Kết cấu động cơ đốt trong - TÍNH TOÁN chu trình NHIỆT ĐỘNG CƠ

Tài liệu tham khảo Kết cấu tính toán động Cơ đốt trong - Bản vẽ Cơ cấu phối khí thuộc Bộ môn Động lực, Khoa Cơ khí, Đại học kỹ thuật

T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚCh ng 1. ỉå TÊNH TOẠN CHU TRÇNH NHIÃÛT Â Ä Ü N G C ÅMủc âêch ph n tênh toạn nhi ût â üng c giụp cho sinháư ã ä å vi n v ûn dủng ki n th ïc â hc trong m n nguy n l â üngã á ãú ỉ ä ã ä c â t trong â tênh toạn cạc quạ trçnh nhi ût trong â üng cå äú ãø ã ä å qua âọ hi u r â üc cạc quan h û gi ỵa cạc th ng s nhi ûtãø ỉå ã ỉ ä äú ã â üng cu a chu trçnh, xạc âënh â üc cạc chè ti u kinh t kä í ỉå ã ãú thu ût va ki m nghi ûm lải cạc kêch th ïc c ba n cu a â üngá ì ãø ã ỉå å í í ä c . T k t qua tênh toạn nhi ût sinh vi n cọ th x y d ûngå ỉì ãú í ã ã ãø á ỉ â üc â thë c ng l thuy t cu a â üng c . T cạc s li ûå äư ä ãú í ä å ỉì äú ã v k t c u va chè ti u k thu ût cu a â üng c cho tr ïc, sinhãư ãú áú ì ã á í ä å ỉå vi n l ûa chn cạc th ng s khạc âàûc tr ng cho âi u ki ûnã ỉ ä äú ỉ ãư ã v ûn ha nh â xạc âënh cạc th ng s nhi ût â üng cu a t ngá ì ãø ä äú ã ä í ỉì quạ trçnh. Cạc th ng s chn d ûa tr n c s loải â üng c ,ä äú ỉ ã å å í ä å âàûc âi m k t c u. Cạc th ng s â üc k hi ûu nh trong ta iãø ãú áú ä äú ỉå ã ỉ ì li ûu ã"Nguy ã n l â ä ü n g c å â ä ú t trong" cu a GS Nguy ùn T t Ti n (NXBí ã áú ãú Giạo dủc, 2000).1.1Thäng säú cho trỉåïc ca âäüng cå:Tãn thäng s ä ú K hi ã û u Thỉ ï nguy ã n Giạ trëC ng su t cọ êchä áú NeKwTy s nẹní äúεS vo ng quaú ì n Vo ng/ì phụtng kênh xi lanhÂỉåì D mmHa nh trçnh pistonì S mmS xi lanhäú iS kú ìτGọc m s ïmåí å xupạp nảpϕ1üÂäGọc âọng mu ünä xupạp nảpϕ2üÂäGọc m s ïmåí å xupạp tha iíϕ3üÂäGọc âọng mu ünä xupạp tha iíϕ4üÂäLoải bu ng chạưKi u xu pạpãø1.2Thäng säú chn ca âäüng cå:Tãn thäng s ä ú K hi ã û u Th ỉ ï ngun Giạ trëA p su t khê nảpÏ áú PkMN/m21 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚNhi ût â ü khê nảpã ä TkKH û s d l üngã äú ỉ ỉå kh ng khê äαA p su t cu i k áú äú ì nảpPaMN/m2A p su t khê sọtÏ áú PrMN/m2Nhi ût â ü khê sọtã ä TrKü s y nọng khêÂä áú nảp m ïiå∆TChè s âoản nhi ûtäú ã mH û s l