Tính toán chu trình nhiệt động cơ 1nz fe

Tính toán các chu trình công tác của động cơ 1NZFE Các thông số chọn Bảng 42 Thông số chọn Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp Pk MNm2 0,1 Nhiệt độ khí nạp Tk K 298 Hệ số dư lượng không khí  1 Áp suất cuối kỳ nạp Pa MNm2 0,085 Áp suất khí sót Pr MNm2 0,11 Nhiệt độ khí sót Tr K 900 Độ sấy nóng khí nạp mới T 8 Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,865 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b b 0,95 Tỷ số tăng áp  4 Hệ số nạp thêm 1 1,02 Hệ số quét buồng cháy 2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,17 Hệ số điền đầy đồ thị đ 0,968 3.3.Tính toán các chu trình công tác 3.3.1. Quá trình nạp Hệ số khí sót : =0.0513 (31) Hệ số nạp : (32) Nhiệt độ cuối qúa trình nạp TaoK): Ta = (3=3) Ta = = 338,1786oK Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu : (34) Trong đó: Nhiên liêu Thành phần trong 1 kg nhiên liệu kg) Khối lượng phân tử nl kgkmol) Nhiệt trị thấp QH kjkg) C H O Xăng 0,855 0,145 0 110 120 43.995

Thiết kế động 3.Tính tốn chu trình cơng tác động 1NZ-FE 3.1.Các số liệu ban đầu Bảng 4-1 Thông số ban đầu Tên thông số Ký hiệu Thứ Giá trị ngun Cơng suất có ích Ne Kw 195 Tỷ số nén  Số vòng quay n Vịng/ phút 6045 Đường kính xi lanh D mm 95 Hành trình piston S mm 81 Số xi lanh i Số kỳ  Góc mở sớm xupáp nạp 1 Độ 15 Góc đóng muộn xupáp nạp 2 Độ 69 Góc mở sớm xupáp thải 3 Độ 32 Góc đóng muộn xupáp thải 4 Độ 11 Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp Pk MN/m2 0,1 Nhiệt độ khí nạp Tk K 298 Hệ số dư lượng khơng khí  Áp suất cuối kỳ nạp Pa MN/m2 0,085 Áp suất khí sót Pr MN/m2 0,11 Nhiệt độ khí sót Tr K 900 Độ sấy nóng khí nạp T Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 10,7 3.2.Các thông số chọn Bảng 4-2 Thông số chọn Tên thông số 1 Thiết kế động Hệ số lợi dụng nhiệt z z 0,865 Hệ số lợi dụng nhiệt b b 0,95 Tỷ số tăng áp  Hệ số nạp thêm 1 1,02 Hệ số quét buồng cháy 2 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,17 Hệ số điền đầy đồ thị đ 0,968 3.3.Tính tốn chu trình cơng tác 3.3.1 Q trình nạp - Hệ số khí sót r : r  -  Tk  T  p r Tr pa 1  p  m =0.0513  1  t   r   pa  (3-1) Hệ số nạp v :    pr  m  Tk pa  v   1   t       Tk  T p k   pa     (3-2) v - Nhiệt độ cuối qúa trình nạp Ta[oK): p   Tk  T   t r Tr  a  Ta =  pr   r m m (3=3) Thiết kế động = 338,1786[oK] Ta = - Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu M : M0  C H Onl (   ) 0,21 12 32 (3-4) Trong đó: Thành phần kg nhiên liệu [kg) Nhiên liêu Xăng Mo = - C H O 0,855 0,145 Khối lượng Nhiệt trị phân tử nl thấp QH [kg/kmol) [kj/kg) 110 - 120 43.995  0,885 0,145      =0, 512 [kmol không khí/kg nhiên liệu] 0,21  12 32  Tính số mol khí nạp M1 [kmol khơng khí/kg nhiên liệu] Do động 2GR-FE động phun xăng M  M = 1.0,512 = 0,512[kmol không khí/kg nhiên liệu] (3-5) 3.3.2 Q trình nén - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí m Cvkk [KJ/Kmol.K] m C vkk a v  - bv 0,00419 TK 19,806  298 =20,4303[KJ/Kmol.K] 2 (3-6) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy m Cv : m C v a v  bv Tr [KJ/Kmol.K] Trong đó: a"v 19,867  1,634 1,634 = a"v 19,867  = 21,501  (3-7) Thiết kế động 184,36    b"v  427,38  .10 = 0,0031   m C v 20,5010  - 0,0031 900 = 22,8960[KJ/Kmol.K] Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp cháy mCv [KJ/Kmol.K] m C v a v  bv Ta [KJ/Kmol.K) (3-8) Trong đó: a v'  bv'  a v  a v'' r 19,806  21,5010.0,0513  19,8887  r  0,0513 