TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ Họ và Tên SV Phan Thành Lợi MSSV 20145549 ❖ S[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ Họ Tên SV: Phan Thành Lợi MSSV: 20145549 ❖ Số liệu ban đầu Loại động cơ: Diesel (buồng đốt xốy lốc, khơng tăng áp) Số kỳ, Cơng suất có ích, Pmax (kW): …97 kW… Số vòng quay, n (vòng/phút): .4000 Tỉ số nén, ε: …….19,5:1………… Hệ số dư lượng khơng khí, α: … 1,4…… Làm mát bằng: …… Nước……… Số xylanh i: ……4……………………… ❖ Nội dung thuyết minh NHIỆM VỤ VÀ ❖ Nội dung vẽ Ngày giao nhiệm vụ : Ngày hoàn thành : GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký ghi rõ họ tên) PGS.TS Lý Vĩnh Đạt h PHẦN 1: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1THƠNG SỐ CHO TRƯỚC -Tính Tốn Động Cơ: Diesel (buồng đốt xốy lốc) -Cơng suất có ích : Pmax: 97kW/4000 rpm -Tỷ số nén : ε = 19.5 -Số vòng quay: ne = 4000 vg/ph -Số xylanh: i = 1.2CHỌN CÁC THƠNG SỐ CHO TÍNH TỐN NHIỆT 1.2.1Áp suất khơng khí nạp ( p0): Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển: p0 = 0,1013 (MN/m2) 1.2.2Nhiệt độ khơng khí nạp (T 0): Nhiệt độ khơng khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình mơi trường, nơi xe sử dụng Điều khó khắn đối với xe thiết kế sử dụng vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ ngày lớn Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn t kk = 29𝐶, : T = (t kk + 273)= 302 K 1.2.3Áp suất khí nạp trước xuppap nạp ( pk ): Động bốn kỳ không tăng áp: pk = p0 = 0,1013 (MN/m2) 1.2.4Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T k ): Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp động có bốn kỳ khơng tăng áp: T k = T = 302K 1.2.5Áp suất cuối trình nạp ( pa ): h Động bốn kì khơng tăng áp: pa = (0,8 ÷ 0,95) p0 (MN/m2), ta chọn: pa = 0,85.0,1013= 0,086105 (MN/m2) 1.2.6Áp suất khí sót ( pr ): Đối với động Diesel : pr = (0,106 ÷ 0,115), ta chọn: pr = 0,11 (MN/m2) 1.2.7Nhiệt độ khí sót ( T r ): Đối với động Diesel T r = (700 ÷ 900)K, ta chọn T r =800K 1.2.8Độ tăng nhiệt độ khí nạp ( ∆T ): Khí nạp mới chuyển động đường ống nạp vào xilanh động tiếp xúc với vách nóng lên sấy nóng lên trị số nhiệt độ ΔT Đối với động Diesel thì, ∆T = 20 ÷ 40oC, ta chọn ∆T =30oC 1.2.9Chọn hệ số nạp thêm ( λ ): Hệ số nạp thêm biểu thị sự 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 Hệ số nạp thêm thường chọn giới hạn λ = 1,02 ÷ 1,07, ta chọn : λ = 1,03 1.2.10Chọn hệ số quét buồng cháy ( λ 2): Đối với động khơng có qt buồng cháy nên chọn λ = 1.2.11Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt ( λ t ) : Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp ⍺ nhiệt độ khí sót Tr Theo thực nghiệm: đối với động Diesel có: ⍺ = 1,25 ÷ 1,4 ta chọn: λ t = 1,12 1.2.12Hệ số nhiệt lợi dụng điểm z (ξ z): - Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt trình cháy, hay tỉ lệ lượng nhiên liệu cháy điểm Z phụ thuộc vào chu trình cơng tác động - Bảng hệ số lợi dụng nhiệt Z h - Đối với động Diesel ta chọn ξZ = 0,85 1.2.13Hệ số nhiệt lợi dụng điểm b ( ξ b ): Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξb phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cao, cháy rớt tăng, dẫn đến ξb nhỏ - Bảng hệ số lợi dụng nhiệt b: - Đối với động Diesel ta chọn ξb = 0,9 1.2.14Chọn hệ số dư lượng khơng khí ( 𝛂): Hệ số α ảnh hưởng lớn đến trình cháy - Đối với động đốt trong, tính tốn nhiệt thường phải tính chế độ cơng suất cực đại, hệ số dư lượng khơng khí chọn pham vi cho bảng sau: - Ta chọn hệ số dư lượng khơng khí thuộc loại động Diesel buồng đốt xốy lốc có α=1,4 1.2.15Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (φ d): h - Hệ số điền đầy đủ đồ thị công φd đánh giá phần hao hụt diện tích đồ thị cơng thực tế so với đồ thị cơng tính tốn - Hệ số điền đầy đủ đồ thị φd chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau - Đối với động Diesel có buồng cháy ngăn cách ta chọn φd = 0,94 1.2.16Tỷ số tăng áp ( 𝛌 ): - Là tỷ số áp suất hỗn hợp khí xilanh cuối trình cháy trình nén - Trị số λ thường nằm phạm vi sau: • ng c Diesel = 1,35 ữ 2,40 ã Ta chn λ = 1.3TÍNH 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 bước tính tốn nhiệt 1.3.1Q trình nạp - Hệ số nạp (η v): [ ( )] Tk p p ηv= a ε λ 1−λt λ r ε−1 T k + ∆ T pk pa m Trong : m – số đa biến trung bình khơng khí, chọn 𝑚 = 1,5 h ηv= [ ( 302 0,086105 0,11 19,5 ×1,03−1,12× 19,5−1 302+30 0,1013 0,086105 -Hệ số khí sót (𝛾r) : γr = γr = λ (T k + ΔT ) pr Tr pa ( ) Pr ε λ1−λ λ Pa 0,11 1.(302+ 30) 0,086105 19,5.1,03−1,03.1 ( 800 - Nhiệt độ cuối trình nạp Ta: ( T k + ΔT ) +λ t γ r T r T a= ( 302+ 30 ) +1,15.0,02809.800 T a= 1.3.2Quá trình nén 1+0,02809 ( ( 0,086105 0,11 ) 1+γ r 1,5−1 1,5 ( ) pa pr ) ( ( 1,5 ] =0,7843 ) m = 0,02809 0,11 ) 1,5 0,086105 m−1 ) m ) =346,095 (K) -Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp m c v =a v + bv 0,00419 kJ T =19,806+ T( K) 2 kmol - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: Khi α > tính cho động Diesel theo cơng thức sau '' ( mc v = 19,867+ Thay số ta được: ( mc 'v' = 19,867+ ) ( ) 1,634 184,36 −5 + 427,38+ 10 T α α ) ( ) 1,634 184,36 + 427,38+ 10−5 T =21,0341+0,0027953 T 1,4 1,4 - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén: m c v+ γr m cv ' ' 1+γ r 19,806+0,002095 T + 0,02809(21,0341+ 0,0027953T ) m c v '= =19.8396+0,002114 T 1+ 0,02809 Xác định số nén đa biến trung bình : n1 m cv ' = Chỉ số nén đa biến trung bình n1 xác định cách gần theo phương trình cân h nhiệt q trình nén, ta có: 8,314 n1 −1= ' a v+ → n1−1= ' v b n −1 T a ( ε +1 ) 8,314 19.8396+0,002114 346,095 ( 19,5 → n1=1,3656 n1−1 +1 ) - Áp suất trình nén : pc = pa ε n = 0,086105 19,51,3656 = 4,9738 MPa - Nhiệt độ cuối trình nén: T c = T a ε n −1 = 346,095.19,51,3656−1 = 1025.255K 1.3.3Q trình cháy: -Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo M o= ( ) C H O + − (kmol kk/kg.nl) 21 12 32 Trong đó: C, H, O thành phần carbon, hydro, oxy, tính theo khối lượng có 1kg nhiên liệu lỏng Tham khảo bảng 2.11 Thay số liệu vào cơng thức ta tính được: - Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg dầu diesel: Mo = 0,4946 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘 - Lượng khí nạp