Chương 2 môi chất công tác

So sánh các chu trình Mục đích • Nghiên cứu quá trình nhiệt xảy ra trong động cơ, xây dựng mối quan hệ toán học tương đối đơn giản giữa các chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ bao gồm hiệu

CHƯƠNG 2

CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1 Những kiến thức cơ bản quan trọng của nhiệt kỹ thhuật dùng trong nguyên lý động cơ

2.2 Khái niệm

2.3 Các chu trình lý tưởng

2.4 Phân tích các chu trình lý tưởng

2.5 So sánh các chu trình

Mục đích

• Nghiên cứu quá trình nhiệt xảy ra trong

động cơ, xây dựng mối quan hệ toán học

tương đối đơn giản giữa các chỉ tiêu kỹ

thuật của động cơ bao gồm hiệu suất,

công suất, với những nhân tố chủ yếu

của chu trình công tác.

• Đánh giá mức độ hoàn thiện của những

quá trình ấy, trên cơ sở đó xác định

phương hướng chủ yếu nâng cao chất

lượng làm việc của động cơ

Nội dung

1 Những kiến thức cơ bản quan trọng

của nhiệt kỹ thuật dùng trong

2.1.1 Các thông số trạng thái:

• Áp suất môi chất.

• Nhiệt độ T: T=t 0 C + 273 0 K

• Thể tích V

• Thể tích của một đơn vị khối lượng:

• Khối lượng riêng:

2.1.3 Tỷ nhiệt:

Tỷ nhiệt giữa môi chất là tỷ số giữa vi lượng biến

thiên nhiệt lượng với vi lượng biến thiên về

=

2.1.4

2.1.4 Định Định luật luật nhiệt nhiệt động động thứ thứ nhất nhất::

Q = U + L

Q: biến đổi về nhiệt lượng

U: biến đổi về nôị năng

L: công của chu trình hay dq = C v dt + pdv

Nhiệt lượng cung cấp cho chu trình

dùng để sinh công và biến đổi nội năng

của môi chât.

1 P 2

P

=

T

CvdT T

T Cv

2

T

T V

V

=

T

dT Cp T

dq

ds = =

V T

2.2 Khái niệm:

2.2.1 Giả thuyết.

2.2.2 Các chỉ tiêu cần nghiên cứu.

2.2.1 Giả thiết

1 Môi chất công tác hoàn toàn ở thể khí

2 Quá trình nén và giãn nở môi chất công tác

biến đổi đoạn nhiệt

3 Không có trở lực nạp và thải khí, sự thay đổi

thể tích ở điều kiện khí trời

4 Quá trình cháy được thay thế bằng việc cấp

một lượng nhiệt Q 1 và lượng nhiệt do quá

trình thải lấy đi được thay bằng Q 2

5 Tỉ nhiệt của môi chất không thay đổi

2.2.2

2.2.2 Các Các chỉ chỉ tiêu tiêu cần cần nghiên nghiên cứu cứu::

1.Tính kinh tế:

1.Tính kinh tế: Tính kinh tế của chu trình Tính kinh tế của chu trình

được đặc trưng bởi hiệu suất nhiệt

được đặc trưng bởi hiệu suất nhiệt  là tỉ số là tỉ số

giữa lượng nhiệt chuyển biến thành công chia

cho lượng nhiệt cấp cho môi chất công tác

Q 1 : : nhiệt lượng cấp cho chu trình nhiệt lượng cấp cho chu trình

Q 2 :: nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh

L tt : : công của chu trình công của chu trình

1

t 1

2 1

2 1 t

Q

L Q

Q 1 Q

Q Q

= -

=

-= h

2.Tính hiệu quả

Tính hiệu quả đặc trưng bởi

công đơn vị của chu trình

tức là công tương ứng với

một đơn vị thể tích công tác

của xi lanh

P t còn gọi là áp suất bình

quân, là áp suất tưởng

tượng, không đổi, sau một

P =

Chu trình hỗn hợp là chu trình lý tưởng của

động cơ Diesel, động cơ có cầu giữ nhiệt

Đặc trưng bởi sự cấp nhiệt ban đầu ở thể tích

không đổi cy sau đó với áp suất không đổi yz

Số lượng nhiệt đưa vào:

Q 1 = Q’ 1 + Q’’ 1 Nhiệt thải ra ở trạng thái thể tích không đổi

Là chu trình lý tưởng của động cơ Diesel hiện

đại.

