2. Lượng khơng khí thực tế để đốt cháy 1kg nhiên liệu
2.3.4Phương trình nhiệt độngc ủa quá trình cháy 1 Khái niệm về hệ số sử dụng nhiệt
2.3.4.1. Khái niệm về hệ số sử dụng nhiệt
Trong tính tốn nhiệt động, quá trình cháy trong động cơ diesel được xem là bao gồm hai quá trình:
Quá trình cháy đẳng tích CZ1 Quá trình cháy đẳng áp Z1Z
Điểm C được xem là điểm bắt đầu cháy, cịn điểm Z là điểm kết thúc quá trình cháy.
Trong thực tế, năng lượng của nhiên liệu khi cháy khơng thể được sử dụng một cách hồn tồn để nâng cao nộ năng của chất khí và sinh cơng. Một phần nhiệt bị mất mát do sự cháy khơng hồn tồn của nhiên liệu. Quá trình cháy khơng hồn tồn được thể hiện bằng các sản phẩm cháy trung gian. Một phần nhiệt khác bị mất mát do sự trao đổi nhiệt của khí cháy cho thành vách xy lanh. Ngồi ra ở nhiệt độ cao (hơn 2000oK) sẽ xuất hiện sự phân hủy sản phẩm cháy. Quá trình phân hủy này thu nhiệt, khi nhiệt độ chu trình giảm xuống (trên đường giãn nở) quá trình xảy ra ngược lại, tức là các phân tử lại kết hợp với nhau, quá trình này tỏa nhiệt. Tuy nhiên lượng nhiệt toả ra nhỏ hơn lượng nhiệt thu vào trong quá trình phân hủy, tức là đã cĩ tổn thất nhiệt độ phân hủy. Trong động cơ diesel, lượng nhiệt mất mát này khơng đáng kể (khoảng 2%) vì nhiệt độ khí cháy thấp, cịn trong động cơ xăng, giá trị này lớn hơn.
Trong trường hợp đốt 1 kg nhiên liệu, nếu gọi nhiệt trị thấp của nhiên liệu là QH, phần nhiệt mất mát do cháy khơng hồn tồn là QKC, phần nhiệt mất mát do sản phẩm cháy là QPH, lượng nhiệt chất khí trao đổi cho thành vách xy lanh là QXL, khi đĩ ta cĩ: H ( KC PH) H Q Q Q x Q − + =
Nếu tính đến phần nhiệt mà khí cháy trao cho thành vách xy lanh thì khi đĩ ta cĩ: H XL PH KC H Q Q Q Q Q −( + + ) = ξ
ξ được gọi là hệ số sử dụng nhiệt. Như vậy hệ số sử dụng nhiệt cĩ tính đến
tất cả các tổn thất nhiệt khi nhiên liệu cháy sinh ra.
Sự thay đổi hệ số sử dụng nhiệt được biểu thị trên hình 2.2. Từ hình vẽ ta thấy giá trị hệ số sử dụng nhiệt cĩ thể khơng đạt giá trị cực đại tại khởi động mà sau điểm z. Khi điểm đạt cực đại của ξ càng xa z , quá trình cháy rớt càng phát triển, mất mát nhiệt do khí xả càng tăng và do đĩ tính kinh tế của chu trình cũng giảm xuống.
Hình 2.2 Sự thay đổi của hệ số sử dụng nhiệt ξ
Trong tính tốn và nghiên cứu chu trình cơng tác, chúng ta quan tâm đến hai giá trị ξ. Đĩ là ξ tại z kí hiệu ξz, tại b:ξb. Giá trị ξ đánh giá lượng nhiệt sử dụng được để biến đổi nội năng để sinh cơng. Do vậy (1-ξ) sẽ đánh giá phần nhiệt mất mát trong quá trình cháy.
Các giá trị ξz và ξb của các loại động cơ nằm trong khoảng sau: Động cơ thấp tốc và trung tốc: ξz = 0,75 – 0.85, ξb= 0,86 – 0,95 Động cơ cao tốc: ξz = 0,7 – 0,84 ; ξb = 0,85 – 0,90
Giá trị ξzcàng lớn, lượng nhiệt mà chất khí sử dụng được trong quá trình cháy để biến đổi nội năng chất khí và sinh cơng càng lớn, hiệu quả của quá trình cháy nhiên liệu càng cao. Nhưng đồng thời cũng sẽ làm cho các thơng số tại z cao, một trong những vấn đề cần được quan tâm đểđảm bảo động cơ làm việc an tồn và tin cậy.