Đặc tính làm việc của động cơ đốt trong Chế độ làm việc: Đặc trưng bởi tổ hợp các thông số như phụ tải, tốc độ quay, và trạng thái nhiệt.. Áp suất cuối quá trình nén pc pc=pap_c = p_ap
Mục tiêu của BTL lý thuyết động cơ
Bài tập lớn lý thuyết động cơ là một phần quan trọng trong học phần
Lý thuyết động cơ đốt trong tổng hợp kiến thức chuyên ngành lý thuyết động cơ, giúp sinh viên củng cố và áp dụng kiến thức từ các môn học liên quan Bài tập lớn là cơ hội để vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn.
- Củng cố lại kiến thức về tính toán trong nhiệt kỹ thuật
- Biết vận dụng kiến thức môn nguyên lý lý thuyết động cơ trong việc tính các thông số nhiệt động của chu trình công tác động cơ
- Biết cách xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của động cơ.
- Biết cách xây dựng đổ thị công lý thuyết của động cơ dựa trên kết quả tính toán nhiệt.
- Biết cách biểu diễn động học động cơ
Lựa chọn các thông số trong quá trình tính toán nhiệt
- Thông số tính năng gồm: Công suất Ne0 Mã lực; Số vòng quay n&00 V.ph; Số kỳ τ= 4; Suất tiêu thụ nhiên liệu ge!0 g/ml.h
- Thông số kết cấu gồm: Đường kính xylanh D; Hành trình pittong S0 mm; Tỷ số nén ε,4; Số xylanh I=3; Chiều dài thanh truyền 15 mm.
- Thông số điều chỉnh gồm: góc đánh lửa sớm, góc mở sớm và đóng Muộn của xupap nạp và xupap thải α1, α2R, β1X, β2.
Thông số kết cấu của động cơ
Loại động cơ: 3DN88 - Động cơ Diesel thẳng hàng, không tăng áp
Các số liệu của phần tính toán nhiệt
TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú
1 Kiểu động cơ 3DN88 Thẳng hàng Đ/cơ Diesel không tăng áp
7 Góc mở sớm xupáp nạp 1 14 độ
8 Góc đóng muộn xupáp nạp 2 52 độ
9 Góc mở sớm xupáp xả 1 58 độ
10 Góc đóng muộn xupáp xả 2 16 độ
12 Chiều dài thanh truyền l tt 155 mm
13 Công suất động cơ N e 30 mã lực
14 Số vòng quay động cơ n 2600 v/ph
15 Suất tiêu hao nhiên liệu g e 210 g/ml.h
17 Trọng lượng thanh truyền m tt 1,34 kg
18 Trọng lượng nhóm piston m pt 0,84 kg
Lập kế hoạch và tổ chức các hoạt động nhóm để làm bài tập lớn về tính toán nhiệt của động cơ đốt trong kiểu piston
tính toán nhiệt của động cơ đốt trong kiểu piston
KẾ HOẠCH LÀM VIỆC NHÓM
Nhóm 6 Tên đề t ài: Nghiên cứu tính toán nhiệt động động cơ 3DN88Ngày bắt đầu: 5/10/2024 - Ngày kết thúc:
Ngày thực hiện Trạng thái Người thực hiện
- Nghiên cứu các thông số ban đầu và chọn các thông số cần chọn
- Tìm kiếm và lựa chọn tài liệu tham khảo
Tất cả các thành viên
- Tính toán quá trình thay đổi môi chất,
- Tính toán quá trình nén 04/11 Hoàn thành Trịnh Văn Khả
- Tính toán quá trình cháy
- Tính toán quá trình giãn nở
11/11 Hoàn thành Đậu Duy Khánh
- Tính toán các thông số chu trình công tác 18/11 Hoàn thành Tiền Đức Huy
- Vẽ và hiệu đính đồ thị công 25/11 Hoàn thành Tất cả các thành viên trong nhóm
- Tính toán động học, động lưc học 25/10 Hoàn thành Đậu Duy Khánh Trịnh Văn Khả Tiền Đức Huy
- Tính toán động học, động lưc học
- Hoàn thành bản thuyết minh
28/10 Hoàn thành Đậu Duy KhánhNguyễn Thiết HuỳnhCam Văn Huy
BIÊN BẢN THÀNH LẬP NHÓM
NHÓM 6 Đề tài: Nghiên cứu tính toán nhiệt động động cơ 3DN88
