TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ 1.1.Thông số cho trước của động cơTên thông sốKý hiệuThứ nguyênGiá trịCông suất có íchNeKw8.0Tỷ số nén20Số vòng quayNVòngphút2180Đường kính xilanhDmm94Hành trình pistonSmm90Số xilanhi1Số kỳ4Góc mở xupáp nạp¬1Độ10÷40Góc đóng muộn xupáp nạp2Độ46Góc mở xupáp thải3Độ56Góc đóng muộn xupáp thải4Độ5÷30Loại buồng cháy: xoáy lốcKiểu xupáp1.2.Thông số chọn của động cơ Tên thông sốKý hiệuThứ nguyênGiá trịAïp suất khí nạppkMNm20,1Nhiệt độ khí nạpTkK300Hệ số dư lượng không khí1,4Aïp suất cuối kì nạppaMNm20,08Aïp suất khí sótprMNm20,104Nhiệt độ khí sótTrK700Độ sấy nóng khí nạp mới T20Chỉ số đoan nhiệtm1.45Hệ số lợi dụng nhiệt tại zz0,65Hệ số lợi dụng nhiệt ại bb0,8Tỷ số tăng áp suất1,5Hệ số nạp thêm11,03Hệ số quết buồn cháy21Hệ số hiệu đính tỷ nhiệtt1,1Hệ số điền đầy đồ tthịd0,98 1.3.Tính toán các thông số của chu trình 1.3.1.Tính quá trình nạp 1. Tính hệ số khí sót r 2. Tính hệ số nạp 3. Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta (K) (K) 4. Tính sô úmol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M0 (kmol kkkg nl) (kmol kkkg nl) 5.Tính số mol khí nạp mới M1 M1 = .M0 (động cơ diesel)M1 = 1,4.0,495 = 0,693 (kmol kkkg nl) 1.3.2. Tính quá trình nén 6. Tỷ nhiệt của không khí (kJkmol.K) (kJkmol.K)
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ 1.1.Thông số cho trước của động cơ Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Công suất có ích N e Kw 8.0 Tỷ số nén ε 20 Số vòng quay N Vòng/phút 2180 Đường kính xilanh D mm 94 Hành trình piston S mm 90 Số xilanh i 1 Số kỳ τ 4 Góc mở xupáp nạp ϕ 1 Độ 10÷40 Góc đóng muộn xupáp nạp ϕ 2 Độ 46 Góc mở xupáp thải ϕ 3 Độ 56 Góc đóng muộn xupáp thải ϕ 4 Độ 5÷30 Loại buồng cháy: xoáy lốc Kiểu xupáp 1.2.Thông số chọn của động cơ Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Aïp suất khí nạp p k MN/m 2 0,1 Nhiệt độ khí nạp T k K 300 Hệ số dư lượng không khí α 1,4 Aïp suất cuối kì nạp p a MN/m 2 0,08 Aïp suất khí sót p r MN/m 2 0,104 Nhiệt độ khí sót T r K 700 Độ sấy nóng khí nạp mới ∆ T 20 Chỉ số đoan nhiệt m 1.45 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z ξ z 0,65 Hệ số lợi dụng nhiệt ại b ξ b 0,8 Tỷ số tăng áp suất λ 1,5 Hệ số nạp thêm λ 1 1,03 Hệ số quết buồn cháy λ 2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t 1,1 Hệ số điền đầy đồ tthị ϕ d 0,98 1.3.Tính toán các thông số của chu trình 1.3.1.Tính quá trình nạp Trang1 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1. Tính hệ số khí sót γ r m a r t a r r k r p p p p T TT 1 21 2 1 ).( − ∆+ = λλελ λ γ 031.0 08,0 104,0 .1.1,103.1.20 1 . 08,0 104,0 . 700 )20300(1 45,1 1 = − + = 2. Tính hệ số nạp − ∆+− = m a r k a k k p p p p TT T 1 V 1. )( . )1( 1 η λλελ ε 7769,0 08.0 104,0 .1.1,103,1.20. 1,0 08,0 . )20300( 300 . 1)-(20 1 45,1 1 = − + = 3. Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp T a (K) )1( p p T.TT T r m 1m r a rrtk a γ+ γλ+∆+ = − 78.329 )031,01( 104,0 08,0 .700.031,0.1,120300 45,1 145,1 = + ++ = − (K) 4. Tính sô úmol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M 0 (kmol kk/kg nl) 495,0 32 004,0 4 126,0 12 87,0 21,0 1 3241221,0 1 0 = −+= ++= nl O HC M (kmol kk/kg nl) 5.Tính số mol khí nạp mới M 1 M 1 = α.M 0 (động cơ diesel) M 1 = 1,4.0,495 = 0,693 (kmol kk/kg nl) 1.3.2. Tính quá trình nén Trang2 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 6. Tỷ nhiệt của không khí vkk Cm (kJ/kmol.K) 43,20. 2 00419,0 806,19. 2 =+=+= TT b aCm v vvkk (kJ/kmol.K) 7. Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy // v Cm (kJ/kmol.K) : T b aCm v vv 2 ′′ + ′′ = ′′ =21,8684 (kJ/kmol.K) α = 1,4 => 034,21 4,1 634,1 867,19 // =+= v a 0056,010. 4.1 36,184 38,427 5// = += − v b 8.Tỷ số của hỗn hợp cháy / v Cm (kJ/kmol.K) : viiv mCrCm . ∑ = ′ 47325.20 031.01 8684,21.031,043,20 1 . // / = + + = + + = r vrvkk v CmCm Cm γ γ (kJ/kmol.K) Trong đó : 843,19 031.01 034,21.031,0806,19 1 . = + + = + ′′ + = ′ r vrv v aa a γ γ 0042324.0 031,01 0056,0.031,000419,0 1 . // / = + + = + + = r vrv v bb b γ γ 9. Tính chỉ số nén đa biến trung bình n 1 Chọn trước n 1 = 1,367 , thế vào phương trình sau, giải bằng phương mò nghiệm 36788882,1 )120.(78,329. 2 0042324,0 843,19 314,8 1 )1.(. 2 314,8 1 1367.1 1 / / 1 1 = ++ += ++ += − −n v v Ta b a n ε sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 ta lấy giá trị đã chọn. 10. Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T c (K) T c = T a . 1n 1 − ε = 329,78.20 (1,367-1) = 991,31 (K) 11. Tính áp suất cuối kỳ nén p c (MN/m 2 ) p c = p a . 1 n ε = 0,08.20 1,367 =4,81 (MN/m 2 ) 1.3.3.Tính quá trình cháy 12.Tính :M ∆ Động cơ Diesel 031625,0 32 004,0 4 126,0 324 =+=+=∆ OH M Trang3 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 13.Tính số mol sản phẩm cháy M 2 (kmol/kgnl) M 2 = M 1 + M∆ = 0,693+0,031625 = 0,724625 (kmol/kgnl) 14. Hệ số đổi phân tử lý thuyết 045635,1 693.0 724625.0 1 2 0 === M M β 15. Hệ số biến đổi phân tử thực tế 044263,1 031,01 031,0045635,1 1 0 = + + = + + = r r γ γβ β 16. Hệ số biến đổi phân tử tại z 035964,1 8,0 65,0 . 031,01 1045635,1 1. 1 1 1 0 = + − += + − += b z r z ξ ξ γ β β 17. Tính hệ số toả nhiệt x z tại z 8125,0 8,0 65,0 === b z z x ξ ξ 18. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn α >1 => 0Q H =∆ (động cơ diesel) 19. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z 1733.337,2076.0054533,081843,21. ////// =+=+= zvzvzvz TbaCm ( ) ( ) 81843,20 8125,01693,0 045635,1 031,0 8125,0724625,0 8125,01.693,0.806,19 045635,1 031,0 8125,0.724625,0.034,21 )1( )1( 1 0 2 1 / 0 2 // // = −+ + −+ + = −+ + −+ + = z r z zv r zv vz xMxM xMaxMa a β γ β γ Trang4 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ( ) ( ) 0054533.0 8125,01.693,0 045635,1 031,0 8125,0.724625,0 8125,01693,0.0042324,0 045635,1 031,0 8125.0.724625,0.0056,0 )1.( )1( 1 0 2 1 / 0 2 // // = −+ + −+ + = −+ + −+ + = z r z zv r zv vz xMxM xMbxMb b β γ β γ 20. Nhiệt độ cực đại của chu trình: TZ (K) 721,7485631,991.5,1.314,8 2 31,991.0042324,0 843,19 )031,01.(693,0 42500.65,0 314,8 2 . )1( . * 18015,30)314,881843,20.