Bài tập lớn: Tính toán chu trình nhiệt động cơ

Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động Nhóm Mục đích phần tính tốn nhiệt động là: - Tính tốn q trình nhiệt động (nạp, nén, cháy giãn nở thải) Xác định tiêu kinh tế kỹ thuật kiểm nghiệm (xác định) kích thước động Xây dựng đồ thị công lý thuyết động Kết tính tốn phần tính tốn nhiệt động tảng trình tính tốn thiết kế động đốt Thơng số cho trước động cơ: Động diesel Tên động cơ: D 0836 LE 401 Thơng số Kí hiệu Cơng suất có ích Ne Tỉ số nén ꜫ Hành trình piston S Đường kính xilanh D Số xilanh i Tốc độ động n Suất tiêu hao nhiên liệu ge Động Buồng cháy Thứ nguyên Kw Giá trị 331 16 125 107,5 2600 224 mm mm vòng/phút g/kW.h diesel thống Chọn thông số q trình tính Thơng số Kí hiệu Thứ ngun Giá trị Áp suất khí nạp Nhiệt độ khí nạp Hệ số dư lượng khơng khí Pk Tk α MN/m2 K 0.1 298 1.6 Áp suất cuối kì nạp Pa MN/m2 0.09 Áp suất khí sót Nhiệt độ khí sót Độ sấy nóng khí nạp Chỉ số đoạn nhiệt Hệ số lợi dụng nhiệt z Pr Tr ØT m ξz MN/m2 K 0.104 800 35 1.45 0.85 Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động Nhóm Hệ số lợi dụng nhiệt b Tỉ số tăng áp suất Tỉ số nạp thêm Hệ số quét buồng cháy Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt Hệ số dđiền đầy đồ thị Tính q trình nạp 3.1 Tính hệ số khí sót 𝜆2 (𝑇𝑘 + 𝛥𝑇)𝑝𝑟 𝛾𝑟 = 𝑇𝑟 𝑝𝑎 3.2 ξb λ λ1 λ2 λt ϕd 0.9 1.7 1.05 1.11 0.92 1 = 𝑝𝑟 𝑚 𝜀𝜆1 − 𝜆𝑡 𝜆2 ( ) 𝑝𝑎 1(298 + 35) 0.104 = 800 0.09 0.104 1.45 ) 16 ∗ 1.05 − 1.11 ∗ ∗ ( 0.09 = 0.030886 Tính hệ số nạp 𝑇𝑘 𝑝𝑎 𝑝𝑟 𝑚 [𝜀𝜆1 − 𝜆𝑡 𝜆2 ( ) ] = 𝜂𝑣 = 𝑝𝑎 𝜀 − 𝑇𝑘 + 𝛥𝑇 𝑝𝑘 298 0.09 0.105 1.45 [16 ∗ 1.05 − 1.11 ∗ ∗ ( ) ] = 0.09 16 − 298 + 35 0.1 = 0.836205 3.3 Tính nhiệt độ cuối q trình nạp 𝑝 𝑇𝑘 + 𝛥𝑇 + 𝜆𝑡 𝛾𝑟 𝑇𝑟 ( 𝑎 ) 𝑝𝑟 𝑇𝑎 = + 𝛾𝑟 = 𝑚−1 𝑚 = 298 + 20 + 1.11*0.030886*800* ( + 0.030886 = 3348.46 (𝐾) 0.09 1.45 − ) 1.45 0.104 Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động 3.4 3.5 Nhóm Tính số mol khơng khí để đốt cháy kg nhiên liệu M0 𝐶 𝐻 𝑂𝑛𝑙 ( + − )= 𝑀0 = 0.21 12 32 0.87 0.126 0.004 ( ) = 0.4946(𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑔𝑛𝑙) = + − 0.21 12 32 Tính số mol khí nạp M1 𝑀1 = 𝛼𝑀0 = 1.7 ∗ 0.4946 = 0.84089 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑔𝑛𝑙) Tính q trình nén 4.1 Tỷ nhiệt khơng khí mCvkk 𝑏𝑣 0.00419 𝑚𝐶𝑣𝑘𝑘 = 𝑎𝑣 + 𝑇 = 19.806 + 𝑇 = 20.536 (𝑘𝐽/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾) 2 4.2 Tỷ nhiệt mol sản phẩm cháy mCv'' 1.634 𝑎𝑣′′ = 19.867 + = 20.8282 𝛼 184.36 ) 10−5 = 0.00543 𝑏𝑣′′ = (427.38 + 𝛼 ′′ 𝑏𝑣 𝑚𝐶𝑣′′ = 𝑎𝑣′′ + 𝑇 = 21.834 (𝑘𝐽/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾) 4.3 Tỷ nhiệt hỗn