Họ và tên Mã SV Mã Học Phần Khóa
Trịnh Văn Khả 2023603573 20231AT6046007 K18 Đậu Duy Khánh 2023602966 20231AT6046007 K18
• Các nguyên tắc làm việc nhóm
• Kế hoạch giao tiếp của nhóm
• Các tiêu chí thành viên cuối môn học
1 Các nguyên tắc làm việc của nhóm:
- Các nguyên tắc làm việc nhóm:
+ Tham gia họp nhóm đúng giờ
+ Nghiêm túc trong lúc hoạt động nhóm
+ Có tinh thần trách nhiệm với nhóm, tập thể
+ Lắng nghe và cho ý kiến
+ Sáng tạo đưa những công cụ hỗ trợ vào làm bài tập lớn
+ Nộp đúng hạn nhóm đã đề ra
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
- Những điều thành viên nhóm không được vi phạm
+ Nghỉ họp không có lí do, không báo trước
+ Chửi tục nói năng thiếu tôn trọng các thành viên khác
+ Gây mất đoàn kết nhóm
+ Không bỏ dở công việc
- Những điều thành viên nhóm nên thực hiện được:
+ Tham gia các hoạt động nhóm khi lên lớp và khi hoạt động nhóm
+ Nên có các ý kiến riêng, suy nghĩ riêng của bản thân trong lúc hoạt động nhóm
+ Tôn trọng các thành viên
+ Có tinh thần học hỏi và lắng nghe ý kiến người khác
2 Kế hoạch giao tiếp của nhóm
- Tần suất gặp mặt hàng tuần: 1 lần/tuần
- Thời gian: linh động trong 2 ngày cuối tuần
- Địa điểm: thư viện trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội và qua trang web google meet.
- Thời gian thông báo: trước ngày họp khoảng 2-3 ngày
- Thành viên nhân được thông báo phải hồi đáp để chứng tỏ đã nhận được thông báo
3 Tiêu chí đánh giá các thành viên cuối môn học:
- Các thành viên sẽ lần lượt đánh giá lẫn nhau qua phiếu đánh giá thành viên, ghi điểm đánh giá trên thang điểm 4 và ghi rõ lý do.
- Thang điểm đánh giá được đề nghị như sau:
• 4: Làm tốt công việc được giao, đúng hạn, chất lượng, tích cực, chủ động trong công việc.
• 3: Làm tốt các công việc được giao, đúng hạn, có chất lượng.
• 2: hoàn thành công việc được giao, chất lượng tạm chấp nhận được, vi phạm qui định nhóm dưới 2 lần.
• 1: Chưa hoàn thành được công việc, ít hợp tác, đóng góp.
• 0: Không thực hiện công việc được giao, vi phạm nhiều qui định của nhóm.
TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Trình tự tính toán
Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong (tính toán nhiệt) thường tiến hành theo các bước:
Các số liệu của phần tính toán nhiệt
T Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú
1 Kiểu động cơ D240 Thẳng hàng Đ/cơ Diesel không tăng áp
7 Góc mở sớm xupáp nạp 1 14 độ
8 Góc đóng muộn xupáp nạp 2 52 độ
9 Góc mở sớm xupáp xả 1 58 độ
10 Góc đóng muộn xupáp xả 2 16 độ
12 Chiều dài thanh truyền ltt 155 mm
13 Công suất động cơ Ne 30 mã lực
14 Số vòng quay động cơ n 2600 v/ph
15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge 210 g/ml.h
Loại động cơ: 3DN88 - Động cơ Diesel thẳng hàng, không tăng áp
2.1.2 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 động cơ Với động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupáp nạp nên ta chọn Pk = P0 Ở nước ta có thể chọn Pk = P0 = 0,1 (MPa)
Nhiệt độ môi trường được xác định dựa trên nhiệt độ bình quân hàng năm Đối với động cơ không tăng áp, nhiệt độ môi trường tương đương với nhiệt độ trước xupáp nạp.