thực tế nạp vào xi lanh M M 1=α × M 0=1,4 × 0,4946=0,69244 (kmol kk ) - Lượng sản vật cháy M O H 0,87 0,126 + + α × M 0= + + 1,4 ×0,4946 32 32 M 2=0,75113 [ kmol SVC /kg nl ] M 2= - Hệ số biến đổi phân tử khí lí thuyết β β 0= M 0,75113 = = 1,08475 M 0,69244 h - Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β β 0−1 1,08475−1 =1+ =¿1,08243 1+ γ r 1+ 0,02809 - Hệ số biến đổi phân tử khí điểm β z β −1 1,08475−1 0,85 β z =1+ × x z =1+ × =¿ 1,07785 1+γ r 1+ 0,02809 0,9 ξ z 0,85 Với x z = = : Phần nhiên liệu cháy Z ξb 0,9 - Tổn thất nhiệt lượng cháy không hoàn toàn ∆ Q H Đối với động Diesel α >1, ∆ Q H =0 β=1+ - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất Z ( M x z+ '' mc vz = ) γr ' mc v + M ( 1−x z ) mc v β0 ( M xz + Ta có: ) γr + M ( 1−x z ) β0 ' mc v =19.8396+0,002114 T mc v =19,806+ 0,00419 T Thay vào ta được: '' mc vz = 0,75113 0,02809 0,85 0,00419 + (19.8396+ 0,002114 T )+ 0,69244 (1− (19,806+ T ) ( 0,85 ) ) 0,9 1,08475 0,9 0,85 0,02809 0,85 0,75113 ( + +0,69244 ( 1− ) 0,9 1,08475 0,9 ) '' mc vz =19,8379+0,002113 T - Nhiệt độ cuối trình cháy Tz Đối với động Diesel tính theo công thức 0,85.42530 +(19,8396+ 8,314.2).1025,255=1,07785(19,8379+8,314) T z 0,69244(1+0,02809) T z =2905,7K h -Áp suất cuối trình cháy p z=λ pc =2 × 4,9738=9,9476 ( MN / m ) 1.3.4Tính tốn q trình dãn nở: β z T z Tỷ số giãn nở đầu động Diesel: ρ = λ T c ε ρ Tỷ số giãn nở sau: δ = = = 1,07785.2905,7 =1,5274 2.1025,255 19,5 =12,77 1,5274 Xác định số giãn nở đa biến trung bình: 8.314 (ξ ¿ ¿ b−ξ z) QH +a } rsub {vz} + {{b z M ( 1+γ r ) β (T z−T b) n2 – 1= (với T b= TZ δ (T z +T b) 2905,7 n 2−1 = 12,77n −1 n2 −1= 8.314 ( 0,9−0,85) 42530 2905,7 +19,8379+0,002113 (2905,7+ ) n −1 2905,7 12,77 0,69244 ( 1+0,02809 ) 1,08243.(2905,7− ) 12,77n −1 n2 =1,2682 2 -Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb = 2905,7 1,2682−1 = 1467,47 K 12,77 -Áp suất cuối trình giãn nở P b= Pz δ n2 = 9,9476 =0,3934 [ MN /m ] 1,2682 12,77 -Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót T r=T b ¿959,59 - Sai số T r |959,59−800| 100 =1,99≤ 10 = Tr 800 1.3.5Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình: - Áp suất thị trung bình tính tốn (ρi’): ' Pi = ( ) ( ) Pc λp ρ 1 [λ p ( ρ−1 )+ 1− n −1 − 1− n −1 ] ε −1 n 2−1 n 1−1 δ ε h - Trong ( pz 9,9476 λ = hệ số tăng áp p p c = 4,9738 =2 ( ) ) ( ) 4,9738 1,5274 1 − 1− ] = 19,5−1 [2 ( 1,5274−1 ) + 1,2682−1 1− 1,2682−1 1,3656−1 1,3656−1 12,77 19,5 =1,312[MN/m2] - Áp suất thị trung bình thưc tế (pi) Pi = φd pi’ = 0,94 1,312 = 1,233 [MN/m2] - Áp suất tổn thất khí V p= S.n =10(m/ s) 30 Buồnđốt xoáy lốc ⇒ a=0,089 , b=0,01315 ⇒ pm =0,089+0,01315.10+(0,11−0,086105)=0,23(Mpa) - Áp suất có ích trung bình pe: - Hiệu suất giới pe = pi− p m=1,233−0,23=1,003 (Mpa) ηM= ηe p e p 0,23 = =1− m =1− =0,8134 η i pi pi 1,233 - Hiệu suất thị Đối với động dùng nhiên liệu lỏng ta có: ηi =8,314 - M pi T k 0,69244.1,233.302 =8,314 =0,6344 Q H η v pk 42530.0,7843.0,1013 Hiệu suất có ích ηe =8,314 M pe T k 0,69244.1,003 302 =8,314 =0,5161 Q H η v pk 42530.0,7843 0,1013 h