hợp cháy mCv' 𝑎𝑣 + 𝛾𝑟 𝑎𝑣′′ = = 19.8976 + 𝛾𝑟 𝑏𝑣 + 𝛾𝑟 𝑏𝑣′′ 𝑏𝑣′ = = 0.00423 1+𝛾 𝑏𝑣′ 𝑚𝐶𝑣′ = 𝑎𝑣′ + 𝑇 = 20.634 (𝑘𝐽/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾) Tính số nén đa biến trung bình n1 Chọn trước n1, vào phương trình sau, giải phương pháp mị nghiệm 𝑎𝑣′ 4.4 8.314 n1 = + a v' + ' v ( ) b Ta  n1 −1 + Động diesel buồng cháy thống nhất: n1= 1.34 ÷ 1.42 Bằng phương pháp mị nghiệm ta tìm n1 = 1.367 Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động 4.5 4.6 Nhóm Tính nhiệt độ cuối kỳ nén Tc 𝑇𝑐 = 𝑇𝑎 𝜀 𝑛1−1 = 348.46 ∗ 161.367−1 = 963.9748 (𝐾) Tính áp suất cuối kỳ nén Tc 𝑝𝑐 = 𝑝𝑎 𝜀 𝑛1 = 0.09 ∗ 161.367 = 3.984 (𝑀𝑁/𝑚2 ) Tính q trình cháy 5.1 Tính ∆𝑴 M = 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 H O 0.126 0.004 + = + = 0.0316(kmol / kgnl) 32 32 Tính số mol sản phẩm cháy M2 𝑀2 = 𝑀1 + 𝛥𝑀 = 0.79143 + 0.0316 = 0.823054 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑔𝑛𝑙) Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết 𝑀2 0.823054 𝛽0 = = = 1.04 0.79143 𝑀1 Hệ số biến đổi phân tử thực tế 𝛽0 + 𝛾𝑟 1.04 + 0.030886 𝛽= = = 1.0388 + 0.030886 + 𝛾𝑟 Hệ số biến đổi phân tử z 𝛽0 − 𝜉𝑧 1.04 − 0.85 𝛽𝑧 = + =1+ = 1.03661 + 𝛾𝑟 𝜉𝑏 + 0.030886 0.9 Hệ số tỏa nhiệt xz z 𝜉𝑧 𝑥𝑧 = = 0.9444 𝜉𝑏 Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn ∝> => ∆𝑄𝐻 = Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất z 𝛾𝑟 ) + 𝑎′ 𝑀1 (1 − 𝑥𝑧 ) 𝛽0 = 20.837 𝑎"𝑣𝑧 = 𝛾 𝑀2 (𝑥𝑧 + 𝑟 ) + 𝑀1 (1 − 𝑥𝑧 ) 𝛽0 𝛾 𝑏" 𝑀2 (𝑥𝑧 + 𝑟 ) + 𝑏′𝑣 𝑀1 (1 − 𝑥𝑧 ) 𝛽0 𝑏"𝑣𝑧 = = 0.0054 𝛾 𝑀2 (𝑥𝑧 + 𝑟 ) + 𝑀1 (1 − 𝑥𝑧 ) 𝛽0 𝑚𝐶"𝑣𝑧 = 𝑎"𝑣𝑧 + 𝑏"𝑣𝑧 𝑇𝑧 = 31.4642 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝐽 𝐾) 𝑎"𝑣 𝑀2 (𝑥𝑧 + Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động 5.9 Nhóm Nhiệt độ cực đại chu trình Tz  z QH ) + (m C ' vc +8,314. ).Tc =  z m C" pz Tz M (1 +  r ) Đưa phương trình dạng phương trình bậc 2: ATz2+BTz+C=0 Với: 𝐴 = 𝛽𝑧 𝑏′′ 𝑣𝑧 = 0.0055601 𝐵 = 𝛽𝑧 (𝑎"𝑣𝑧 + 8,314) = 30.21792 𝜉𝑧 𝑄𝐻 − (𝑎′𝑣 + 𝑏′𝑣 𝑇𝑐 + 8,314 𝜆) 𝑇𝑐 = −81011.13 𝐶=− 𝑀1 (1 + 𝛾𝑟 ) ⇒ 𝑇𝑍 = 1968 (𝐾) 5.10 Áp suất cực đại chu trình pz = pcλ = 4.984*1.7= 6.7728 (MN/m2) Tính q trình giãn nở 6.1 Tỷ số giãn nở sớm 𝛽𝑧 𝑇𝑧 1.03661 1986 𝜌= = = 1.2449 1.7 963.9748 𝜆 𝑇𝑐 6.2 Tỷ số giãn nở sau 𝜀 16 𝛿= = = 12.85271 𝜌 1.2449 6.3 Kiểm nghiệm lại trị số n2 n2 − = 8,314 ( b −  z ).