VV

V

=

=r

e

=

=

= rd

= d

c

a z

a c z z b

V

V V

V V V V V

- - -

Ty Tc b k Taz Ty

T T

- - -

y

c

T P

P T

e

d

-lr e

-=

h

-

-

-

-1 k a 1 k a

1 k a 1 k a

a 1 k

1 k a t

T T

k T

T

T

1 T

-

-=

le

rle

d

lre

h

11

11

11

1

k k

k

k k

1 k

k t

lr -

-= h

-2 Áp suất bình quân:

h

t t

V

L

P =

t 1

c z

c b

=-rd

1T

CV

QV

L

P

a

t 1

k a v h

t 1 h

t

t

rd

-eh-

rl

-le

a a

= rd = e Vb =Va

P 1 k

R

P

t 1

k a t

e

-eh -

r l

 - l

e -

=

-       t

k a

1 1

k

P

e -

Đặc trưng bởi sự cấp nhiệt Q Đặc trưng bởi sự cấp nhiệt Q 1 trong điều kiện thể

tích không đổi, còn lại giống chu trình hỗn hợp

V=Ct V=Ct   r r=1, =1, d d = = ee

Hiệu suất nhiệt và Ap suất bình quân

k a

1 1

k

P

e

-e -

=

k 1 k t

r

r e

11k

P

e

-e-

=

1 P

P

c

z =

= l

2.4 Phân tích các chu trình lý tưởng

2.4.1 Chu trình đẳng tích

1 Ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt:

e

1 k tv

1

1 e-

-=h

htv chỉ phụ thuộc vào 2 đại lượng tỷ số n chỉ phụ thuộc vào 2 đại lượng tỷ số né én n

ee (thông số kết cấu) và chỉ số nén đoạn nhiệt (thông số kết cấu) và chỉ số nén đoạn nhiệt

k, tức là phụ thuộc vào tình chất của môi chất

công tác.

Hiệu suất nhiệt của chu trình không phụ

thuộc vào lượng nhiệt cấp vào và phụ tải của

k =

v v

v v

p

C

R C

R C C

C

k= =  = 1 

•• Vì là chất khí nên R=const, nên nếu muốn k Vì là chất khí nên R=const, nên nếu muốn k

tăng, thì phải giảm Cv Việc thay đổi k thực tế

không làm được, tăng k chỉ còn cách là tăng

không làm được, tăng k chỉ còn cách là tăng 

•• Với những giá trị của Với những giá trị của ee và k đã cho thì và k đã cho thì hhtt không

thay đổi, tức là không phụ thuộc và công của chu

trình.

•• Khi tăng Khi tăng ee thì áp suất cuối quá trình giản nở thì áp suất cuối quá trình giản nở

giảm và vì vậy nhiệt cũng giảm Điều đó dẫn đến

làm giảm lượng nhiệt truyền cho nguồn lạnh, tức

là giảm mất mất nhiệt.

2 Áp suất bình quân Ptt::

 1 1  1

-

e

h e

k P

a t

••P P t tỷ lệ thuận với áp suất đầu quá trình nén

P a P a có ảnh hưởng đến công của chu trình

v

và à công suất động cơ công suất động cơ.

••Khi Q Khi Q 1 =const, tăng =const, tăng ee thì P thì P tt tăng mặc dù tăng mặc dù ll

c

có ó giảm đôi chút vì từ (2) giảm đôi chút vì từ (2) 

Khi Khi ee tăng t tăng thì hì P P tt tăng nhưng tăng chậm hơn

so với

so với hhtt

(2)

1 T

C

Q

1 k a v

1

 e

=

-• Khi giữ nguyên e nếu tăng l thì P t tăng, P t tăng

nhanh hơn so với mức tăng của l.

• KẾT LUẬN: Như vậy tăng tỷ số nén e là biện pháp

tốt nhất để tăng h t và P t nhưng tỷ số nén trong động

cơ xăng và động cơ ga bị han chế do hiện tượng cháy

sớm và kích nổ

exăng = 7  12; e ga = 7  12 ; e dầu hoả = 4,5  5,2

Thực tế:

• - Đốt nhiều nhiên liệu xăng tức l tăng thì P t tăng.