bv  bv'' r 0,00419  0,0031.0,0513  0,00428  r  0,0513 Vậy: m C v a v  - 0,0041 bv 338,1786 = 20,6132[KJ/Kmol.K] Ta =19,8887+ 2 Chỉ số nén đa biến trung bình n1: 8,314 n1 = + a v'  ' v (3-9) b Ta  n1     n1 = Giải phương trình theo phương pháp chia đôi ta được: n1 = 1,369 - Nhiệt độ cuối trình nén Tc: Tc = Ta  n  = 337,01 10,51, 369 -1 = 777,69[oK] - Áp suất cuối trình nén Pc: Pc = pa  n =0, 085 10,71, 369 =1.927 [MN/m2] 3.3.3 Q trình cháy - (3-10) Tính M: Động xăng  (3-11) Thiết kế động - M  H O   32  nl M  0,145   = 0,0279 32 120 (3-12) Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol/kg nhiên liệu]: M2 M1  M (3-13) M 0,512  0,0279 = 0,5398 [kmol/kg nhiên liệu] - Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết  0  -  o   r 1,0545  0,0564 = =1,0516  r  0,0564 0   z 1,0545  0,865 1  =1,047  r  b  0,0564 0,95 (3-16) Tính hệ số toả nhiệt xz z  0,865 xz  z  =0,910 b 0,95 - (3-15) Hệ số biến đổi phân tử  z z  z 1  - (3-14) Hệ số biến đổi phân tử thực tế   - M 0,5398 =1,0545 M 0,512 (3-17) Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn QH QH = 120000(1-)M0 (3-18) Do động phun xăng  = nên QH = - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất m Cvz z m C vz a vz  bvzTz (3-19) Trong đó: Thiết kế động      a v.M 1  x z  a v.M  x z   o   a vz     M  x z  r   M 1  x z  o   0,0503   21,5010 0,5398 0,865    19,8887 0,5121  0,9105  1,0545   a vz  =20,431 0,0503   0,5398 0,9105   , 512   , 9105   1,0537     bv.M2  xz    bv M11 xz  o     bvz    M2  xz  r   M11 xz  o   0,0503   0,0031 0,5398 0,9105    0,00428 0,5121  0,9105  1,0545   bvz  =0,00382 0,0503   0,5398 0,9105    0,512 0,9105  1 1,0545   - Nhiệt độ cực đại chu trình Tz [oK]  z  QH  QH   m C vc Tc   z m C ' ' vz Tz M 1  r  (3-20) Đưa dạng phương trình bậc hai: ATz2  BTz  C 0 A =  z bvz = 1,0473.0,00382 = 0,004  = 1,0473 20,431= 21,397 B =  z avz C=   z (Q H  Q H ) 0,865(43900  0) = = -70615,0549 M1.(1 r ) 0,512.(1  0,0503) Vậy phương trình bậc hai: 0,004Tz2  21,397Tz  70615,0549 0 Giải phương trình ta có: Tz = 2306,076 [oK] - Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2] p z  pc Tz  z [MN/m2] Tc (3-21) Thiết kế động Pz = 1,927 2306,076 1,047 = 5,983[MN/m2] 777,69 3.3.4 Quá trình giãn nở - Tỷ số giãn nở sớm : =1 - (3-22) Tỷ số giãn nở sau :  =  =10,7 - (3-23) Kiểm nghiệm lại trị số n2: Chọn trước n2, tính lặp n2 theo công thức: n2   8,314   b   z .(Q H  Q H )  a  bz. T  T  vz z b M11 r .. Tz  Tb ) Trong đó: Tb  Tz  n2  (3-24) [oK] Giải phương trình theo phương pháp chia đơi ta được: n2 = 1,2325 - Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb [oK] =1356,48[oK] - Áp suất cuối trình giãn nở Pb [MN/m2] pb  - (3-25) pz  n2 = =0,359[MN/m2] (3-26) Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Trtính [oK) P Trt Tb  r  Pb Sai số:    m m = 1356,48 0,11   0,359  1,  1, = 914,416[oK] Trtính  Trchon 914,416  900  2,2774%  15% Trtính 914,416 3.3.5 Tính tốn thơng số chu trình cơng tác (3-27) Thiết kế động Tính tốn thơng số thị: - Áp suất thị trung bình P 'i [MN/m2] P 'i  - Pc  λ     1  n2   1  n1   [MN/m ]  ε   n   ε  n1   ε   (3-28) Áp suất thị trung bình thực tế pi [MN/m2] pi  pi. â [MN/m2] (3-29) p i 1,2135.0,968 =1,18 [MN/m2] - Hiệu suất thị động i : i  - 8,314.M pi Tk 8,314.0.512.1.1747.298  0.4401 QH  v p k 43995 0.826.0.01 (3-30) Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi [g/kw.h] gi  3600000 3600000 = =185,92[g/kw.h] Q H  i 43995.0,4401 (3-31) 