(QH − QH ) + a" + b"z (T + T ) z b vz M (1 +  r ). (Tz − Tc ) Trong đó: Tb = Tz  n −1 Theo phương pháp mị nghiệm ta tìm n2 = 1.263 Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động 6.4 6.5 6.6 Nhóm Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb 𝑇𝑏 = 𝑇𝑧 𝑛 𝛿 2−1 = 1005.4 (𝐾) Áp suất cuối trình giãn nở pb 𝑝𝑧 𝑝𝑏 = 𝑛 = 0.26922 (𝑀𝑁/𝑚2 ) 𝛿 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót 𝑚−1 𝑝𝑟 𝑚 0.104 ) 𝑇𝑟𝑡í𝑛ℎ = 𝑇𝑏 ( ) = 1005.4 ( 0.26922 𝑝𝑏 𝑇𝑟𝑡í𝑛ℎ − 𝑇𝑟 = −0.0644 < 0.15 𝑇𝑟 Thỏa mãn điều kiện 1.45−1 1.45 = 748.452 (𝐾) Tính tốn thơng số thị 7.1 Áp suất thị trung bình lý thuyết 𝑝𝑐 𝜆𝜌 𝑝′𝑖 = [𝜆(𝜌 − 1) + (1 − 𝑛 −1 ) 𝑛2 − 𝛿 𝜀−1 1 − (1 − 𝑛 −1 )] = 𝑛1 − 𝜀 1.7 ∗ 1.245 3.984 [1.7(1.245 − 1) + (1 − ) = 1.268 − 12.85271 1.263−1 16 − 1 (1 − 1.367−1 )] − 1.367 − 16 = 0.693779(𝑀𝑁/𝑚 ) 7.2 7.3 Áp suất thị trung bình 𝑝𝑖 = 𝑝𝑖′ 𝜙đ = 0.693779 ∗ 0.95 = 0.65909 (𝑀𝑁/𝑚2 ) Hiệu suất thị động ηi 8,314 𝑀1 𝑝𝑖 𝑇𝑘 𝜂𝑖 = = 0.3636 𝑄𝐻 𝜂𝑣 𝑝𝑘 Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động 7.4 Nhóm Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi 3600000 𝑔𝑖 = = 232.934(𝑔/𝑘𝑊ℎ) 𝑄𝐻 𝜂𝑖 Tính tốn thơng số có ích 8.1 Tổn thất giới pm pm = a + b.Cm + pr − pa Trong 𝐶𝑚 = 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 𝑆.𝑛 30 𝑚 = 0.18 ( ) 𝑠 Động diesel buồng cháy thống nên chọn a = 0.03; b = 0.012  Pm = 0.04616 (MN/m2) Áp suất có ích trung bình pe = pi – pm = 0.61293 (MN/m2) Hiệu suất giới 𝑝𝑒 𝜂𝑚 = = 0.929964 𝑝𝑖 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích 𝑔𝑖 𝑔𝑒 = = 250.4761 (𝑔/𝑘𝑊ℎ) 𝜂𝑚 Hiệu suất có ích (%) 𝜂𝑒 = 𝜂𝑚 𝜂𝑖 = 0.3382 Thể tích công tác động 𝑁𝑒 30 𝜏 𝑉ℎ = = 0.91615(𝑑𝑚3 ) 𝑝𝑒 𝑖 𝑛 Kiểm nghiệm đường kính xilanh 𝐷𝑡 = √ 𝑉ℎ = 0.966(𝑑𝑚) 𝜋 𝑆 𝛥𝐷 = |𝐷𝑡 − 𝐷 | = 0.10(𝑚𝑚) = 0.1 Thỏa mãn điều kiện Vẽ đồ thị công 9.1 Xây dựng đường nén: -Gọi Pnx , Vnx áp suất thể tích biến thiên theo trình nén động Vì trình nén q trình đa biến gọi x điểm đường nén ta có : Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động Nhóm Pnx Vnxn1 = const suy : Pnx.Vnx^n1 = Pc.Vc^n1 V   Pnx = PC  C   Vnx  -Đặt i = 𝑉𝑛𝑥 𝑉𝐶 n1 ta có : Pnx = PC i n1 9.2 Biểu diễn thơng số: Biểu diễn thể tích buồng cháy: V Suy : V = c Vcbd Vcbd = 20 mm  Giá trị biểu diễn Vhbd = Vhbd =  dm3   dm   mm  =0,0038  mm      Vh Vc =300 mm Biểu diễn áp suất cực đại: Pz = 160-220 mm Suy :  p = Pz Pzbd  MN   MN   m2 mm  = 0,0681  m mm  Về giá trị biểu diễn ta có đường kính vịng trịn Brick AB giá trị biểu diễn Vh, nghĩa giá trị biểu diễn AB = Vhbd [mm]: Suy : S = S  m  = 0,0004 (m/mm) Vhbd  mm  Giá trị biểu diễn OO': OO 'bd = OO ' S = R S   =  mm =19,5 (mm) 2. S 4. S Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động Nhóm 9.3 Bảng số liệu ĐỒ THỊ CÔNG 11 10 0 0.1 0.2 0.3 Đường nén 0.4 0.5 Đường giãn nở 0.6 0.7 0.8 Bài tập lớn: Tính tốn chu trình nhiệt động Nhóm 9.4 Đồ thị cơng ĐỒ THỊ CƠNG 11 10 0 0.1 0.2 0.3 Đường nén 0.4 0.5 Đường giãn nở 0.6 0.7 0.8 10