Đồ Án Động Cơ Diezel R330 - Động cơ không tăng áp I. Tính Toán Chu Trình Công Tác II. Tính toán động học , động lực học III. Kiểm nghiệm bền các chi tiết
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Tổng quan về các phương pháp tính toán CTCT của động cơ
Hiện nay để tính toán CTCT của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu diesel nói riêng và các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khác nói chung có rất nhiều phương pháp như:
- Phương pháp lý thuyết gần đúng: Dựa trên các định luật nhiệt động học I và II, coi các quá trình nén, giãn nở là đoạn nhiệt… phương pháp có ưu điểm là tính toán nhanh, không đòi hỏi nhiều thông số đầu vào phức tạp… tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là cho kết quả kém chính xác, chưa xét đến các quá trình trao đổi khí….
- Phương pháp cân bằng thể tích
Bên cạnh các phương pháp trên người ta còn sử dụng phương pháp cân bằng năng lượng:… Để tính toán CTCT của động cơ … trong khuôn khổ của đồ án môn học sẽ dựa trên phương pháp cân bằng năng lượng….
- Phương pháp cân bằng năng lượng
Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ tính toán
1- Công suất của động cơ Ne: Ne = 180 (mã lực)
2- Số vòng quay của trục khuỷu n: n = 2110 (vg/ph)
3- Đường kính xi lanh D: D = 130 (mm)
5- Dung tích công tác Vh:Vh π×D 2 ×S
8- Suất tiêu hao nhiên liệu ge : g e = 190 (g/ml.h) 0/0,746%4,96 (g/kW.h) 9- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 (độ) α2 V (độ)
10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải 1 , 2 : 1 = 56 (độ) 2 = 20 (độ) 11- Chiều dài thanh truyền ltt: ltt = 256 (mm)
12- Khối lượng nhóm pitton mpt: mpt = 3,25 (kg)
13- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt: mtt = 4,215 (kg)
14 – Động cơ không tăng áp
1.2.2 Các thông số cần chọn
1 )Áp suất môi trường :p k Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với động cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn pk=p0 Ở nước ta nên chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)
Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên :
3 )Áp suất cuối quá trình nạp :p a Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi: p a =(0,8-0,9).pk =(0,8-0,9) ¿ 0,1 = 0,08-0,09 (MPa)
Căn cứ vào động cơ D12 đang tính ta chọn: p a =0,086 (Mpa)
4 )Áp suất khí thải P : Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi : p= (1,10-1,15).0,1 =0,11-0,115 (MPa) chọn P =0,14(MPa)
5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T
Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh
Với động cơ diezel : ∆T = 20ºK - 40ºK
6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giãn nở càng triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp
Thông thường ta có thể chọn : Tp0 ºK -1000 ºK
Thông thường ta có thể chọn : T 0 ºK
7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ :
Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau : α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α > 1,4 có thể chọn λ=1,10
8 )Hệ số quét buồng cháy λ :
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1
Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,04
10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ,ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ= 0,70-0,85
11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ
Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ =0,80-0,90 ta chọn ξ=0,85
12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/c xăng thường chọn hệ số lớn.
Có thể chọn φ trong phạm vi: φ =0,92-0,97
Nhưng đây là đ/c điezel nên ta chọn φ =0,9443
Tính toán các quá trình công tác của động cơ
1 )Hệ số khí sót γ : γ r =λ 2 ×(T k +ΔTT)
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5
2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:
Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau :
M 432×10 3 ×p k ×η v g e ×p e ×T K (kmol/kgnhiên liệu) Trong đó p là áp suất có ích trung bình được xác định thao công thức sau: p 30×N e ×τ
Vậy M 432×10 3 ×p k ×η v g e ×p e ×T K = 0,71 (kmol/kg nhiên liệu)
5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :
Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức :
Vì đây là đ/c điezel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004
6 )Hệ số dư lượng không khí α
Vì đây là động cơ điezel nên : α = \f(M,M 0, 71
1.3.2 Tính toán quá trình nén
1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :
2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phạm cháy :
Khi hệ số dư lượng không khí α>1 tính theo công thức sau :
3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo công thức sau :
= mc v +γ r ×mc v } } }} } over {1+γ rSub { size 8{r} } } } } {γ rSub { size 8{r} } } } } { ¿¿ ¿¿¿¿¿ (19,806 0,00209.T) 0,03854 (20,9416 2,75.10 T) -3
4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau : n-1 8 , 314 a v ' + b v '
Ta chọn n 1 của vế phải là n 1 VT 1,36711 thay vào phương trình trên ta có
Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,36711 thõa mãn điều kiện bài
5 )Áp suất cuối quá trình nén P : Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :
6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức
7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức :
1.3.3 Tính toán quá trình cháy
1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức: β = \f(M,M = \f(M+ΔM,M M,MΔM,M = 1+ \f( M,MΔM,M
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M của các loại động cơ được xác định theo công thức sau: ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M = 0,21 ¿ (1-α) ¿ M + ( \f(H,4 + \f(O,32 -\f(1,μ ) Đối với động cơ điezel : ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M = ( \f(H,4 + \f(O,32 )
2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức : β = r r \f( +ΔM,M ,1+ΔM,Mβ+γ,1+γ γ,1+γ γ,1+γ 1, 0411 0, 03854
3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )
Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức : β = 1 + r \f( -1,1+ΔM,Mβ+γ,1+γ γ,1+γ ¿ χ
Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức :
M= M +ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:M = β M = 1,045904 ¿ 0,6889= 0,720556
* Đối với động cơ điezel,tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy :
Trong đó : Q: là nhiệt trị của dầu điezel , Q B,5.10( kJ/kgn.l )
:là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là : =8,314+
:là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được tính theo ct :
Chỉnh lý lại ta có : = 29,131 + 2,678.10 -3 Tz = a'' + (b'' /2) T (2)
Giải phương trình trên ta được :
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức p = λ Pc =6,910416( MPa )
Với λ là hệ số tăng áp : λ= β \f(T,T
CHÚ Ý :-Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ (ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo ρ