3 Áp suất cuối quá trình nạp: P a Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc đôn n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chon pa. Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
Pa = (0,8 ÷ 0,9).Pk, chọn Pa = 0,8.0.1= 0,08 (Mpa)
4 Áp suất khí thải: P r Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như Pa Áp suất khí thải có thể chon trong phạm vi:
17 Trọng lượng thanh truyền mtt 1,34 kg
18 Trọng lượng nhóm piston mpt 0,84 kg
Pr =(1,10 ÷ 1,15).Pk, Chọn Pr = 0,11 ( Mpa)
5 Mức độ sấy nóng môi chất ΔT :
Mức độ sấy nóng môi chất ΔT chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh: Động cơ diezel: ΔT = 20 0 ÷40 0 K, chọn ΔT 0 C
6 Nhiệt độ khí sót (khí thải): T r
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào loại động cơ, và quá trình giản nở càng triệt để thì nhiệt độ Tr càng thấp Thông thường, chúng ta có thể chọn
7 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt: λ t
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λt được xác định dựa trên hệ số dư lượng không khí α Theo bảng tham khảo, khi α lần lượt là 0.8, 1.0, 1.2 và 1.4, các giá trị λt tương ứng là 1.13, 1.17, 1.14 và 1.11 Đối với động cơ Điezen có α lớn hơn 1, giá trị λt được chọn là 1.1.
8 Hệ số quét buồng cháy λ 2 : Động cơ không tăng áp chọn λ2 = 1
Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thể chọn: λ1 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,03
10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ξ z ):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz) của động cơ phản ánh hiệu quả sử dụng nhiệt, được tính bằng tỷ lệ giữa lượng nhiệt phát ra đã cháy tại điểm z và lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.
Với động cơ diezel ta thường chọn ξ z =0,70÷0,85, chọn ξ z =0,7
11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ξ b ):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay động cơ diezel Với động cơ diezel ta thường chọn ξ b = 0,80÷0,90, chọn ξ b =0,8
12 Hệ số hiệu đính đồ thị công ξd
Trong quá trình tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ, cần chú ý đến sự sai lệch so với chu trình công tác thực tế Để đảm bảo tính chính xác, có thể chọn phạm vi ϕ d từ 0,92 đến 0,97 và lựa chọn ξd là 0,97.
Tính toán các quá trình công tác
2.2.1 Tính toán quá trình thay đổi môi chất:
Trong đó : m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5 chọn m =1,45
2 Nhiệt độ cuối quá trình nap T a :
Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức :
Hệ số nạp η v được xác định theo công thức : η v = 1 ε−1 T k
Lượng khí nạp mới M1 được xác định theo công thức:
M1 432 10 3 p k η v g e p e T k (kmol/kg nhiên liệu) Trong đó : p e là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức p e = 30 N e τ
V h là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
5 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M 0 :
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 được tính theo công thức:
0,21( 12 C + H 4 − 32 0 ) (kmol/kg nhiên liệu) Đối với nhiên liệu của động cơ Diesel ta có: C=0.87;H=0,126 ;O=0,004
Mo= 0 , 1 21 ( 0 12 ,87 + 0,126 4 − 0,004 32 ) =0,4946 (kmol/kg nhiên liệu)
6 Hệ số dư lượng không khí α : Đối với động cơ Diesel cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy: α =
2.2.2 Tính toán quá trình nén
1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí: mc v ,806+0,00209.T
2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:
Khi hệ số dư lượng không khí α >1 ,tính theo công thức sau: mc v″ =(19,876+1,634/ α )+
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′ mc v +γ r mc v″
1+ 0,036 ,463(kJ/kmol độ) Thay các giá trị vào ta có: a’v,890 ; b’v=0,004
4 Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 :
Chỉ số nén đa biến trung bình chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố cấu trúc và vận hành, bao gồm kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, và phụ tải nhiệt độ của động cơ Tuy nhiên, n1 thay đổi theo quy luật nhất định.
Tất cả các yếu tố gây mất nhiệt trong môi chất sẽ dẫn đến sự gia tăng chỉ số nén đa biến trung bình n1 Chỉ số n1 được xác định thông qua việc giải phương trình: n1 - 1 = 8.314 a v' + b v'.
