Tính toán nhiệt và vẽ đồ thị công chỉ thị của động cơ đốt trong

TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ VẼ ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I GIỚI THIỆU Tính toán nhiệt động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ thị công chỉ thị của một động cơ cần thiết k[.]

TÍNH TỐN NHIỆT VÀ VẼ ĐỒ THỊ CƠNG CHỈ THỊ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I GIỚI THIỆU: - Tính toán nhiệt động đốt (ĐCĐT) chủ yếu xây dựng lý thuyết đồ thị công thị động cần thiết kế thông qua việc tính tốn thơng số nhiệt động lực học chu trình cơng tác động gồm q trình: + Quá trình nạp + Quá trình nén + Quá trình cháy + Quá trình giãn nở - Mỗi q trình đặc trưng thơng số trạng thái nhiệt độ, áp suất, thể tích môi chất công tác (MCCT) đầu cuối trình Trên sở lý thuyết nhiệt động lực học kỹ thuật, nhiệt động hóa học, lý thuyết động đốt xác định giá trị thơng số nêu - Tiếp theo ta tính thơng số đánh giá tính chu trình gồm thơng số thị thơng số có ích chu trình cơng tác như: áp suất thị trung bình p i, áp suất có ích trung bình p e, cơng suất thị N i, cơng suất có ích N e, hiệu suất e suất tiêu hao nhiên liệu ge động cơ, … - Cuối cùng, kết q trình tính tốn nói ta xây dựng giản đồ cơng thị động số liệu cho bước tính tốn động lực học thiết kế sơ thiết kế kỹ thuật tồn động - Trong tính tốn kiểm nghiệm động cho trước, việc tính tốn nhiệt thay cách đo đồ thị công thực tế động hoạt động nhờ phương tiện, dụng cụ đo ghi kỹ thuật đại Tuy nhiên với phương pháp tính tốn dựa sở lý thuyết nhiệt động hóa học động đốt trong, người ta tiến hành khảo sát tiêu động lực tiêu kinh tế động có sẵn với kết đáng tin cậy II CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ: - Nhãn hiệu xe:Huydai - Kiểu động cơ: Diesel kỳ - Động : H800 CA-A1 + Số chu kỳ: + Số xy lanh: + Đường kính/ hành trình: - + Tỉ số nén: 16:1 + Loại nhiên liệu: Diesel + Công suất cực đại: 188 HP số vòng quay 2200 vòng/phút + Momen xoắn cực đại: 52,5 Nm 1400 vòng/phút + Tiêu hao nhiên liệu: 180 l/100 km + Hệ thống nhiên liệu: Phun trực tiếp + Hệ thống làm mát: Bằng nước + Hệ số dư lượng khơng khí:  = 1,72 III CHỌN CÁC THƠNG SỐ CHO TÍNH TỐN NHIỆT: Áp suất khơng khí nạp (po): - Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển: po = 0,1013 [MN/m2] Nhiệt độ khơng khí nạp (To) - Nhiệt độ khơng khí nạp phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình môi trường, nơi mà xe sử dụng Miền nam nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn tkk = 29oC - Do đó: To = (tkk + 273)oK = 29 + 273 = 302 [oK] Áp suất khí nạp trước xupap nạp (pk) - Động bốn kỳ không tăng áp: pk = po = 0,1013 [MN/m2] Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk) - Đối với động bốn kỳ không tăng áp:Tk = To = 302 [oK] Áp suất cuối trình nạp (pa) - Đối với động không tăng áp, áp suất cuối trình nạp xy lanh thường nhỏ áp suất khí có tổn thất ống nạp bầu lọc gây nên - Động kỳ không tăng áp: pa = 0,9.po = 0,9.0,1013 = 0,09117 [MN/m2] Chọn áp suất khí sót (pr) - Là thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sản phẩm khí cháy khỏi xy lanh động - Giá trị áp suất khí sót pr phụ thuộc vào yếu tố: + Diện tích thông qua xupap xả + Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn xupap xả + Động có lắp tăng áp khí xả hay khơng + Độ cản bình tiêu âm, xúc tác khí xả… - Đối với