умножить на 10.
Для примера возьмем 3-х литровый двигатель от Тойота Супра- старый ( без VVT-i), добрый, стоковый турбированный 2jz-gte. Попробуем просчитать его мощность на 5600 оборотов при стоковом наддуве ( насколько я помню, в пике он дует 0.9 бара с откатом до 0.6 к отсечке).
1) Переводим объем двигателя 3 литра в кубические сантиметры, 3 литра = 3000 кубических см.
2) Переводим объем двигателя из кубических сантиметров в кубические дюймы, 3000 х 0.061 = 182.817 кубических дюйма. Именно такой объем воздуха теоритически может пройти через двигатель в атмосферном режиме ( т е без турбонаддува)
3) Поскольку на 4-х тактном двигателе полный объем воздуха проходит через двигатель за 2 оборота коленвала, то нам необходимо узнать, сколько воздуха проходит через двигатель за 1 оборот коленвала. Для этого мы объем в кубических дюймах делим пополам, 182.817 / 2 = 91.4085 — столько кубических дюймов воздуха может максимально теоритически пройти через наш двигатель за 1 оборот коленвала.
4) Теперь необходимо объем двигателя из кубических дюймов перевести в кубические футы ( больее объемная единица измерения, это как кубические сантиметры перевести в кубически метры). Для этого 91.4085 кубический дюйм делим на 1728, получаем 91.4085 / 1728 = 0.052898 — столько кубических футов воздуха теоритически может пропустить через себя двигатель за 1 оборот коленвала.
5) Теперь нужно посчитать объемную эффективность ( ВЕ) двигателя на данных оборотах ( напомню, мы считаем мощность при 5600 оборотах двигателя). Можно пойти сложным путем и вычислить ВЕ с помощью достаточно сложных манипуляций или измерений, а можно взять общепринятые цифры, приблизительная аккуратность которых не сильно повлияет на конечный результат. У стандартного двигателя с 2мя клапанами на цилиндр типичное значение ВЕ будет 80 процентов. У стандартного двигателя с 4мя клапанами на цилиндр, типичное значение ВЕ будет 85 процентов. У стандартного двигателя с 4мя клапанами на цилиндр и системой изменяемых фаз распредвалов ( VVT-i, VTEC, MIVEC и т д), типичное значение ВЕ будет 95 процентов ( значение ВЕ будет меняться с оборотами двигателя, самый высокий ВЕ всегда на пике крутящего момента, да и сам график ВЕ двигателя практически совпадает с графиком момента этого же двигателя в его атмоварианте) . ГБЦ старого двигателя от Супры далека от совершенства ( кто видел ее вживую, тот согласится, что там, мякго сказать, есть, что улучшить), поэтому мы возьмем усредненную цифру для ГБЦ с 4мя клапанами на цилиндр -85 процентов. Это означет, что на данных оборотах, в виду всевозможных мелких препятствий во впускной системе, а так же в виду того, что воздуху тоже необходимо какое-то врямя для набора максимальной скорости после начала движения в двигатель, не весь теоритический объем двигателя успевает заполнится воздухом во время такта впуска, а лишь 85 процентов его объема. Т е 0.052898 кубических футов воздуха смогут заполнится лишь на 85 процентов при 5600 оборотов двигателя. Считаем, 0.052898 Х 0.85 = 0.044964 кубических фута воздуха проходит в реальности через двигатель за 1 оборот коленвала.
6) Теперь мы знаем реальный расход воздуха за 1 оборот коленвала при 5600 оборотах двигателя в минуту и можем посчитать общий расход воздуха на этих оборотах. Для этого 0.044964 кубических футов просто умножаем на 5600 оборотов, 0.044964 х 5600 = 251.7966 кубических футов воздуха проходят через двигатель на 5600 оборотов двигателя в реальности ( с погрешностью на допустимую приблизительность ВЕ). Мы узнали объемное потребление воздуха двигателем в атморежиме при 5600 оборотов в минуту. Теперь можем переходить к наддуву.