Chú ý : Thông thường để xác định n1 ta phải chọn n1 trong khoảng 1,340 ÷ 1,390 Chọn n1=1,3735
Lấy vế phải trừ vế trái – sai số nằm trong khoảng < 0,2% ( thỏa mãn) n 1 −1= 8,314
Sau khi chọn giá trị của n1 ta thấy n1 = 1,367 thỏa mãn điều kiện bài toán
5 Áp suất cuối quá trình nén p c : Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức sau: p c = p a ε n 1
6 Nhiệt độ cuối quá trình nén T c : Được xác định theo công thức:
7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c
Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo công thức:
Mc=M1+Mr=M1.(1+ γ r ) (Kmol/kg nh.liệu)
Thay số vào ta có:
2.2.3 Tính toán quá trình cháy
1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βalignl ¿ 0 ¿ ¿ ¿ :
Ta có hệ số thay đổi phân tửlý thuyết β 0 được xác định theo công thức: β 0 =
M 1 Độ tăng ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau: Đối với động cơ diezel ta có công thức tính : ΔM = H
2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức: β=β 0 +γ r
3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z ( β z ): (Do cháy chưa hết)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z ( β z ) được xác định theo công thức: β = 1,0335+0,0361+0,036 = 1,0323 β z =1 + β 0 −1
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức : Μ 2 =Μ 1 +ΔΜ=β 0 Μ 1 (kmol/kg.nl)
5 Nhiệt độ tại điểm z (T z ): Đối với động cơ diesel ,nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương trình cháy : ξ z QH
Q H : nhiệt trị thấp của nhiên liệu, thông thường có thể chọn
″ : Là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy được xác định theo công thức: m c pz ″ =¿8,314+ m c vz ″
Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm z bằng công thức sau: m c vz ″ = m c v ″ β 0 ( χ z + β γ r 0 ) + ( 1 − χ z ) m c v β 0 ( χ z + β γ r 0 ) + ( 1− χ Z ) =a v
Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức : p z = λ p c
953 ,2 = 2,005 là hệ số tăng áp +) Pz= 2,005 4,159 = 8,338 (Mpa)
Hệ số tăng áp λ cần được chọn sơ bộ trong khoảng 1,5 đến 2 Sau khi tính toán hệ số giản nở ρ trong quá trình giản nở, cần đảm bảo rằng ρ phải nhỏ hơn λ.
2.2.4 Tính toán quá trình giản nở
1 Hệ số giản nở sớm ρ : ρ=β z T z λ.T c = 2,005.953 1,028.1859 , 2 = 1,352
2 Hệ số giản nở sau δ :
Ta có hệ số giản nở sau được xác định theo công thức : δ=ε ρ 18 1,352 ,313
3.Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 :
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân bằng sau : n 2 −1= 8,314
Tb : là nhiệt trị tại điểm b và xác định theo công thức :
Q H ¿: Nhiệt trị tính toán ở đây ta xét với động cơ diezel nên:
4 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b :
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
5 Áp suất cuối quá trình giản nở p b : Áp suất cuối quá trình giản nở pb được xác định theo công thức : p b = p z δ n 2
6 Tính nhiệt độ khí thải T rt :
Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức :
2.2.5 Tính toán các thông số chu kỳ công tác
1 Áp suất chỉ thị trung bình p i′ được xác định theo công thức: p i′ p c ε − 1 [ n 2 − λ 1 ( 1 − ε n 1 2 −1 ) − n 1 1 − 1 ( 1 − ε n 1 1 −1 ) ] (MPa) p i′
2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình thực tế được xác định theo công thức: p i = p i′ ϕ d
Trong đó ϕ d là số hiệu đính đồ thị công Chọn theo tính năng và chủng loại động cơ.
3 Suất tiêu hao nhiên liệu g i :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi : g i C2.10 3 η v p k
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị : η i =3,6 10 3 g i Q H
5 Áp suất tổn thất cơ giới p m : Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn bằng nhiều quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta có tốc độ trung bình của động cơ là : v tb = S n
30 = 0 , 1.2600 30 = 8,6 (m/s) , Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo công thức sau : Động cơ diesel có i=3 và τ = 4, D= 88mm, buồng cháy thống nhất: : pm=0.05+0.015.Vtb = 0,05+0,015.8,6 = 0,179 (MPa)
6 Áp suất có ích trung bình p e :
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức: Pe=pi-pm=0,741-0,179= 0,560 (MPa)
Ta có trị số Pe tính quá trình nạp: Pe(nạp)=0,558 và Pe=0,560 thì không có sự chênh lệnh nhiều nên có thể chấp nhận được.
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới: η m = p e p i = 0,560 0,741 = 0,755
8 Áp suất tiêu hao nhiên liệu g e :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: g e = η g i m = 158,251 0 , 755 = 209,603 (g/kW.h)
Công suất có ích được xác định theo công thức sau : Ƞe = Ƞi.Ƞm ¿ 0,5352.0,755 = 0,4040
10 Kiểm nghiệm đường kính xilanh theo công thức:
Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức :
Sai số đường kính là: ∆D=|110-109,94|=0,06