• - P a tăng thì P t tăng nghĩa là điều khiển bộ chế hoà

khí cho phù hợp

1 k t

r

r e

thuộc vào tỷ số giản nở sớm

thuộc vào tỷ số giản nở sớm r r



 Ảnh hưởng của Ảnh hưởng của ee, k đến , k đến hhtt giống như trong

chu trình đẳng tích.

Công của của chu chu trình trình tăng tăng lên lên ((tức tức r r tăng tăng) ) thì thì

htt giảm giảm h htt cực cực đại đại khi khi mà mà số số nhiên nhiên liệu liệu Q Q1

Q1

k

1

a v

1 1

k

=

=

=e-rl

1 k 1

k

k t

-

-lr-

=-rl

-le

lr-

 r

= l

-d

d k

d

Đặt ta c ta có ó

Thay v

Thay và ào PT trên ta được o PT trên ta được

  const k

d

k = -  r l

-r l

l

r l d

d k

-r

r

=l

-Khi Q 1 =const, nếu tăng l thì do k>1 và r 1

nên r k -1 > 0, r -1  0, 1-k < 0, nghĩa là vi phân

theo l thì bao giờ cũng âm Nghĩa là trong

điều kiện Q 1 =const nếu ta tăng l thì r giảm và

lrk cũng giảm, suy ra giảm, do vậy h t

tăng.

Khi l max thì r=1 tăng cấp nhiệt đẳng tích thì

hiệu suất lớn, h tmin khi r max , l=1

1 1 1

1

- -

-= - -

d

r r r

r l

P 1

-

-e

e

=

••Khi Khi hhtt tăng tăng thì thì P P tt tăng tăng

- Khi Khi r r=const, =const, tăng tăng l l thì thì P P tt tăng

Nếu Nếu rr  const, const, m mà à l l = const = const nếu nếu tăng tăng rr

thì

thì áp áp suất suất bình bình quân quân P P tt sẽ sẽ tăng tăng

Tăng Tăng Q Q 1 nghĩa nghĩa llà à tăng tăng B, B, tăng tăng P P a thì thì P P tt

Trạng thái thái ở ở điểm điểm a a của của chu chu trình trình như như sau sau

••Với Với chu chu trình trình đẳng đẳng tích tích V=const V=const

Tds

dq T

dq

12 a 2

••Đối với chu trình đẳng áp P=const Đối với chu trình đẳng áp P=const

• Điểm Điểm a a v và à c c trùng trùng nhau nhau với với cùng cùng ee

•• Đường Đường cấp cấp nhiệt nhiệt đẳng đẳng áp áp thoải thoải hơn hơn

•• Đối với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

- Điểm a,c trùng nhau từ c theo czv

đến z’ đi song song với czp thoả mãn

Q1=F1acz’z2, đường z2 gặp abp tại:

- So sánh F1abv2v<F1ab2<F1abp2p

nên Q2v < Q2vp < Q2p

 htv > ht > htp

2 z ' cz 1

2 ab 1 1

2 1

2 1

t

F

F 1 Q

Q 1 Q

Q Q

-= -

=

-= h

2.5.2 Cùng Q1, Pz

- Trên quan điểm thực tế phải tiến hành so sánh các

chu trình trong điều kiện cùng một trị số về áp suất

cực đại Pz = Pcl và cùng một lượng nhiệt đưa vào Q1.

Nên Nên hhtp > > hhtvp > > hhtv

Do đó ở cùng một trị số áp suất cực đại Pzz như

nhau nhưng với tỷ số nén

nhau nhưng với tỷ số nén ee khác nhau, chu trình khác nhau, chu trình

đẳng áp kinh tế hơn so với chu trình đẳng tích

có tỷ số nén nhỏ Chu trình hỗn hợp có trị số

trung gian do các

trung gian do các ll và và rr quyết địnhquyết định

Trong thực tế động cơ Diesel hiệu suất cao

hơn động cơ xăng mặc dù nó làm việc với

chu trình ít kinh tế hơn vì tỷ số nén của nó

lớn hơn rất nhiều so với động cơ xăng.