TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chọn Các Thông Số Cho Tính Toán Nhiệt 1 Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giả trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì.
TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chọn Các Thơng Số Cho Tính Tốn Nhiệt : • • • • Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển, giả trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao po giảm khơng khí lỗng, độ cao so với mực nước biển: - Áp suất không khí nạp: p0 = 0,1013 MN/m2 Nhiệt độ khơng khí nạp phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình mơi trường, nơi xe sử dụng Miền Nam nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày thể chọn tkk = 29oC cho khu vực miền nam : - Nhiệt độ khơng khí nạp mới: T0 = (tkk +273)= (29+273)= 302K Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( pk) kì khơng tăng áp : Pk=p0 =0,1013 MN/m2 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (TK) kì khơng tăng áp : TK= T0= 302K • • Áp suất khí cuối q trình nạp (p0) Trong qua trình tính tốn nhiệt, suất cuối q trình nạp pa động kỳ không tăng áp thường xác định cơng thức thực nghiệm: + kì khơng tăng áp: Pa =(0,8 ÷ 0,95)Po Pa =0,90.0,15=0,135 MN/m • Chọn áp suất khí sót (pr) Giá trị áp suất khí sót pr phụ thuộc vào yếu tố sau : Diện tích tiết diện thông qua xupap xả; Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn xupap xả; Động có lắp hệ thống tăng áp khí xả hay khơng; Độ cản bình tiêu âm, xúc tác khí xả + động xăng pr = (0,11 ÷ 0,12) (MPa) = 0,11 (Mpa) • • Nhiệt độ khí xót (Tr) + động xăng Tr = (900 ữ 1100)K = 900 k ã tng nhiệt độ khí nạp ( + Động xăng • • • • • ∆ T ∆ ) T = (10 ÷ 30)K = 10 Hệ số nạp thêm λ1 Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị tương quan lượng tăng tương đối hỗn hợp khí cơng tác sau nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ thể tích Va λ1= 1,02 ÷ 1,07 = 1,02 10 Hệ số quét buồn đốt cháy - Đối với động không tăng áp khơng có qt buồng cháy cho λ2 =1 11 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt Hệ số hiệu chỉnh tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp nhiệt độ khí sót Tr + Động xăng λt=1,15 • 12 Hệ số lại dụng nhiệt điểm z thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu cháy điểm z Xăng : z = (0,75 ữ 0,92) = 0,85 ã 13 H số lợi dụng nhiệt điểm b phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cao, cháy rớt tăng, dẫn đến (ξb) nhỏ ξb = 0,85 ữ 0,97 b= 0,9 => ụng c xng ã • + ξb =0,85 => tốc độ trung bình + ξb = 0,85=> cao tốc + ξb= 0,9 => có tăng áp • 14 Hệ số dư lương khơng khí a + động xăng: a= 0,85 ÷ 0,97 = 0,9 • 15 Hệ số điền đầy đồ thị cơng + xng d= 0,93 ữ 0,97 = 0,95 ã 16 Tỷ số tăng áp - Xăng :λp= 3,00 Tính Tốn Nhiệt: • 1.4.1 Qúa trình nạp Hệ số nạp (ῃv) ῃv = T k P a ξ λ − λ t λ ξ − T k + ∆T Pk P r Pa m Tróng : m - số nén đa biến trung bình khơng khí, chọn m = 1,5 = = 0,11 0,8 8,2= 0,7 => Xupap treo • Hệ số khí sót ( Yr) λ (T k + ∆T P r Tr Pa Pr Pa ξ λ1 − λ t λ Yr = • = = 135 0,12 =0,05616 Nhiệt độ trình nạp Ta T T a= k Pa Pr + ∆T + λ t γ T r r 1+γ = = 345 (K) r m −1 m m, • • • • • 1.4.2 Qúa trình nén Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp : - mcv = av + T = 19,806 + = 20,21 kJ/kmol K Tỷ nhiệt mil đẳng tích trung bình sản phẩm cháy : - Khi 0,7 < < tính cho động xăng theo công thức sau : mcv'' = 19,806 + + (360,34 + 252,4).10-5 = 20,79T Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp trình nén - mcv' = = 20,23 kJ/kmol.