Đang tải... (xem toàn văn)
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠMục đích phần tính toán nhiệt động cơ là :Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ (nạp nén, cháy giãn nở và thải), xác định được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm (xác định) các kích thước cơ bản của động cơ. Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ. Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong. TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC TÍNH TOÁNTừ các số liệu về kết cấu và chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ cho trước, sinh viên lựa chọn các thông số khác đặc trưng cho điều kiện vận hành để xác định các thông số nhiệt động của từng quá trình. Các thông số chọn dựa trên cơ sở loại động cơ, đặc điểm kết cấu.
HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ Mục đích phần tính toán nhiệt động cơ là : -Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ (nạp nén, cháy giãn nở và thải), - xác định được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm (xác định) các kích thước cơ bản của động cơ. - Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ. Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong. TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN Từ các số liệu về kết cấu và chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ cho trước, sinh viên lựa chọn các thông số khác đặc trưng cho điều kiện vận hành để xác định các thông số nhiệt động của từng quá trình. Các thông số chọn dựa trên cơ sở loại động cơ, đặc điểm kết cấu. 1. Thông số cho trước của động cơ: Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Công suất có ích N e Kw 72 Tỷ số nén ε 6.8 Số vòng quay n Vòng/ phút 3000 Đường kính xi lanh D mm 81 Hành trình piston S mm 130 Số xi lanh i 6 Số kỳ τ 4 Góc mở sớm xupáp nạp ϕ 1 Độ Góc đóng muộn xupáp nạp ϕ 2 Độ Góc mở sớm xupáp ϕ 3 Độ 1 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG thải Góc đóng muộn xupáp thải ϕ 4 Độ Loại buồng cháy Kiểu xu páp 2. Chọn các thông số cần thiết trong quá trình tính: Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp P k MN/m 2 0.098 Nhiệt độ khí nạp T k K 305 Hệ số dư lượng không khí α 0.96 Áp suất cuối kỳ nạp P a MN/m 2 0.088 Áp suất khí sót P r MN/m 2 0.105 Nhiệt độ khí sót T r K 900 Độ sấy nóng khí nạp mới ∆T 5 Chỉ số đoạn nhiệt m 1.5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z ξ z 0.9 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b ξ b 0.91 Tỷ số tăng áp λ 3.994 Hệ số nạp thêm λ 1 1.04 Hệ số quét buồng cháy λ 2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t 1.17 Hệ số điền đầy đồ thị ϕ đ 0.97 Các số liệu tham khảo để chọn: 2 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG Loại động cơ Hệ số dư lượng không khí α Tỷ số tăng áp λ Động cơ xăng 0,85 - 1,15 Động cơ Diesel - Tốc độ thấp - Cao tốc buồng cháy thống nhất - Cao tốc buồng cháy ngăn cách - Tăng áp 1,6 -2,0 1,5 - 1,9 1,2 - 1,7 1,7 - 2,2 1,7 - 2,2 1,5 - 1,8 Loại động cơ ξ b ξ z p r [MN/m 2 ] T r [K] ∆T Động cơ Diesel 0,80 - 0,90 0,65 - 0,85 0,104 - 0,118 700 - 900 20 - 40 Động cơ Xăng 0,85 - 0,95 0,85 - 0,92 0,101 - 0,118 900- 1000 0 - 20 Động cơ Ga 0,8 - 0,85 Chọn λ t theo bảng α 0,8 0,9 1,2 1,4 λ t 1,13 1,17 1,14 1,11 Tính toán các thông số của chu trình: 3.Tính quá trình nạp 1. Tính hệ số khí sót γ r : m 1 a r 2t1 a r r k2 r p p . 1 p p T )TT( λλ−ελ ∆+λ =γ (1-1) 2. Tính hệ số nạp η v : 3 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG λλ−ελ ∆+−ε =η m 1 a r 2t1 k .a k k v p p . P P )TT( T )1( 1 (1-2) 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+∆+ = − (1-3) Loại động cơ η v γ r T a [K] Động cơ xăng - Xupáp đặt - Xupáp treo 0,7 - 0,75 0,75 - 0,85 0,07 - 0,12 340 - 400 340 - 400 Động cơ Diesel 0,75 - 0,95 0,03 - 0,06 310 - 340 4. Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M 0 (kmolKK/kgnl): Nhiên liêu Thành phần trong 1 kg nhiên liệu [kg] Khối lượng phân tử Nhiệt trị thấp Q H C H O Xăng 0,855 0,145 0 110 - 120 43.995 Diesel 0,87 0,126 0,0 04 180 - 200 42.530 ) 32 O 4 H 12 C ( 21,0 1 M nl 0 −+= (1-4) 5. Tính số mol khí nạp mới M 1 : (1-5) 01 M.M α= (động cơ Diesel, động cơ phun xăng) nl 01 1 M.M µ +α= (động cơ xăng dùng bộ chế hoà khí) 4. Tính quá trình nén 6. Tỷ nhiệt của không khí vkk mC (kJ/kmol.K): T. 2 00419,0 806,19T 2 b aCm v vvkk +=+= (1-6) 7. Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy v Cm ′′ (kJ/kmol.K): 4 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG T 2 b aCm v vv ′′ + ′′ = ′′ (1-7) Nếu 0,7≤α<1 thì: α+= .504,3997,17"a v ( ) 5 v 10 4,25234,360"b − α+= Nếu α≥1 thì: α += 634,1 867,19"a v 5 v 10. 36,184 38,427"b − α += 8. Tỷ nhiệt của hỗn hợp cháy v Cm ′ (kJ/kmol.K): viiv mC.rCm ∑ = ′ r vrvkk v 1 Cm.Cm Cm γ+ ′′ γ+ = ′ (1-8) Có thể viết dưới dạng: T 2 b aCm v vv ′ + ′ = ′ Trong đó: r vrv v 1 a.a a γ+ ′′ γ+ = ′ ; r vrv v 1 b.b b γ+ ′′ γ+ = ′ 9. Tính chỉ số nén đa biến trung bình n 1 : Chọn trước n 1 , thế vào phương trình sau, giải bằng phương pháp mò nghiệm. )1(T 2 b a 314,8 1n 1n a v v 1 1 +ε ′ + ′ += − (1-9) Khi sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 thì lấy giá trị n 1 đã chọn. 10. Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T c (K): 1n ac 1 .TT − ε= (1-10) 11. Tính áp suất cuối kỳ nén p c (MN/m 2 ): 1 n ac .pp ε= (1-11) Loại động cơ n 1 p c [MN/m 2 ] T c [K] Xăng 1,34 - 1,38 0,9 - 1,5 600 - 750 Diesel - Buồng cháy ngăn cách - Buồng cháy thống nhất 1,34 - 1,38 1,34 - 1,42 3,5 - 6,0 3,5 - 6,0 700 - 1050 5. Tính quá trình cháy 5 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG 12. Tính ∆M: Động cơ Diesel 32 O 4 H M +=∆ (1-12) Động cơ xăng khi α≥ 1 thì nl 1 32 O 4 H M µ −+=∆ (1-13) khi 0,7≤α< 1 thì µ +α−α++=∆ nl 00 1 M.M 79,0 2 H 12 C M 13. Tính số mol sản phẩm cháy M 2 (kmol/kgnl): MMM 12 ∆+= (1-14) 14. Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết. 1 2 0 M M =β (1-15) 15. Hệ số biến đổi phân tử thực tế. r ro 1 γ+ γ+β =β (1-16) 16. Hệ số biến đổi phân tử tại z. b z r o z . 1 1 1 ξ ξ γ+ −β +=β (1-17) 17. Tính hệ số toả nhiệt x z tại z: b z z x ξ ξ = (1-18) 18. Tổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn: (1-19) α>1 thì ∆ Q H = 0(động cơ Diesel) α <1 thì ∆ Q H = 120000(1-α)M 0 (động cơ đánh lửa cưỡng bức) 19. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z. zvzvzvz TbaCm ′′ + ′′ = ′′ (1-20) ( ) ( ) z1 o r z2 z1v o z2v vz x1MxM x1M.axM.a a −+ β γ + − ′ + β γ + ′′ = ′′ ( ) ( ) z1 o r z2 z1v o z2v vz x1MxM x1M.bxM.b b −+ β γ + − ′ + β γ + ′′ = ′′ 20. Nhiệt độ cực đại của chu trình T z (K): 6 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy: (1-21) ( ) ( ) zvzzcvc r1 HHz T.''C.m.T.Cm 1.M QQ. β= ′ + γ+ ∆−ξ (động cơ đánh lửa cưỡng bức) ( ) zpzzcvc r1 Hz T.''C.m.T) 314,8Cm( 1.M Q. β=λ+ ′ + γ+ ξ (động cơ Diesel) Đưa về dạng phương trình bậc hai: 0CBTAT z 2 z =++ Động cơ A B C Động cơ đánh lửa cưỡng bức vzz b. ′′ β vzz a. ′′ β )1.(M )QQ( r1 HHz γ+ ∆−ξ − Động cơ Diesel vzz b. ′′ β )314,8a.( vzz + ′′ β ccvv r1 Hz T) 314,8T.ba( )1.(M Q. λ+ ′ + ′ − γ+ ξ − 21. Aïp suất cực đại chu trình p z . λ= .pp cz (1-22) Loại động cơ p z [MN/m 2 ] T z [K] Xăng 2,8 - 6,0 2500 - 2800 Diesel 4,8 - 9,6 1900 - 2200 6. Tính quá trình giản nở: 22. Tỷ số giãn nở sớm: (1- 23) ρ = 1 (động cơ đánh lửa cưỡng bức) c zz T T λ β =ρ (động cơ Diesel) 23. Tỷ số giãn nở sau: (1-24) δ = ε (động cơ đánh lửa cưỡng bức) ρ ε =δ (động cơ Diesel) 24. Kiểm nghiệm lại trị số n 2 : Chọn trước n 2 , tính lặp n 2 theo công thức: ( ) ( ) ( ) ( ) bz z vz bzr1 HHzb 2 TT. 2 b a )TT 1M )QQ.( 314,8 1n + ′′ + ′′ + −βγ+ ∆−ξ−ξ =− (1-25) 7 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG Trong đó: 1n z b 2 T T − δ = 25. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b (K): 1n z b 2 T T − δ = (1-26) 26. Aïp suất cuối quá trình giãn nở p b (MN/m 2 ): 2 n z b p p δ = (1-27) 27. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót: m 1m b r brtênh P P TT − = (1-28) Sai số %15 T TT r rchoünrtênh < − Loại động cơ n 2 p b [MN/m 2 ] T b [K] Động cơ xăng 1,23 - 1,34 0,34 - 0,49 1200 - 1500 Động cơ Diesel 1,15 - 1,28 0,2 - 0,6 1000 - 1200 7.Tính toán các thông số chỉ thị: 28. Aïp suất chỉ thị trung bình lý thuyết (MN/m 2 ): Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức: (1-29) ε − − − ε − − λ −ε = −− 1n 1 1n 2 c i 12 1 1. 1n 11 1. 1n . 1 p 'p Trường hợp động cơ Diesel: ε − − − δ − − λρ +−ρλ −ε = −− 1n 1 1n 2 c i 12 1 1. 1n 11 1. 1n )1(. 1 p 'p 29. Aïp suất chỉ thị trung bình (MN/m 2 ): âii .pp ϕ ′ = (1-30) 30. Hiệu suất chỉ thị động cơ η i : kvH ki1 i p Q T.p.M.314,8 η =η (1-31) 31. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i (g/kw.h): iH i .Q 3600000 g η = (1-35) Loại động p i g i [g/kw.h] η i 8 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG cơ [MN/m 2 ] Động cơ xăng 0,68 - 1,18 210 - 340 0,25 - 0,44 Động cơ Diesel 0,64 - 0,96 150 - 20 0,43 - 0,56 8.Tính toán các thông số có ích: 32. Tổn thất cơ giới p m (MN/m 2 ): Theo công thức kinh nghiệm: armm ppC.bap −++= (1-36) Trong đó: 30 n.S C m = (m/s) Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy (động cơ Diesel) tra các giá trị a, b theo bảng sau: Động cơ a b Động cơ xăng S/D ≥ 1 0,05 0,0155 S/D < 1 0,04 0,0135 Động cơ Diesel buồng cháy thống i≤6 0,09 0,012 i >6 0,03 0,012 Động cơ Diesel buồng cháy xoáy lốc 0,09 0,0138 Động cơ Diesel buồng cháy dự bị 0,105 0,0156 33. Aïp suất có ích trung bình (MN/m 2 ): mie ppp −= (1-37) 34. Hiệu suất cơ giới (%): i e m p p =η (1-38) 35. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h): m i e g g η = (1-39) 36. Hiêu suất có ích (%): 9 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG ime .ηη=η (1-40) Loại động cơ η m p e [MN/m 2 ] g e [g/kw.h] η e Xăng 0,7 - 0,85 0,6 - 1,0 260 - 380 0,22 - 0,33 Diesel 0,7 - 0,9 0,55 - 0,85 200 - 285 0,3 - 0,43 37. Thể tích công tác của động cơ (dm 3 ): n.i.p .30.N V e e h τ = (1-41) 38. Kiểm nghiệm đường kính xi lanh (dm): S. V.4 D h t π = (1-42) Nếu sai lệch mm1,0DDD t ≤−=∆ thì đạt nếu không thì phải tính lại. 9.Vẽ đồ thị công Để vẽ được đồ thị công cần phải 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 cong 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: 10 [...]... thị công lý thuyết 44 Dùng đồ thị Brick xác định các điểm: • Phun sớm (c’ - động cơ Diesel), Đánh lửa sớm (c’ - động cơ xăng) • Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải • Mở sớm (r’), đóng muộn (a’) xupáp nạp 44 Hiệu chỉnh đồ thị công: Ở động cơ xăng lấy áp suất cực đại bằng (0,85 - 0,9) p z Xác định các điểm trung gian: • Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3cy c h 2 h HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH... LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV DƯƠNG VIỆT DŨNG 12 • 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 Hình 1.1 Đồ thị công động cơ xăng Hình 1.2 Đồ thị công động cơ Diesel ...HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV DƯƠNG VIỆT DŨNG p z Vz n2 = p gnx Vgnx Chú ý rằng n2 Rút ra: Vz = ρVc , đặt p gnx = p z Vgnx Vc =i 11 1 Vgnx V z do đó n2 p gnx = p z ρ n2 i n2 - n2 là chỉ . LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ Mục đích phần tính toán nhiệt động cơ là : -Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ. cơ bản của động cơ. - Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ. Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong. . chọn: 2 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV. DƯƠNG VIỆT DŨNG Loại động cơ Hệ số dư lượng không khí α Tỷ số tăng áp λ Động cơ xăng 0,85 - 1,15 Động cơ Diesel - Tốc độ