üi dủngã äú å nhi ût tải zãξzH û s l üi dủngã äú å nhi ût tải bãξbTy s tàng ạpí äúλH û s nảp th mã äú ã λ1H û s quẹtã äú bu ng chạưλ2H û s hi ûu âênhã äú ã ty nhi ûtí ãλtH û s âi n â äú ãư áư â thëäưϕâCạc s ä ú liã û u tham kho â ã ø cho ü n:Lo¹i ®éng c¬HƯ sè d lỵng kh«ng khÝ αTû sè t¨ng ¸p λ§éng c¬ x¨ng 0,85 - 1,15§éng c¬ Diesel - Tèc ®é thÊp- Cao tèc bng ch¸y thèng nhÊt- Cao tèc bng ch¸y ng¨n c¸ch- T¨ng ¸p1,6 -2,01,5 - 1,91,2 - 1,71,7 - 2,21,7 - 2,21,5 - 1,8Lo¹i ®éng c¬ξbξzpr [MN/m2] Tr [K]∆T§éng c¬ Diesel0,80 - 0,900,65 - 0,85 0,104 - 0,118 700 - 900 0 - 20§éng c¬ X¨ng0,85 - 0,950,85 - 0,92 0,101 - 0,118 900- 1000§éng c¬ Ga 0,8 - 0,8520 - 40Chn λt theo ba ngíα0,8 0,9 1,2 1,4λt1,13 1,17 1,14 1,112 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚ1.3Tênh toạn cạc thäng säú ca chu trçnh:1 3.1. Tênh quạ trçnh nảp:1. Tênh h û s khê sọt ã äú γr:m1ar2t1arrk2rpp.1ppT)TT(λλ−ελ∆+λ=γ(1-1)2. Tênh h û s nảp ã äú ηv:λλ−ελ∆+−ε=ηm1ar2t1k.akkvpp.pp)TT(T)1(1(1-2)3. Tênh nhi ût â ü cu i quạ trçnh nảp ã ä äú Ta (K):)1(ppT TTTrm1mrarrtKaγ+γλ+∆+=−(1-3)Lo¹i ®éng c¬ηvγrTa [K]§éng c¬ x¨ng 0,75 - 0,85 0,07 - 0,12 340 - 400§éng c¬ Diesel 0,75 - 0,95 0,03 - 0,06 310 - 3404. Tênh s mol kh ng khê â â t chạy m üt kg nhi n li ûu äú ä ãø äú ä ã ã M0 (kmolKK/kgnl):Nhiªn liªuThµnh phÇn trong 1 kg nhiªn liƯu [kg]C H OKhèi lỵng ph©n tư µnl [kg/kmol]NhiƯt trÞ thÊp QH [kj/kg]X¨ng 0,855 0,145 0 110 - 120 43.995Diesel 0,87 0,126 0,004 180 - 200 42.530)32O4H12C(21,01Mnl0−+=(1-4)5. Tênh s mol khê nảp m ïi äú å M1: (1-5)01M.M α= (â üng c Diesel, â üng c phun xàng)ä å ä ånl011M.Mµ+α= (â üng c xàng du ng b ü ch hoa khê)ä å ì ä ãú ì1 3.2. Tênh quạ trçnh nẹn6. Ty nhi ût cu a kh ng khê í ã í ävkkmC (kJ/kmol.K):T.200419,0806,19T2baCmvvvkk+=+= (1-6)7. Ty nhi ût mol cu a sa n ph m chạy í ã í í áøvCm′′(kJ/kmol.K):T2baCmvvv′′+′′=′′(1-7)N u 0,7ãú ≤α<1 thç: α+= .504,3997,17"av3 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚ( )5v10 4,25234,360"b−α+= N u ãú α≥1 thç: α+=634,1867,19"av5v10.36,18438,427"b−α+= 8. Ty nhi ût cu a h ùn h üp chạy í ã í ä åvCm′(kJ/kmol.K):viivmC.rCm∑=′rvrvkkv1Cm.CmCmγ+′′γ+=′(1-8)Cọ th vi t d ïi dảng: ãø ãú ỉåT2baCmvvv′+′=′Trong âọ:rvrvv1a.aaγ+′′γ+=′ ; rvrvv1b.bbγ+′′γ+=′9. Tênh chè s nẹn âa bi n trung bçnh äú ãú n1:Chn tr ïc nỉå1, th va o ph ng trçnh sau, xạc âënh nãú ì ỉå1 bà ngò ph ng phạp g n âụng.