độ Xác định số nén đa biên trung bình n1 Phụ thuộc vào yếu tố : Tỷ lệ hịa khí, loại buồng cháy, thông số kết cấu động cơ, thống số vận hành gồm phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt, 8,314 α n1 - = • v b + T a (ε n + 1) −1 = 1,37 Áp suất trình nén pc : pc = pa = 0,8104 9,51,37 ≈ 1,72 • Nhiệt độ cuối trình nén Tc : Tc = Ta = 345 9,51,37-1 = 793 1.4.3 Qúa trình cháy Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo : M0 = 0,512 kmol/kknl Lượng khí nạp thực tế nạp vào xilanh M1 - Đối với động xăng (khi nạp khơng khí nhiên liệu) : • α M o + - µ nl µ nl = 0,850,512 + = 0,4441 trọng lượng phân tử xăng : Lượng sn vt chỏy M2 - ã M1 = nl = 110 ÷ 114 kg/kmol C H + + 0,79α M o 12 M2 = = =0,4875 Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết βo - βo =1,097 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β - • • β +γ 1+γ o r r => β = = = 1,091 Hệ số biến đổi phân tử khí điểm βz - • 1+ β o −1 1+γ xz r βz = =1+ Phần nhiên liệu cháy điểm z, giả thiết số nhiên liệu cháy tỷ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt ta có : - • ξ ξ z b X2 = = = Tổn thất nhiệt lượng cháy khơng hồn tồn ΔQH Đối với động xăng < 1, thiếu oxy nên nhiên liệu cháy khơng hồn tồn, gây thất mốt lượng nhiệt, ký hiệu ΔQH ΔQH =120.10 (1.0,85).0,512=9216 Kg/kgmol Nhiệt độ cuối trình cháy Tz - • • • a”vz = = = b”vz = = = 2,110-3 + γr ' + (1 − ) β o xz x z mcv mc v '' β o b ' ' = a + vx T z vz γ r β o x z + + (1 − x z ) βo -3 • • • ).Tz 79094 =21,46479.Tz +1,14.10-3.T2z 2,2806 10-3.T2z + 21,46479Tz – 79094 = - Tz =2832,43 (nhận) - Tz = -16177 (loại) Áp suất cuối trình cháy Pz Pz=βz =1,086.2832,432 = 7,7 Lưu ý, động xăng λp không chọn trước mà xác định công thức : λp = βz = 1,086 Tính tốn q trình dãn nở - Tỷ số dãn nở đầu + tỉ số dản nở đầu p = - Tỷ số dãn nở sau + tỉ số dản nở sau =9,5 Xác định số dãn nở đa biến trung bình (n2) - Ở nhiệt độ từ 1200 ÷ 2600K, sai khác tỷ nhiệt khơng lớn lắm, đố ta xem : (ξ − ξ ) Q M (1 + γ ) β (T b n2 = z r 8,314 H z − T b) z (ξ − ξ ) Q ( ) + M γ β T − b n2 = n2 = r z z H z ' + a ' + b z (T z + T b ) vz 8,314 ' + a ' + b z T z + T z−1 vz ε n2 T z −1 ε n2 nz = 1,25 - Nhiệt độ cuối trình dãn nở Tb => Tb = = 1613,35 - Áp suất cuối trình dãn nở pb p εn z Pb = = = 0,46 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr T p p b b r Tr = = = 1001 = = 0,9 < 10% Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình - Khi xác định thơng số thị ta chưa kể đến dạng tổn thất công mà xét tổn thất nhiệt - Áp suất thị trung bình tính tống (P'i) • p P'i = = 1,3 Pi= λ ( p − 1) + pλβ 1 − − 1 − ε −1 p n2 − δ n2−1 n1 − ε n1−1 c ϕ P' d - i = 1,3.0,97 Theo số liệu thực nghiệm : ϕ d Đối với động xăng : = 0,94 ÷ 0,97 - Áp suất tổn thất khí pm pm = a + b.Vp + (pr - pa) = 0,315 - S n 30 Vp = (m/s) - Vận tố trung bình piston số a,b công thức bảng S >1 D ; a = 0,048 b = 0,01512 Xác định áp suất có ích trung bình pe : Pe = pi - pm = 1,261 – 0,315 = 0,985 - Hiệu suất giới m - 1− p p m i = = 1Xác định hiệu suất thị i : i= m M p T Q p η H i k k v ηi = 8,314 = 8,314 = 0,45 Trong pk Tk - thay gần To po QH - Tính theo J/kg ; M1 - Tính theo kmol/kg Xác định hiệu suất có ích ηe M p T Q p η e k H k v ηe = 8,314 = 8,314 = 0,35 Tính suất tiêu hao nhiên liệu thị gi : 3600 Q η H i gi = = = 0,18 180 Trong thực tế tính tốn gi cịn tính công thức : η 10 p M p T v i k k gi = 432 = 432 = 181,12(KWH) Tính suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge : ge = Q η H = e 3600 ge = Q η H 6,499.10-5 kg/W.s = e = 43960.0,35 3600 = 43960.0,35 0,233 kg/kW.s Trong thực tế tính tốn, ge tính theo g/kW.h theo công thức sau : η 10 p M p T v • e k k ge = 432 = 432 232 (KWH) Tính thơng số kết cấu động : - Tính thể tích cơng tác Vh - Thể tích cơng tác Vh xilanh động 30.τ N e p n i e Vh = τ = = 0,56 - Số chu kỳ động i - Số xilanh động ne - Số vịng quay động cơng suất thiết kế Ne - Công suất động thiết kế, kW pe - Áp suất có ích trung bình, MN/m Tính đường kính piston : • b 4.V h S π D D= = = 0,88 dm Hành trình piston • S= S .D D = ( = 0,91 ... trình cháy Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo : M0 = 0,512 kmol/kknl Lượng khí nạp thực tế nạp vào xilanh M1 - Đối với động xăng (khi nạp khơng khí nhiên liệu) : •... tăng tương đối hỗn hợp khí cơng tác sau nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ thể tích Va λ1= 1,02 ÷ 1,07 = 1,02 10 Hệ số quét buồn đốt cháy - Đối với động không tăng áp khơng có qt buồng...• Nhiệt độ khí xót (Tr) + động xng Tr = (900 ữ 1100)K = 900 k ã Độ tăng nhiệt độ khí nạp ( + Động xăng • • • • • ∆ T ∆ ) T = (10 ÷ 30)K = 10 Hệ số nạp thêm λ1 Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị