truyền nhiệt trong động cơ diesel

Chương truyền nhiệt động diesel 6.1 Khái niệm truyền nhiệt nhiệt tải xylanh 6.2 Truyền nhiệt động diesel 6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình truyền nhiệt 6.4 Trường nhiệt độ nhóm piston, xylanh 6.1 Khái niệm truyền nhiệt nhiệt tải xylanh 6.1.1 khái niệm truyền nhiệt Khi động hoạt động, phần nhiệt lượng tỏa từ trình cháy nhiên liệu truyền cho nước làm mát Đây tổn thất không tránh khỏi động Qua trình truyền nhiệt cần phải trì để: Giữ cho nhiệt độ mặt gương xylanh không cao gây kết cốc dầu bôi trơn Duy trì khe hở cần thiết giữ xylanh phần dẫn hướng piston Giảm ứng suất nhiệt cho nhóm xylanh, nắp xylanh, đỉnh piston Giảm ăn mòn axit cho nhóm xylanh, nắp xylanh, đỉnh piston 6.1 Khái niệm truyền nhiệt nhiệt tải xylanh 6.1.2 Nhiệt tải xylanh động Nhiệt tải xylanh động nhiệt lượng truyền qua 1m2 bề mặt xylanh cho nước làm mát thời gian Q q= [Kcal/m2h] F Trong đó: Q- Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát thời gian Q=geNeQH.qlm [Kcal/h] qlm: Phần trăm tổn thất nhiệt lượng cho nước làm mát [%] Đối với động làm mát trực tiếp: Không làm mát piston: qlm= 22ữ25% Làm mát piston : qlm= 25ữ30% 6.1 Khái niệm truyền nhiệt nhiệt tải xylanh 6.1.2 Nhiệt tải xylanh động Q q= F Đối với động làm mát gián tiếp:15ữ20% Diện tích truyền nhiệt xylanh F =F1+F2+F3 F1: Diện tích nắp xylanh F2:Diện tích đỉnh piston F3:Diện tích xylanh tiếp xúc với nước làm mát D.S QH qlm knp g Sau thay Q, F vào biểu thức ta có: q= e e 0,9 D+S Khi tăng pe, n, ge nhiệt tải xylanh động tăng 6.2 Truyền nhiệt động diesel Quá trình truyền nhiệt từ khí cháy xylanh cho nước làm mát chia làm ba pha: Truyền nhiệt từ khí cháy đến mặt gương xylanh, trình truyền nhiệt tổng hợp gồm hai hình thức trao đổi nhiệt đối lưu xạ Truyền nhiệt từ mặt xylanh mặt xylanh, hình thức dẫn nhiệt qua vách Truyền nhiệt từ mặt xylanh đến nước làm mát, hình thức tỏa nhiệt đối lưu 6.2.1 Quá trình trao đổi nhiệt khí cháy với vách xylanh a Trao đổi nhiệt xạ [Kcal/m2h] Tnl T1 qbx = bx 100 100 Trong đó: Tnl: Nhiệt độ phía lửa T1: Nhiệt độ vách xylanh bx: Hệ số trao đổi nhiệt xạ khí cháy.[Kcal/m2hđộ] 6.2.1 Quá trình trao đổi nhiệt khí cháy với vách xylanh b Trao đổi nhiệt đối lưu qdl=kc.(tkc-t1) [Kcal/m2h] Trong đó: tkc: Nhiệt độ khí cháy kc: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khí cháy [Kcal/m2hđộ] Tổng nhiệt lượng trao đổi từ khí cháy với vách xylanh: q1=qbx+qdl [Kcal/m2h] Quá trình trao đổi nhiệt xạ chiếm 5ữ15% nên ta tính nhiệt lượng trao đổi đối lưu q1=kc.