ỉå áư)1(T2ba314,81n1navv11+ε′+′+=−(1-9)Khi sai s hai v nho h n 0,001 thç l y giạ trë näú ãú í å áú1 â chn.10. Tênh nhi ût â ü cu i ky nẹn ã ä äú ì Tc (K):1nac1.TT−ε=(1-10)11. Tênh ạp su t cu i ky nẹn áú äú ì pc (MN/m2):1nac.pp ε=(1-11)Lo¹i ®éng c¬ n1pc [MN/m2] Tc [K]X¨ng 1,34 - 1,38 0,9 - 1,5 600 - 750Diesel - Bng ch¸y ng¨n c¸ch- Bng ch¸y thèng nhÊt1,34 - 1,381,34 - 1,423,5 - 6,03,5 - 6,0700 - 10501 3.3. Tênh quạ trçnh chạy 12. Tênh ∆M:üng c Diesel Âä å32O4HM +=∆(1-12)üng c xàng khi Âä å α≥ 1 thç nl132O4HMµ−+=∆(1-13)khi 0,7≤α< 1 thç µ+α−α++=∆nl001M.M 79,02H12CM13. Tênh s mol sa n ph m chạy äú í áø M2 (kmol/kgnl):MMM12∆+=(1-14)14. H û s bi n â i ph n t l thuy t.ã äú ãú äø á ỉí ãú4 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚ120MM=β(1-15)15. H û s bi n â i ph n t th ûc t .ã äú ãú äø á ỉí ỉ ãúrro1 γ+γ+β=β(1-16)16. H û s bi n â i ph n t tải ã äú ãú äø á ỉí z.bzroz.111ξξγ+−β+=β(1-17)17. Tênh h û s toa nhi ût ã äú í ã xz tải z: bzzxξξ=(1-18)18. T n th t nhi ût do chạy kh ng ho an toa n:äø áú ã ä ì ì(1-19)α>1 thç ∆ QH = 0(â üng c Diesel) ä åα <1 thç ∆ QH = 120.103.(1-α)M0 (â üng c âạnh l ậ å ỉí c ỵng b ïc)ỉå ỉ19. Ty nhi ût mol âà ng têch trung bçnh m i ch t tải z.í ã ó ä áúzvzvzvzT2baCm′′+′′=′′(1-20)( )( )z1orz2z1voz2vvzx1MxMx1M.axM.aa−+βγ+−′+βγ+′′=′′( )( )z1orz2z1voz2vvzx1MxMx1M.bxM.bb−+βγ+−′+βγ+′′=′′20. Nhi ût â ü c ûc âải cu a chu trçnh ã ä ỉ í Tz (K):Nhi ût â ü c ûc âải tênh theo ph ng trçnh chạy:ã ä ỉ ỉå(1-21)( )( )zvzzcvcr1HHzT.''C.m.T.Cm1.MQQ.β=′+γ+∆−ξ(â üng c âa ïnh l a c ỵngä å ỉí ỉå b ïc)ỉ( )zpzzcvcr1HzT.''C.m.T) 314,8Cm(1.MQ.β=λ+′+γ+ξ(â üng c Diesel)ä åa v dảng ph ng trçnh b ûc hai: Âỉ ãư ỉå á0CBTATz2z=++Cạc h û s A, B, C cu a ph ng trçnh xạc âënh theo ba ng:ã äú í ỉå íüng cÂä å A B Cüng cÂä å âạnh l í 2b.vzz′′βvzza.′′βccvvr1HHzT).T.2ba()1.(M)QQ(′+′−γ+∆−ξ−5 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚc ỵng b ïcỉå ỉüng cÂä å Diesel2b.vzz′′β)314,8a.