7) Для дальнейших расчетов нам необходимо вычислить следующий параметр — Pressure ratio компрессора. В большинстве случаев указывается очень простая формула для расчета этого параметра: к атмосферному давлению прибавляют давление наддува и результат делят на атмосферное давление. К примеру, если у нас на 5600 оборотах давление наддува состовляет 0.6 Бара, то Pressure ratio будет равно (1+0.6) / 1, т е 1.6/1 = 1.6- таково значение Pressure ratio при наддуве 0.6 Бара. На самом деле все немного сложнее — производитель турбокомпрессоров Гарретт рекомендует немного другую формулу для определения более точного значения Pressure ratio: атмосферное давление + наддув+ потери во впускном тракте нужно поделить на атмосферное давление минус потери во впуске перед турбокомпрессором. Поскольку во впуске после сжатия воздуха турбокомпрессором обязательно будут потери давления ( в интеркуллере и его пайпах ), то чтобы получить давление во впускном коллекторе в 0.6 Бара, турбокомпрессору придется немного напрячься и “выдуть” чуть больше, где-то 0.74 Бара ( т е дополнительно до 2 psi). Перед турбокомпрессором всегда создатеся небольшое разрежение, так же из-за препятствий на впуске, об которые воздух ” тормозится”. Поэтому на впуске атмосферное давление будет не 1 Бар, а в районе 0.95 Бара ( это значение может меняться в зависимости от “затычности” впуска до турбины). Пересчитываем Pressure ratio с новыми, более точными данными, получаем ( 1+0.74) / 0.95, т е 1.74 / 0.95 = 1.84 — это значение Pressure ratio при наддуве турбины 0.6 Бара
8) Теперь нам необходимо получить значение следующего параметра -Density ratio. Для этого мы смотрим таблицу на фото. На горизонтальной оси находим значение Pressure ratio, которое мы высчитали ( 1.84) и идем вверх до пересечения с одной из цветных линий ( каждая из них соответствует определенной термоэффективности турбокомпрессора и интеркуллера — чем эффективнее работает компрессор и охлаждает интеркуллер, тем менее нагретый воздух поступает в двигатель, чем он менее нагрет, тем он более плотен). При пересечении цветной линии, соответсвующей нашему конфигу, смотрим на вертикальную ось и находим значение Density ratio, при котором наша линия и наше Pressure ratio пересеклись. В данном случае мы видим на вертикальной оси значение 1.6 — это и есть значение нашего Density ratio. Эта цифра- коэффициент эквивалента увеличения плотности воздуха, поступающего в двигатель при наддуве в 0.6 Бара.
9) Теперь считаем объем воздуха, проходящий через двигатель при наддуве 0.6 Бара при 5600 оборотов. Как мы помним, в атморежиме наш двигатель пропускал через себя 251.7966 кубических футов воздуха при 5600 оборотов. Турбокомпрессор увеличил плотность с коэффициентом 1.6 ( Density ratio), считем новый объем, 251.7966 х 1.6 = 402,8745 — столько кубических футов воздуха в эквиваленте при нормальных условиях пропускает через себя наш двигатель при 5600 оборотах и наддуве 0.6 Бара.
10) Как я и говорил в начале, для определения мощности, нам необходимо узнать массовый расход воздуха в фунтах в минуту. Для того, чтобы узнать сколько фунтов воздуха находится в 402.8745 кубических футах, необходимо 402.8745 кубических футов умножить на 0.069, 402.8745 х 0.069 = 27.80 фунтов воздуха потребляет наш двигатель в минуту.
11) Изначально мы согласились с тем, что для производства мощности в 10 лошадиных сил, нам необходим расход воздуха в 1 фунт в минуту. Соответственно при массовом расходе воздуха 27.8 фунтов в минуту на 5600 оборотов, мощность двигателя будет близка к 27.8 х 10 = 278 лс. Смотрим в каталог- старый 2jz-gte, 5600 оборотов- мощность 280 лс. Разница с нашими расчетами всего 2 лс.
Вот собственно и все. Рассказывать об этом гораздо дольше, чем просто посчитать))
Ну а дальше можно пробовать применятьь эти расчеты на любых примерах- стоковые автомобили, графики со стендов и т д и т п… Можно самим будет оценивать адекватность цифр и замеров. Здесь, например, очень все адекватно… www.drive2.ru/b/3227349/