(tkc-t1) [Kcal/m2h] 6.2.2 Quá trình dẫn nhiệt qua vách Nhiệt lượng dẫn qua vách: q = ( t1 t ) [Kcal/m2h] Trong đó: : hệ số dẫn nhiệt vách xylanh [Kcal/m2hđộ] : Độ dày xylanh có tính đến sai số quy đổi vách, =0 Khi d2/d1 t1 6.3.3 ảnh hưởng phụ tải động nhiệt độ nư ớc làm mát không thay đổi Từ công thức tính toán trình truyền nhiệt, ta có: Tkc (2Tkc + Tkc T1 ) Tkc T + A kc (1 + kc ) Tkc ( A 1)(Tkc T1 ) + A T1 = kc Trong đó: ' A = hc kc ; , khối lượng riêng khí cháy trước sau tăng phụ tải Từ công thức ta rút kết luận tăng phụ tải động nhiệt độ vách xylanh tăng theo 6.4 Trường nhiệt độ nhóm piston, xylanh Việc nghiên cứu phân bố trường nhiệt độ nhóm piston, xylanh giup cho việc thiết kế, chế tạo khai thác sử dụng động Mặc dù động hoạt động ổn định chế độ, trạng thái nhiệt thay đổi theo thông số khí cháy chu trình làm việc xylanh Tuy nhiên kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy thay đổi nhỏ, ta có coi phân bố nhiệt độ piston, xylanh ổn định Hình vẽ sau cho thấy phân bố nhiệt độ piston, xylanh 6.4 Trường nhiệt độ nhóm piston, xylanh Qua hình vẽ ta thấy phân bố nhiệt độ piston, xylanh có số đặc điểm: Nhiệt độ thay đổi theo phương dọc theo thân piston xylanh Sự thay đổi đáng kể khoảng 1/3 thân piston xylanh phía buồng đốt 6.4 Trường nhiệt độ nhóm piston, xylanh Sự chênh lệch nhiệt độ piston xylanh đáng kể khu vực từ xéc măng thứ hai trở lên dòng nhiệt truyền từ khí cháy cho nước làm mát chủ yếu khu vực Từ đặc điểm phân bố nhiệt độ nhóm piston, xylanh trên, người ta có số giải pháp kết cấu để đảm bảo phân bố nhiệt độ piston, xylanh đồng hạn chế ứng suất nhiệt giảm tiết diện lưu thông nước làm mát phía gần buồng đốt xylanh, dầu nhờn làm mát piston [...]... kết luận khi tăng phụ tải của động cơ thì nhiệt độ vách trong xylanh cũng tăng theo 6.4 Trường nhiệt độ của nhóm piston, xylanh Việc nghiên cứu sự phân bố trường nhiệt độ trong nhóm piston, xylanh giup cho việc thiết kế, chế tạo và khai thác sử dụng động cơ Mặc dù động cơ hoạt động ổn định ở một chế độ, nhưng trạng thái nhiệt sẽ thay đổi theo các thông số của khí cháy trong một chu trình làm việc... tăng hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước làm mát tăng, do đó tổn thất nhiệt cho nước làm mát tăng Không tăng nhiệt độ nước làm mát quá 900C Nhiệt tải của xylanh giảm, nhiệt độ vách ngoài xylanh giảm, nên ứng suất nhiệt tăng 6.3.2 ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát tn khi phụ tải của động cơ không đổi Giả sử nhiệt độ nước làm mát tăng hoặc giảm một đại lượng là tn, khi đó nhiệt độ vách trong của xylanh... ra kết luận: Khi tăng nhiệt độ nước làm mát thì giảm được nhiệt tải xylanh (theo công thức a) t n = q K Khi thay đổi nhiệt độ nước làm mát mà phụ tải của động cơ không thay đổi, thì nhiệt độ cả hai phía của xylanh cũng thay đổi theo, nhưng nhiệt độ vách ngoài thay đổi nhanh hơn Điều đó có nghĩa là khi tăng nhiệt độ nước làm mát thì sẽ giảm đư ợc độ chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và vách ngoài,... lượng là t1, nhiệt độ vách ngoài của xylanh tăng hoặc giảm một đại lượng là t2, còn nhiệt tải xylanh sẽ tăng hoặc giảm một đại lượng là q Từ các công thức tính toán quá trình truyền nhiệt, ta có: q t n = (a) t2 > t1 (b) Trong đó: K K= 1 1 1 + + kc n cháy đến nước làm mát [Kcal/m2hđộ] là hệ số truyền nhiệt từ khí 6.3.2 ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát tn khi phụ tải của động cơ không đổi... thất nhiệt cho nước làm mát Không nên tăng nhiệt độ nước làm mát quá 900C áp của dòng nước làm mát tăng, nhiệt độ vách ngoài xylanh tăng, nên ứng suất nhiệt giảm 6.3.1.3 Nhiệt tải của xylanh đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu 1 100 90 n.103 [Kcal/ m2h0C t2 0C 2 70 3 ảnh hưởng của nhiệt tải của xylanh đến nvà nhiệt độ vách ngoài xylanh t - q=3,1.104Kcal/m2hđộ; x- q= 4,35104Kcal/m2hđộ q= 6,2104Kcal/m2hđộ Nhiệt. .. phân bố nhiệt độ trong piston, xylanh là ổn định Hình vẽ sau cho thấy sự phân bố nhiệt độ trong piston, xylanh 6.4 Trường nhiệt độ của nhóm piston, xylanh 1 2 Qua hình vẽ trên ta thấy sự phân bố nhiệt độ trong piston, xylanh có một số đặc điểm: Nhiệt độ thay đổi theo phương dọc theo thân piston và xylanh Sự thay đổi đáng kể nhất là ở khoảng 1/3 thân piston và xylanh về phía buồng đốt 6.4 Trường nhiệt. .. xylanh 3 Sự chênh lệch nhiệt độ giữa piston xylanh đáng kể nhất là khu vực từ xéc măng thứ hai trở lên do đó dòng nhiệt truyền từ khí cháy cho nước làm mát chủ yếu ở khu vực này Từ đặc điểm về sự phân bố nhiệt độ trong nhóm piston, xylanh như trên, người ta đã có một số giải pháp về kết cấu để đảm bảo sự phân bố nhiệt độ trong piston, xylanh đồng đều hơn và do đó hạn chế được ứng suất nhiệt như giảm tiết... độ chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và vách ngoài, do đó giảm được ứng suất nhiệt cho xylanh t2 > t1 6.3.3 ảnh hưởng của phụ tải động cơ khi nhiệt độ nư ớc làm mát không thay đổi Từ các công thức tính toán quá trình truyền nhiệt, ta có: Tkc (2Tkc + Tkc T1 ) Tkc T + A kc (1 + kc ) Tkc ( A 1)(Tkc T1 ) + A T1 = kc Trong đó: ' A = hc kc 1 2 ; , là khối lượng riêng của khí cháy trước và... tố ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt 1 2 3 6.3.1 ảnh hưởng của hệ số tỏa nhiêt đối lưu của nước làm mát ( n)- q3=n(t2-tn) Quá trình trao đổi nhiệt từ vách ngoài xylanh cho nước làm mát diễn ra dưới hình thức tỏa nhiệt đối lưu, cường độ của quá trình trao đổi nhiệt này(n) phụ thuộc trực tiếp vào các thông số sau: Tốc độ của dòng nước làm mát áp suất của nước làm mát Nhiệt tải của xylanh Sau đây... làm mát tăng, nhiệt độ vách ngoài xylanh giảm, nên ứng suất nhiệt tăng Không nên tăng nhiệt độ nước làm mát quá 900C 6.3.1.2 áp suất của nước làm mát đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu n.103 [Kcal/ m2h0C 1 6 2 4 2 50 70 90 110 tn 0C ảnh hưởng của áp suất nước làm mát đến nvà nhiệt độ vách ngoài xylanh t2 0- P=1,2Kg/cm2; x- P= 0,1Kg/cm2 P=0,6Kg/cm2 3 áp suất nước làm mát càng cao thì hệ số tỏa nhiệt đối lưu