(vzz+′′βccvvr1HzT) 314,8T.2ba()1.(MQ.λ+′+′−γ+ξ−21.Xạc âënh ty s tàng ạp í äú λ Tr ng h üp â üng c âạnh l a c ỵng b ïc:ỉåì å ä å ỉí ỉå ỉ czzTTβ=λ(1-22)Tr ng h üp â üng c Diesel thç chn theo ba ng.ỉåì å ä å í22.p su t c ûc âải chu trçnh áú ỉ pz.λ= .ppcz(1-23)Lo¹i ®éng c¬ pz [MN/m2] Tz [K]X¨ng 2,8 - 6,0 2500 - 2800Diesel 4,8 - 9,6 1900 - 22001 3.4. Tênh quạ trçnh gin nåí: 23. Ty s gin n s ïm: í äú å í å (1-24)ρ = 1 (â üng c âạnh l a c ỵng b ïc)ä å ỉí ỉå ỉczzTTλβ=ρ (â üng c Diesel)ä å24.Ty s gin n sau: í äú å í (1-25)δ = ε (â üng c âạnh l a c ỵng b ïc)ä å ỉí ỉå ỉρε=δ(â üng c Diesel) ä å25.Ki m nghi ûm lải trë s ãø ã äú n2:Chn tr ïc nỉå2 th va o ph ng trçnh sau, xạc âënh nãú ì ỉå2 bà ngò ph ng phạp g n âụng. ỉå áư( )( ) ( )( )bzzvzbzr1HHzb2TT.2baTT.1 M)QQ.(314,81n+′′+′′+−γ+β∆−ξ−ξ=−(1-26)Trong âo ï: 1nzb2TT−δ=Khi sai s hai v nho h n 0,001 thç l y giạ trë näú ãú í å áú2 â chn.26. Nhi ût â ü cu i quạ trçnh gin n ã ä äú åí Tb (K):1nzb2TT−δ=(1-27)27. p su t cu i quạ trçnh gin n áú äú åí pb (MN/m2):2nzbppδ=(1-28)28. Ki m nghi ûm lải nhi ût â ü khê sọt:ãø ã ã äm1mbrbrtênhppTT−=(1-29)6 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚSai s äú%15TTTrrchnrtênh<−Lo¹i ®éng c¬ n2pb [MN/m2] Tb [K]§éng c¬ x¨ng 1,23 - 1,34 0,34 - 0,49 1200 - 1500§éng c¬ Diesel 1,15 - 1,28 0,2 - 0,6 1000 - 12001 3.5. Cạc thäng säú chè thë:29. p su t chè thë trung bçnh l thuy t (MN/máú ãú2):Tr ng h üp â üng c âạnh l a c ỵng b ïc:ỉåì å ä å ỉí ỉå ỉ(1-30)ε−−−ε−−λ−ε=−− 1n11n2ci1211.1n111.1n.1p'pTr ng h üp â üng c Diesel:ỉåì å ä åε−−−δ−−λρ+−ρλ−ε=−− 1n11n2ci1211.1n111.1n)1(.1p'p30. p su t chè thë trung bçnh (MN/máú2):âii.pp ϕ′= (1-31)31. Hi ûu su t chè thë â üng c ã áú ä å ηi: kvHki1ip QT.p.M.314,8η=η(1-32)32. Su t ti u hao nhi n li ûu chè thë áú ã ã ã gi (g/kw.h):iHi.Q3600000gη=(1-33)Lo¹i ®éng c¬ pi [MN/m2] gi [g/kw.h]ηi§éng c¬ x¨ng 0,68 - 1,18 210 - 340 0,25 - 0,44§éng c¬ Diesel 0,64 - 0,96 150 - 20 0,43 - 0,561 3.6. Cạc thäng säú cọ êch:33. T n th t c gi ïi äø áú å å pm (MN/m2 ):Theo c ng th ïc kinh nghi ûm:ä ỉ ãarmmppC.bap −++=(1-34)Trong âo ï:30n.SCm= (m/s)Tuy theo â üng c va ty s S/D, loải bu ng chạy (â