(035964,1)314,8(* 00282471,0 2 0054533,0.035964,1 2 . * / / 1 // // −= ++− + − = ++− + −= =+=+= === c cv v r Hz vzz vzz T Tb a M Q C aB b A λ γ ξ β β Ta có phương trình bậc hai : 0CBTAT z 2 z =++ ⇔ 0721,74856.18015,30.00282471,0 2 =−+ zz TT ⇒ T z = 2076,7 21 . Aïp suất cực đại chu trình p z p z = p c .λ = 4,81.1,5 =7,214 (MN/m 2 ) 1.3.4.Tính quá trình giản nở 22.Tỷ số giản nở sớm : Tc T . zz λ β =ρ (động cơ diesel) = 4468.1 31,991 7,2076 . 5,1 035964,1 = 23. Tỷ số giản nở sau == ρ ε δ 823,13 4468,1 20 = 24. Kiểm nghiệm lại trị số n 2 Trang5 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chọn trước n 2 = 1,23 Tính theo công thức : )TT.( 2 b a )TT.().1(M )QQ).(( 314,8 1n bz // z // vz bzr1 HHzb 2 +++ −βγ+ ∆−ξ−ξ =− n2 = 210757107,1 ) 823,13 7,2076 7,2076( 2 0054533.0 81843,20) 823,13 7,2076 7,2076.(044263,1).031,01(693,0 42500).65,08,0( 314,8 1 )1211,1()1211.1( = ++++−+ − + −− Trong đó : 1 2 − = n z b T T δ 25. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b (K) 51,1106 823,13 7,2076 )1211,1( 1 2 === − −n z b T T δ (K) 26. Aïp suất cuối quá trình giản nở p b (MN/m 2 ) 3,0 823,13 214,7 211,1 2 === n z b p p δ (MN/m 2 ) 27. Kiểm lại nhiệt độ khí sót )(47,796 3,0 104,0 .51,1106 45,1 145,1 1 K p p TT m m b r brtinh = = = − − Sai số %15%78,13100). 700 70047,796 ( <= − = − r rchonrtinh T TT => thỏa mãn 1.3.5.Các thông số chỉ thị 28. Áp suất chỉ thi trung bình lý thuyết (MN/m 2 ) động cơ diesel − − − − − +− − = −− 1 1 1 2 12 1 1. 1 11 1. 1 )1(. 1 ' nn c i nn p p εε λρ ρλ ε Trang6 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG )/(9386,0 20 1 1.( 1367,1 1 ) 20 1 1( 1211,1 4468,1.5,1 )14468,1.(5,1. 120 81,4 2 )1367,1()1211,1( mMN= − − −− − +− − = −− 29. Aïp suất chỉ thị trung bình (MN/m 2 ) p i = 98,0.9386,0. / = di p ϕ = 0,91(MN/m 2 ) 30. Hiệu suất chỉ thị động cơ η i 4764,0 1,0.7769,0.42500 300.91,0.693,0.314,8 314,8 1 === kvH ki i pQ TpM η η 31.Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i (g/kw.h): 8,177 4764,0.42500 3600000 . 3600000 === iH i Q g η (g/kw.h) 1.3.6.Các thông số có ích 32.Tổn thất cơ giới p m (MN/m 2 ) Theo công thức kinh nghiệm P m = a + b.C m + p r - p a Với I <6 => a= 0,09 b= 0,0138 C m = )/(54,6 30 2180.09,0 30 . sm nS == => P m = 0,09 + 0,0138.6,54 + 0,104 - 0,08 = 0,20425 (MN/m 2 ) 33. Áp suất trung bình (MN/m 2 ) p e = p i - p m = 0,91- 0,20425 = 0,70575 (MN/m 2 ) 34. Hiệu suất cơ giới (%) 7755,0 91,0 70575,0 === i e m p p η 35. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h) 2714,229 7755,0 8,177 === m i e g g η (g/kw.h) 36. Hiệu suất có ích (%) η e = η m .η I = 0,7755.0,4764 = 0,3695 37. Thể tích công tác của động cơ )( 3 dm 62397,0 2180.1.70575,0 4.30.8 .30. === nip N V e e h τ (dm 3 ) Trang7 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 38. Kiểm nghiệm đường kính xilanh (dm) 9398,0 9,0.14,3 62397,0.4 . .4 === S V D h t π (dm) 1,0002,094,09398,0 ≤=−=−=∆ DDD t => thỏa mãn 1.4. Vẽ đồ thị công: Để vẽ được đồ thị công ta thực hiện những bước sau 39. Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số nén đa biến n 1 Phương trình đường nén: constpV 1 n = , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: 11 n nxnx n cc VpVp = . Rút ra: 1 n c nx cnx V V 1 pp = . Đặt i V V c nx = ta có 1n c nx i p p = n 1 là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt. 40. Xây dựng đường công áp suất trên đường giãn nở Phương trình của đường giãn nở đa biến: constpV 2 n = , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: 22 n gnxgnx n zz VpVp = . Rút ra: 2 n z gnx zgnx V V 1 pp = Chú ý rằng cz VV ρ= , đặt i V V c gnx = do đó 2 2 n n z gnx i .p p ρ = n 2 là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt. Trang8 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 41. Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở Vx i Đường nén Đường giãn nở 1 n i 1 1 n i 1 n c i p 2 n i 2 1 n i 2 2 . n n z i p ρ 0.0328 1 1 1 4.81 1 1 11.28316221 0.0656 2 2.579336501 0.3877 1.8648 2.315 0.432 4.873977352 0.0984 3 4.489776838 0.2227 1.0713 3.7826 0.2644 2.98288831 0.1312 4 6.652976787 0.1503 0.723 5.3591 0.1866 2.10540758 0.164 5 9.025930725 0.1108 0.5329 7.0219 0.1424 1.606860431 0.1968 6 11.58064528 0.0864 0.4153 8.7567 0.1142 1.28851556 0.2296 7 14.29713509 0.0699 0.3364 10.554 0.0948 1.069096986 0.2624 8 17.16026587 0.0583 0.2803 12.406 0.0806 0.909471004 0.2952 9 20.15809606 0.0496 0.2386 14.308 0.0699 0.788575269 0.328 10 23.28091258 0.043 0.2066 16.255 0.0615 0.694114044 0.3608 11 26.5206278 0.0377 0.1814 18.244 0.0548 0.618449567 0.3936 12 29.87038108 0.0335 0.161 20.272 0.0493 0.556598899 0.4264 13 33.32426371 0.03 0.1443 22.335 0.0448 0.505179166 0.4592 14 36.8771224 0.0271 0.1304 24.432 0.0409 0.461816856 0.492 15 40.52441471 0.0247 0.1187 26.561 0.0376 0.424799813 0.5248 16 44.26210013 0.0226 0.1087 28.72 0.0348 0.392863365 0.5576 17 48.08655621 0.0208 0.1 30.908 0.0324 0.365054064 0.5904 18 51.99451296 0.0192 0.0925 33.123 0.0302 0.340640144 0.6232 19 55.98300063 0.0179 0.0859 35.365 0.0283 0.319051081 0.656 20 60.04930759 0.0167 0.0801 37.631 0.0266 0.299835815 42. Xác định các điểm đặc biệt Chọn các tỷ lệ xích µ v và µ p sau đó vẽ hệ trục toạ độ (V,p). Các điểm đặc biệt đó là: r(V c ,p r ); a(V a ,p a ); b(V a ,p b ); c(V c ,p c ); y(V c ,p z ); z(V z ,p z ). Chú ý các quan hệ thể tích: V a = V c + V h ; S 4 D V; 1 V V 2 h h c π = −ε = Trang9 BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Tại điểm r V c 0,0328 p r 0,104 Va 0,65677 p a 0,08 V a 0,65677 p b 0,3 Vc 0,0328 p c 4,81 Vc 0,0328 p z 7,14 Vz 0,0475 p z 7,214 43. Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết 44. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm Phun sớm (c’ - động cơ Diesel) Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải Mở sớm (r’), đóng muộn (a’) xupáp nạp 45. Hiệu chỉnh đồ thị công Xác định các điểm trung gian: Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3cy Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2ba. Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải. Ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh Trang10 Tại điểm c’’ Vc 0,0328 p c" 7,214 Tại điểm z’’ V z" 0,0475 p z 7,214 Tại điểm b’’ Va 0,656 p b" 0,18996