động diesel chọn pr = 0,115 [MN/m2] Nhiệt độ khí sót (Tr) - Phụ thuộc thành phần hỗn hợp khí, mức độ giãn nở trao đổi nhiệt trình giãn nở thải - Đối với động diesel chọnTr = 850[oK] Độ tăng nhiệt độ khí nạp (T) - Khí nạp chuyển động đường ống nạp vào xy lanh động tiếp xúc với vách nóng nên sấy nóng lên trị số nhiệt độ T - Đối với động diesel chọn T = 10[oC] Chọn hệ số nạp thêm 1 - Hệ số nạp thêm 1 biểu thị tương quan lượng tương đối hỗn hợp khí cơng tác sau nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ thể tích V a Động thiết kế có tốc độ cao, cấu phân phối khí đại, có đường ống nạp dài tạo qn tính lớn cho dịng khí nạp chọn 1 giới hạn cao - Đối với động diesel chọn 1 = 1,06 10 Chọn hệ số quét buồng cháy 2 - Đối với động khơng tăng áp khơng có qt buồng cháy nên chọn 2 = 11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t - Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp  nhiệt độ khí sót Tr - Đối với động Diesel  = 1,72 ta chọn t =1,11 12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z (Z) - Là thông số số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu cháy điểm Z - Chọn Z = 0,7 13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b (b) - Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b (b) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cao, cháy rớt tăng, dẫn đến bnhỏ Chọn b = 0,9 14 Chọn hệ số dư lượng khơng khí  - Khi đốt cháy hồn tồn kg nhiên liệu cần M o(kmol) khơng khí Tuy nhiên, lượng khơng khí vào xy lanh M 1có thể nhỏ lớn M o Điều đánh giá hệ số dư lượng khơng khí  = M1 M0 - M1: lượng khơng khí thực tế nạp vào xylanh (kmol) - Mo: lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hồn tồn 1kg nhiên liệu - Theo đề  = 1,72 15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (d) - Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt diện tích đồ thị cơng thực tế so với đồ thị cơng tính tốn - Chọn d = 0,9 16 Chọn tỷ số tăng áp - Là tỷ số áp suất hỗn hợp khí xylanh cuối trình cháy trình nén: - Trong đó: pz - áp suất cuối trình cháy pc - áp suất cuối trình nén - Đối với động Diesel chọn p = 2,2 IV TÍNH TỐN NHIỆT: - Tính tốn nhiệt nhằm xác định thơng số chu trình lý thuyết tiêu kinh tế, kỹ thuật động Đồ thị công thị động xây dựng sở kết tính tốn nhiệt số liệu cho bước tính tốn động lực học tính tốn thiết kế động TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC TÍNH TỐN NHIỆT Quá trình nạp : a.Hệ số nạp (v) : [ ( )] Tk P P ηv= ∙ ∙ a ∙ ε ∙ λ1−λ t ∙ λ2 ∙ r ε−1 T k + ∆ T Pk Pa ηv= [ ( m 302 0,09117 0,115 ∙ ∙ ∙ 16 ∙1,06−1,11∙1 ∙ 16−1 302+10 0,1013 0,09117 ) 1,5 ] = 0,9097 - Trong m số đa biến trung bình khơng khí, chọn m = 1,5 b Hệ số khí sót (r) : ❑2 (T k +T ) Pr ∙ ∙ Tr Pa r = ε ❑1−❑t ∙❑2 ∙( 1.(302+ 10) 0,115 ∙ ∙ 850 0,09117 = Pr m ) Pa 16.1,06−1,11∙ ∙( 0,115 1,5 ) 0,09117 = 0,0296 c Nhiệt độ cuối trình nạp ( Ta) : Ta= T k +T +❑t ❑r T r ( 1+❑r Pa ) Pr m −1 m = 302+ 10+ 1,11.0,0296 850 ( 1+ 0,0296 0,09117 ) 0,115 1,5 −1 1,5 = 328,1[oK] Quá trình nén: a Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mới: [ kJ/kmol K] b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: - α ≥ 1, tính cho động diesel theo công thức sau: [kJ/kmol K] c Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén: mc ' v = mc v +γ r mc'' v 1+γ r = =20,52[kJ/kmol K] d Xác định số nén đa biến trung bình n1: n1 −1= 8,314 n −1 b a 'v + ⋅T a ( ε +1 ) - Bằng cách thay dần giá trị n vào hai vế phương trình đến cân ta nhận giá trị: n1 = 1,37 e Áp suất trình nén pc: [MN/m2] f Nhiệt độ cuối trình nén Tc: [oK] Quá trình cháy: a Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo: [kmol kk/kg nl] b Lượng khí nạp thực tế nạp vào xylanh M1: [kmol kk/kg nl] c Lượng sản vật cháy M2: (α ≥ ¿ [kmol kk/kg nl] d Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết 0: e Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế : f Hệ số biến đổi phân tử khí điểm z: - Với xz phần nhiên liệu cháy điểm z: ❑z xz= ❑ = b 0,7 0,9 g Tổn thất nhiệt lượng cháy khơng hồn tồn QH: - Đối với động diesel  = 1,72 QH= h Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất điểm z: ( xz+ mc ' ' vz = ) γr mc' v + M ( 1−x z ) mcv β0 ( xz + ) γr + M (1−x z ) β0 0,0296 0,7 + 20,52+0,851 ( 1− 20,49 ( 0,7 0,9 1,0364 ) 0,9 ) 0,7 0,0296 0,7 1,0364 ( + + 0,851 (1− ) ) 0,9 1,0364 0,9 1,0364 = = 20,51 [kJ/kmol K] i Nhiệt độ cuối trình cháy Tz: (QH = 42530 kJ/kg) j Áp suất cuối trình cháy pz: [MN/m2] Quá trình giãn nở: a Tỷ số giản nở đầu: b Tỷ số giản nở sau:  = /ρ = 16/1,21 = 13,22 c Xác định số giãn nở đa biến trung binh n2: Tra đồ thị Hình 6.24 trang 176 sách lý thuyết động đốt với thơng số có ta : n2 = 1,261 d Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb: o [ K] e Áp suất cuối trình giãn nở Pb: [ MN/m ] f Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr: - Sai số: < 5% Từ kết cho thấy nhiệt độ khí sót chọn lúc ban đầu chấp nhận Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình : a Áp suất thị trung bình tính tốn p’i: p’i = ( ) ρ.β 1 pc ∙[❑ p ∙ ( ρ−1 )+ n −1 ∙ 1− n −1 − n −1 ∙(1− n −1 )¿ δ ε ε−1 ¿ [ ( ) ( 4,069 2,2.1,21.1,0354 1 2,2 ( 1,21−1 ) + 1− − 1− 1,37−1 1,261−1 16−1 1,261−1 1,37−1 13,22 16 = 1,059 [ MN/m ] b Áp suất thị trung bình thực tế pi: [ MN/m2 ] c Áp suất tổn thất giới pm: - Chọn hiệu suất tổn thất giớim = 0,8 = 0,197 [ MN/m2 ] d Áp suất có ích trung bình pe: [ MN/m ] e Hiệu suất thị i: )] - Là tỷ số phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu nhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1m3 nhiên liệu dạng khí f Hiệu suất có ích e: g Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi: [g/kW.h] h Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge: [g/kW.h] Tính thơng số kết cấu động : a Tính thể tích cơng tác Vh: - Thể tích cơng tác Vh xylanh động cơ: [dm3] = 2430 [cm3] - Trong đó: + = 4: số chu kỳ động +i = 4: số xylanh động +ne = 1800[vòng/phút]: số vòng quay động +Ne = 188 [HP] (140,2 [kW]): công suất động +pe = 0,788 [MN/m2]: áp suất có ích trung bình b Đường kính piston: [dm] c Hành trình piston: S= ( ) ( ) S 110 ∙ D= ∙1,52= 1,34 [mm ] D 125 BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ Stt Thông số Đơn vị  = 1,4 Stt Thông số Đơn vị  = 1,4 n vòng/phút 1800 19 Ta o K 328 Ne kW 44,74 20 Tc o K 915  16 21 Tz o K 2326 S mm 100 22 Tb o K 1168 D mm 113 23 po MN/m2 0,1013 To o K 302 24 pa MN/m2 0,09117 T o K 10 25 pr MN/m2 0,115 1 1,06 26 pc MN/m2 4,069 t 1,11 27 pz MN/m2 6,7312 10 d 0,9 28 pb MN/m2 0,333 11 r 0,0295 29 pi MN/m2 0,9295 12 v 0,9097 30 pm MN/m2 0,1835 13 z 0,7 31 pe MN/m2 0,746 14 b 0,9 32 m 0,8 15 p 2,2 33 i 0,515 16 n1 1,37 34 e 0,4137 17 n2 1,265 35 gi kg/kW.h 0,164 18 Tr 850 36 ge kg/kW.h 0,2045 o K