üng cì ä å ì í äú äư ä å Diesel) tra cạc giạ trë a, b theo ba ng sau:í ä ü n g c å a büng c xàngÂä åS/D ≥ 1 0,05 0,0155S/D < 1 0,04 0,0135üng c Diesel bu ng chạä å äư th ng nh täú áúi≤6 0,09 0,012i >6 0,03 0,012üng c Diesel bu ng chạä å äư xoạy l cäú0,09 0,0138üng c Diesel bu ng chạä å äư d û bëỉ0,015 0,01567 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚ 34. p su t cọ êch trung bçnh (MN/máú2):mieppp −= (1-35)35. Hi ûu su t c gi ïi (%):ã áú å åiempp=η(1-36)36. Su t ti u hao nhi n li ûu cọ êch (g/kw.h):áú ã ã ãmieggη=(1-37)37. Hi ûu su t cọ êch (%):ã áúime.ηη=η(1-38)Lo¹i ®éng c¬ηmpe [MN/m2] ge [g/kw.h]ηeX¨ng 0,7 - 0,85 0,6 - 1,0 260 - 380 0,22 - 0,33Diesel 0,7 - 0,9 0,55 - 0,85 200 - 285 0,3 - 0,43 38.Th têch c ng tạc cu a â üng c (dmãø ä í ä å3):n.i.p.30.NVeehτ=(1-39)39.Ki m nghi ûm â ng kênh xi lanh (mm):ãø ã ỉå ìS.V.4.100Dhtπ=(1-40)N u sai l ûch ãú ãmm1,0DDDt≤−=∆thç âảt, n u kh ng thç pha iãú ä í tênh lải.1.4V âäư thë cäng v â üc â thë c ng c n pha i th ûc hi ûn nh ỵngÂãø ỉå äư ä áư í ỉ ã ỉ b ïc sau:ỉå40. Xạc âënh cạc âi m tr n â ng nẹn v ïi chè s nẹn âẫø ã ỉå ì å äú bi n nãú1 Ph ng trçnh â ng nẹn: ỉå ỉå ìconstpV1n=, do âọ n u gi x lẫú ì âi m b t ky tr n â ng nẹn thç:ãø áú ì ã ỉåì11nnxnxnccVpVp =. Rụt ra: 1ncnxcnxVV1pp=. àût ÂiVVcnx= ta cọ 1ncnxipp =- n1 la chè s nẹn âa bi n trung bçnh, xạc âënh th ngì äú ãú ä qua tênh toạn nhi ût.ã41. X y d ûng â ng cong ạp su t tr n â ng gin n :á ỉ ỉå ì áú ã ỉåì åíPh ng trçnh cu a â ng gin n âa bi n:ỉå í ỉå ì åí ãúconstpV2n=, do âọ n u gi x la âi m b t ky tr n â ng gin n thç:ãú ì ãø áú ì ã ỉå ì åí8 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚ22ngnxgnxnzzVpVp =. Rụt ra:2nzgnxzgnxVV1pp=. Chụ rà ng òczVV ρ=, âàût iVVcgnx= do âọ 22nnzgnxi.ppρ=- n2 la chè s gin n âa bi n trung bçnh, xạc âënhì äú åí ãú th ng qua tênh toạn nhi ût. ä ã42. L ûp ba ng xạc âënh â ng nẹn va â ng gin n :á í ỉå ì ì ỉå ì åíVxi ỉ å ì n g nẹn  ỉ å ì n g gin n åí1ni1ni11ncip2ni2ni122nnzi.pρVc1 . . . . . . . .