TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ****** *** BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sinh viên Trương Văn Minh Tú 2020605353 Hoàng Anh Tú – 2020604480 Trần Gia Thơ – 2020604466 Vũ Văn Thuấn – 20206053[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ****** *** BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sinh viên: Trương Văn Minh Tú - 2020605353 Hoàng Anh Tú – 2020604480 Trần Gia Thơ – 2020604466 Vũ Văn Thuấn – 2020605319 Nguyễn Văn Sự - 2020605517 Chương : Tính tốn chu trình cơng tác động (ĐT) 1.1.Trình tự tính tốn Tính tốn chu trình cơng tác động đốt ( tính tốn nhiệt ) thường tiến hành theo bước : STT 1.1.1 Số liệu ban đầu Tên thơng số Kí hiệu 10 11 12 13 14 Đơn vị Kiểu động 6N260L- Động V diesel tăng áp Thẳng hàng Số kì τ Kì Số xi lanh i Giá trị Thứ tự nổ 1-5-3-6-2-4 Hành trình piston S 360 mm Đường kính xilanh D 250 mm Góc mở sớm xupap nạp α1 16 độ Góc đóng muộn xupap nạp α2 36 độ Góc mở sớm xupap xả β1 40 độ Góc đóng muộn xupap xả β2 12 độ Góc phun sớm φi i 17 độ Chiều dài truyền ltt 750 mm Công suất động Ne 1103 Mã lực Số vòng quay động n 750 v/ph 15 16 Suất tiêu hao nhiên liệu ge 188 Tỉ số nén ε 20 Trọng lượng mtt 67 truyền Trọng lượng nhóm mnp 46 18 piston 1.1.2 Các thông số cần chọn Áp suât môi trường po 17 g/ml.h kg kg Áp suất môi trường po áp suất khí trước nạp vào động cơ: po = 0,1 Mpa Nhiệt độ môi trường T o Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ trung bình năm Ở nước ta ta chọn T o =24 độ C (297 K) Áp suất cuối trình nạp pa Do động đốt tăng áp nên chọn pa = (1,2-1,35)po Ta chọn pa = 0,12 Mpa Áp suất khí thải pr Áp suất khí thải phụ thuộc vào thơng số pa Ta chọn pr nằm phạm vi: pr = (1,05÷1,15)pk Ta lấy pr = 0,113 Mpa Mức độ sấy nóng mơi chất Chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khí hỗn hợp bên hay bên xi lanh Đối với động diezel T = 200 400K Chọn T = 350K Ta chọn ΔT = 35T = 350 K Nhiệt độ khí sót T r Nếu q trình giãn nở triệt để, nhiệt độ Tr thấp.Với động điezen T r = 700 ÷ 900 K Ta chọn T r = 800 K Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t Tỷ nhiệt môi chất thay đổi phức tạp nên thường phải vào hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu đính Với động diezel α > 1,4 nên ta chọn : λ t = 1,10 Hệ số quét buồng cháy: λ Với động tăng áp λ 2= 0,9 Hệ số nạp thêm λ Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thơng thường λ = (1,02÷1,07 ) Ở ta chọn λ 1= 1,07 10 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z, ξ z Thể lượng nhiệt phát nhiên liệu dùng để sinh công tăng nội với lượng nhiệt phát đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu Đối với động điezen ξ z= (0,70÷0,85) Ở ta chọn ξ z= 0,8 11 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b, ξ b Đối với động diezel ξ b= (0,80 ÷ 0,90) Ở ta chọn ξ b= 0,85 (1) 12 Hệ số hiệu đính đồ thị cơng φ đ Thể sai lệch tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác động so với chu trình thực tế Chu trình cơng tác thực tế động điezen sai khác nhiều so với chu trình tính tốn lý thuyết với φ đ = (0,92 ÷ 0,97) Ta chọn φ đ = 0,92 1.2 Tính tốn chu trình cơng tác 1.2.1 Tính tốn q trình nạp Hệ số khí sót ( γ r ): γr λ2 (T k + △ T ) pr Tr p a λ1−λ t λ2 ¿ ¿ = Chỉ số giãn nở đa biến m = 1,45 ÷ 1,5 => chọn m = 1,5 γr 0,9.