3.3.6 Tính tốn thơng số có ích: - Tổn thất giới pm [MN/m2] Theo công thức kinh nghiệm: p m a  b.C m  p r  p a Trong đó: C m  S n = 30 (3-32) = 16,32 [m/s] Tuỳ theo động tỷ số S/D, loại buồng cháy tra giá trị a, b Vậy: - p m 0,024  0,0053.16,0533  0,11  0,0847 = 0,1344[MN/m2] Áp suất có ích trung bình pe [MN/m2] p e  p i  p m = 1,1844 - 0,1344 = 1,05 [MN/m2] (4-33) - Hiệu suất giới m : Thiết kế động m  - pe 1,05 = = 0,88 p i 1,1844 (3-34) Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e [g/kw.h] ge  g i 185,92  = 210.[g/kw.h]  0,88 (3-35) - Hiêu suất có ích  e  e  m  i =0,88 0,44= 0,3888 - Thể tích cơng tác động Vh [dm3] Vh  - (3-36) N e 30. = p e i.n =0,61[dm3] (3-37) Kiểm nghiệm đường kính xi lanh Dt [dm] Dt  4.Vh  S = = 0.9535[dm] Sai lệch: (3-38) =0,053 ≤ 0,1[mm] Bảng 3-3 Các thông số tính tốn nhiệt Stt Tên thơng số Ký hiệu Thứ nguyên Kết QUÁ TRÌNH NẠP Nhiệt độ khơng khí trước xupap nạp Tk Hệ số nạp ηv 0,8064 Hệ số khí sót γr 0,0513 Nhiệt độ cuối q trình nạp Ta Q TRÌNH NÉN K K 298 338,178 Thiết kế động Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí m Cvkk kJ/kmol.độ 20,4303 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản vật cháy m Cv kJ/kmol.độ 22,896 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp công tác m Cv kJ/kmol.độ 20,613 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 Áp suất cuối trình nén pc 10 Nhiệt độ cuối trình nén Tc 1,369 MN/m2 K 1,927 777,69 Q TRÌNH CHÁY 11 Lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu M0 Kmolkk/kgnl 0,512 12 Số mol khí nạp M1 Kmol/kgnl 0,512 13 Số mol sản vật cháy M2 Kmol/kgnl 0,5398 14 Hệ số biến đổi phần tử lý thuyết β0 1,0545 15 Hệ số biến đổi phần tử thực tế β 1,0516 16 Hệ số biến đổi phần tử Z βz 1,047 17 Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn 18 Nhiệt độ cực đại chu trình Tz 19 Áp suất cực đại chu trình lý thuyết pz ΔQH 0 K MN/m2 2306,07 5,983 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ 20 Tỷ số giản nở sớm ρ 21 Tỷ số giản nở sau δ 10,5 22 Nhiệt độ cuối trình giản nở Tb 23 Áp suất cuối trình giản nở Pb 24 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 25 Nhiệt độ khí sót Tr K MN/m2 1356,48 0,359 1,2325 K 914,416 THÔNG SỐ CHỈ THỊ 26 Áp suất thị trung bình lý thuyết P 'i MN/m2 1,214 27 Áp suất thị trung bình thực tế pi MN/m2 1,18 10 Thiết kế động 28 Hiệu suất thị ηi 29 Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi 0,4401 kg/kw.h 185,92 CHỈ TIÊU CĨ ÍCH 30 Áp suất tổn thất giới trung bình pm MN/m2 0,1344 31 Áp suất có ích trung bình pe MN/m2 1,05 32 Hiệu suất giới ηm 33 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge 34 Hiệu suất có ích ηe 0,88 kg/kw.h 210 0,3888 3.3.7 Xác định lưu lượng dòng khí nạp, thải: Hình: Tiết diện lưu thơng xu-pap - - Khi tính tốn tiết diện lưu thơng ta thường giả thiết dịng khí qua họng đế xupáp ổn định, coi dịng khí nạp, thải có tốc độ bình qn tốc độ pittơng khơng đổi Căn vào giả thiết tính ổn định, liên tục dịng khí ta xác định tốc độ khí qua họng xupáp: - Qua tính tốn thực nghiệm tốc độ dịng khí nạp chếđộ tồn tải vkhn vkhn = 40 ÷ 115 m/s (ơtơ, máy kéo) chọn Vkhn=80 m/s 11 Thiết kế động - Đối với dịng khí thải, vkht = (1,2 - 1,5 )vkhn = (1,2 – 1,5).80= (96 – 120) m/s chọn Vkht= 110 m/s - Rút đường kính họng nạp: = 0,03 m2 - Đường kính họng thải: =0.025 m2 - Lưu lượng dịng khí nạp: Qn= Vkhn.dhn= 80.0,03= 2.4 m3/s - Lưu lượng dịng khí thải: Qt= Vkht Dht= 110.0,025= 2.75 m3/s 12