εVcε43. Xạc âënh cạc âi m âàûc bi ût:ãø ãChn cạc ty l û xêch í ã µv va ì µp sau âọ v h û trủc toả â üã ä (V,p).Cạc âi m âàûc bi ût âọ la :ãø ã ìr(Vc,pr); a(Va,pa); b(Va,pb); c(Vc,pc); y(Vc,pz); z(Vz,pz).Chụ cạc quan h û th têch: Vã ãøa = Vc + Vh; S4DV;1VV2hhcπ=−ε=44. N i cạc âi m trung gian cu a â ng nẹn va â ng ginäú ãø í ỉå ì ì ỉå ì n v ïi cạc âi m âàûc bi ût, s â üc â thë c ng låí å ãø ã ỉå äư ä thuy t.ãú45. Du ng â thë Brick xạc âënh cạc âi m: ì äư ãø• Phun s ïm (c’ - â üng c Diesel), ạnh l a s ïm (c’å ä å  ỉí å - â üng cä å xàng)• M s ïm (b’), âọng mu ün (r’’) xupạp tha i.åí å ä í• M s ïm (r’), âọng mu ün (a’) xupạp nảp.åí å ä44. Hi ûu chènh â thë c ng: ã äư ä â üng c xàng l y ạp su t c ûc âải bà ng (0,85 - 0,9) pÅÍ ä å áú áú ỉ òzXạc âënh cạc âi m trung gian:ãø• Tr n âoản cy l y âi m c’’ v ïi c’’c = 1/3c áú ãø å• Tr n âoản yz l y âi m z’’ v ïi yz’’ = 1/2 yzã áú ãø å• Tr n âoản ba l y âi m b’’ v ïi bb’’ = 1/2ba.ã áú ãø åN i cạc âi m c’c’’z’’ va â ng gin n tha nh â ngäú ãø ì ỉåì åí ì ỉå ì cong li n tủc tải CT va CD va ti p xục v ïi â ng tha i. Tẫ  ì  ì ãú å ỉå ì í s nh ûn â üc â thë c ng â hi ûu chènh.á ỉå äư ä ã9 T NH TOA N K T C U NG C T TRONGÊ Ï ÃÚ ÁÚ ÂÄÜ Å ÂÄÚHçnh 1.1  ä ư thë c äng â ä ü n g c å xàngHçnh 1.2  ä ư th ë c ä ng â ä ü n g c å DieselS dủng ch ng trçnh tênh toạn nhi ût:ỉí ỉå ãCh ng trçnh â üc vi t bà ng ng n ng ỵ AUTOLISP, ca iỉå ỉå ãú ò ä ỉ ì âàût tr n AUTOCAD.ãCh ng trçnh cọ th tênh t ng quạ trçnh hồûc cọ thỉå ãø ỉì ãø chảy t t ca cạc quạ trçnh cu ng m üt lục tuy theo cạch l ûấú í ì ä ì ỉ chn. th ûc hi ûn ch ng trçnh, chảy AUTOCAD.Âãø ỉ ã ỉåTr n thanh Menu, nh p chu üt va o "Tênh toạn nhi ût â üngã áú ä ì ã ä c ".åN u tênh t ng quạ trçnh thç nh p va o " Tênh t ng quạãú ỉì áú ì ỉì trçnh"Chụng ta s gàûp c u ho i: cọ s li ûu â ch ấ í  äú ã ãư ỉChn tênh quạ trçnh nảpChn cạc th ng s cu a quạ trçnh nảpä äú íGhi file s li ûu chn v ïi cạch ghi th ng nh t nh :äú ã å äú áú ỉ de+<s â > + chonnapäú ãư10 . 0,85 - 1,15§éng c¬ Diesel - Tèc ®é thÊp- Cao tèc bng ch¸y thèng nhÊt- Cao tèc bng ch¸y ng¨n c¸ch- T¨ng ¸p1,6 -2 ,01,5 - 1,91,2 - 1,71,7 - 2,21,7 - 2,21,5 -. Diesel0,80 - 0,900,65 - 0,85 0,104 - 0,118 700 - 900 0 - 20§éng c¬ X¨ng0,85 - 0,950,85 - 0,92 0,101 - 0,118 90 0- 1000§éng c¬ Ga 0,8 - 0,8520 - 40Chn λt