(297+35) 0,113 0,12 20.1,07−1,1.0,9 ¿ ¿ 800 = => γ r = 0,0172 Nhiệt độ cuối trình nạp (T a): T a = ( T k + △ T ) + λ t γ r T r ¿ ¿ T a = ( 297+35 )+ 1,1.0,0172.800 ¿¿ =>T a = 341,57˚K Hệ số nạp (η v): η v= Tk Pa λ −λ λ ¿ (−1 ) (T k + △T ) P [ 1 ] η v= 297 0,12 20 1,07−1,07.0,9 ¿] ( 20−1 ) (297+ 35) 0,1 [ =>η v= 1,155 Lượng khí nạp ( M 1): M1 = 432 103 P0 ηv ge pe T k Trong đó: (*) 30 N e τ V h n i = pe => p = e M1 Mà V h = 30.1103 0,7456 17,67 750 π D2 S ≈ 432 103 0,1 1,155.0,7456 188.1,2411 297 = = π (2.5)2 3,6 = 17,67 (lít) 1,2411 (MPa) ≈ 0,5368 ( kmol/kgnh.liệu) Lượng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu: = M0 C H O ( + − ) kmol/kgnl 0,21 12 32 Đối với động điezen C=0,87; H=0,126; O=0,004 => M = 0,4946 kmol/kgnl Hệ số dư lượng khơng khí α : M1 α¿ M = 0,5368 =¿ 1,0853 0,4946 1.3.2 Tính tốn q trình nén Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí (khí nạp mới): mc v = 19,806 + 0,00209.T (kJ/mol.độ) 2.Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy (khí sót): Với hệ số dư lượng α >1 ta tính theo cơng thức '' v mc = (17,876 + '' v mc = 1,634 α ) + ½.(.(427,86 + 19,381 + 0,0030024T 187,36 10−5 T α ) 3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí cơng tác: ' v mc = mc v + γ r m c'v' 1+ γ r = b 'v a + T ' v ' v mc = 19,7988 + 0,00211.T Chỉ số nén đa biến n1: 8,314 n1 – = a'v + ' v => giải phương trình: n1=1,3688 b T a (❑n −1 +1) Áp suất cuối trình nén Pc : Pc = Pa ❑n = 0,12.20 1,3688 = 7,244M Pa Nhiệt độ cuối trình nén T c: T c = T a ❑n −1 =341,57.201,3688−1 = 1031,09˚K Lượng môi chất cơng tác q trình nén M e: M e = M + M r = M 1.(1+ γ r ¿ = 0,5368.(1+ 0,0172) = 0,546 (kmol/kgn.liệu) 1.2.3 Tính tốn q trình cháy Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0: ∆M β = 1+ M1 Độ tăng mol ∆M động điezen 6N260L-V xác định theo công thức sau: ∆ M= ¿> β = 1+ ( H4 + 32O ) , 126 ,04 + 32 ,5368 = 1,061 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: β= β 0+ γ r 1+γ r = 1,061+0, 0172 1+ ,0172 = 1,0599 Hệ số thay đổi phân tử thực tế điểm z: β Z = 1+ β 0−1 x 1+ γ r z Trong đó: x z = ξz ξb = 0,8 0, 85 1, 0599−1 0, => β Z = 1+ 1+ , 0172 0, 85 = 1,05 Lượng sản vật cháy M 2: M = M 1+ △M = β M = 1,061.0,5368 = 0,5695 (kmol/kgn.liệu) Nhiệt độ điểm z: ξ z QH + ( mc'v ) T c =β z mc}vz {T} rsub {z} ¿(*) M (1+ γ r ) Trong đó: Q H nhiệt trị thấp dầu diesel Q H =42500 (kJ/kgmol) mc'vc =¿19,836 + 0,00211.955=21,851 mc ' ' pz: tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình điểm z tính: mc ' ' pz=8,314+ mc vz¿ mc}vz= {{β} rsub {0} left ({X} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) {mc} rsub {v} rsup {} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) {mc} rsub {v} rsup { + ( 1−X z ) mcv =a } + {{b} rsub {v} rsup { v ¿ T z (**) Giải phương trình ta được: T Z = 2374,5 ˚K Tỷ số tăng áp suất: λ = βZ Tz Tc = 1,05 2374,5 = 3,17 784,5 Áp suất điểm z: P z = λ Pc =3,17.7,2448=22,966 Mpa 1.2.4 Quá trình giãn nở Tỷ số giãn nở sớm: ρ= β z T Z 1,05.2374,5 = =1,986 λ.Tc 1,6.784,5 2.Tỷ số giãn nở sau: ε 20 δ= = =10,07 ρ 1,986 Đối với động diesel : δ = ε = 20 3.số giãn nở đa biến trung bình n2: 8,314 ¿ H n2 −1= ( ξ b−ξ z ) Q +a}vz+ {{b} rsub {vz} rsup { M ( 1+γ r ) β (T z−T b) Trong đó: T b= Tz ε n 2−1 = Tz 10,7n −1 (***) (T z +T b) ¿ ¿ γr β0 X z+ + ( 1− X z ) β0 ( ) Q¿H nhiệt trị thấp nhiên liệu Q¿H =QH −△ Q H Các loại xăng có nhiệt trị Q H = 44000KJ/kg.nl Thay tất giá trị vào (***) ta n2 = 1,118 Áp suất cuối trình giãn nở: P b= Pz δ n2 = 9,4259 201,118 = 0,33 MPa Nhiệt độ khí thải: T rt =T b ¿ = 2374,5 ¿ 201.118−1 = 1185,71 ˚K Kiểm tra: ¿ ¿ △T r=¿ T rt −T r ∨ T rt 100 %=¿ 1185,71−1079∨ 1185,71 100 % ¿ ¿ = 9% < 15% Vậy T rtrọn đúng.úng 1.2.5 Tính tốn thơng số chu trình cơng tác Áp suất trung bình thị lí thuyết: p'i= pc λ 1 [ 1− n −1 − (1− n −1 )] ε −1 n2−1 n1−1 ε ε p'i= ( ) 2,255 4,09 1 [ 1− 1,118−1 − (1− 1,359−1 )] 20−1 1,118−1 1,359−1 20 20 ( ) p'i=¿ 1,007 MPa Áp suất trung bình thị thực tế: pi= p'i φd = 1,007.0,97 = 0,9767 MPa Suất tiêu hao nhiên liệu thị: gi = 432 103 ηv pk 432 103 , 155.0,1 = =204,2334 M pi T k 0,54 ,9767 297 (g/KW.h) Hiệu suất thị: ηi = 3,6 103 3,6 103 = =0 , 255 g i Q H 320 , 43 44 Áp suất tổn thất giới: pm=0,05+0,015.V tb =0,05+0,015 90=0,185 MPa Áp suất có ích trung bình: pe = pi− p m=0 , 9767−0,185=0 , 7917 MPa Hiệu suất giới: ηm = p e , 7917 = =¿ pi , 9767 0,81 Áp suất tiêu hao nhiên liệu có ích: ge = gi ηm 204,2334 0,81 = = 252,14 (g/Kw.h) Hiệu suất có ích: ηe =¿ ηi ηm= 0,255.0,81=0,20655 10 Kiểm tra đường kính xi lanh: √ D= 4.Vh S D=250,003 Sai số nhỏ 0,1mm 1.3 Vẽ hiệu đính đồ thị cơng Các thơng số ban đầu: pr 0,113 (MPa); pa=0,12 (MPa); pc =7,244 (Mpa); p z=22,966 (Mpa); pb=¿0,33 (Mpa) V c= V h 17,67 = =0,93 ε −1 20−1 n2 = 1,118; n1=1,3688 Bảng tính q trình nén q trình giãn nở: Vx = i.VC GTBD V c =0.93 i Quá trình nén GTBD pc px = i n (lít) Q trình giãn nở GTBD px = pz i n2 0,93 11,5 7,244 78.85 ρ=1,986 18 1,84698 1,86 2,79 3,72 4,65 5,58 6,551 7,44 8,37 9,3 10,23 11,16 12,09 13,02 13,95 14,88 15,81 16,74 22,839 23 34,5 46 57,5 69 81 92 103,5 115 126,5 138 149,5 161 172,5 184 195,5 207 2,832 2,8049 1,6102 1,086 0.8 0.6235 0,5049 0.42056 0.35794 0,3099 0.272 0.241 0,2164 0,1955 0.17788 0.1628 0,14987 0.1385 30,82 30,533 17,528 11,82 8,708 6,787 5,4961 4,578 3,8964 3,373 2,960 2,623 2.355 2,1281 1,9363 1,772 1,6314 1.507 22,966 22,786 14,4812 10,4983 8,18045 6,6719 5,6157 4,8369 4,2402 3,769 3,388 3,0739 2,8108 2,587 2,3952 2,2285 2,082 1,9535 250 248,04 157,63 114,266 89,04 72,628 61,13 52,65 46,17 41,023 36,87 33,459 30,596 28,164 26,074 24,258 22,68 21,63 19 17,67 218,5 0.1287 1.400 1.8389 20.01 20 18,6 230 0.1199 1,305 1.7365 18,9 10 11 12 13 14 15 16 17 η v= 18,6 lit =0,09893( ) 188 mm ηp= 22,966 =0,091864( Mpa /mm) 250 ' OO = R2 =¿ ¿ 2L Thực tế động cơ: Pc ' =Pc + ( Pz −Pc )=12,4847 Mpa P zmax góc độ15 Pb ' =Pr + ( P b−Pr ) =0.2215 Mpa Chương II Tính tốn động học, động lực học 2.1.Biểu diễn hành trình pittong x=f(α)) -chọn tỉ lệ xích 0,7mm/độ 2.2.Đường biểu diễn tốc độ pittong v= f(α)) -Vẽ theo phương pháp đồ thị vòng -vẽ đường trịn có bán kính R=OO’=R λ /2 2.3.Đường biểu diễn gia tốc pittong -Vẽ theo phương pháp Tô Lê m -Chọn tỉ lệ xích: µ j =40 s mm - Ta có góc ω= π n 3,14.750 = =78,54(rad /s) 30 30 R s 360 λ= = = =0.24 L L 750.2 S j max =R ω2 (1+ λ)= ω (1+ λ)=1376,82(m/ s 2) gtbd j = max ¿t j 1376,82 = =34,42(mm) μj 40 max j min=−R ω ( 1− λ )= gtbd j= −S ω ( 1−λ )=−834,85(m/s 2) ¿tj −834,85 = =−20,87 (mm) μj 40 EF=−3 Rλ ω2=−3.180 0,24 78,542 =−799,44 gtbd EF= ¿ t EF −799,44 = =−19,99(mm) μj 40 ( sm2 )