A. Nhiệt độ thành vách bộ sấy nóng; B. Nhiệt độ trung bình của buồng giãn nở; C. Nhiệt độ trung bình của buồng nén; D. Nhiệt độ của nước làm mát
Một sự khác biệt cơ bản khác của chu trình thực tế so với chu trình lý thuyết là các quá trình nén và giãn nở là không đẳng nhiệt. Một động cơ hoạt động ở tốc độ vừa phải (1000 v/ph), sự khác biệt này làm cho các quá trình gần giống với quá trình đoạn nhiệt hơn là đẳng nhiệt. Để cải thiện tình trạng này, người ta thường lắp các bộ trao đổi nhiệt đặc biệt như H. 2.4, bao gồm: bộ sấy nóng lắp cạnh bên buồng giãn nở, truyền nhiệt cho MCCT; và bộ làm mát lắp cạnh bên buồng nén, để lấy nhiệt độ từ MCCT truyền ra ngoài. Mục đích là để giảm nhỏ ảnh hưởng của quá trình truyền nhiệt đến
chu trình thực.
2) Ảnh hưởng do hồn nhiệt khơng hồn tồn:
Nếu muốn động cơ có hiệu suất cao, thiết bị hoàn nhiệt cần phải đảm bảo q trình nhận và hồn nhiệt cho MCCT càng hoàn hảo càng tốt. Trong thực tế, q trình hồn nhiệt sai lệch so với điều kiện lý thuyết là đáng kể. Ảnh hưởng do q trình hồn nhiệt khơng hồn tồn được biểu diễn trên H. 2.7.
Quá trình trao đổi nhiệt ở bộ hoàn
nhiệt xảy ra hai giai đoạn: trước hết là giai
đoạn MCCT truyền nhiệt cho bộ hoàn
nhiệt, ứng với giai đoạn MCCT đi từ buồng giãn nở sang buồng nén (quá trình 4-1). Bộ hồn nhiệt nhận và tích nhiệt, nếu q trình
trao đổi nhiệt diễn ra khơng hồn tồn thì nhiệt độ và áp suất của MCCT khi ra khỏi bộ hồn nhiệt vẫn cịn cao (điểm 1’ cao hơn điểm 1). Vì vậy quá trình nén thực tế (1’-2’) sẽ cao hơn quá trình lý thuyết (1-2), do đó diện tích đồ thị đã bị thu nhỏ một phần
tương ứng với vùng gạch chéo (1-2-2’-1’-1).
Tương tự như vậy, giai đoạn bộ hoàn nhiệt truyền nhiệt của mình cho MCCT (hồn nhiệt), nếu quá trình trao đổi nhiệt diễn ra khơng hồn tồn thì nhiệt độ và áp
suất của MCCT khi ra khỏi bộ hoàn nhiệt vẫn cịn thấp (điểm 3’ thấp hơn điểm 3). Vì vậy quá trình giãn nở thực (3’-4’) nằm dưới quá trình giãn nở lý thuyết (3-4), làm cho diện tích tương ứng với công giãn nở thực nhỏ đi một phần tương ứng với diện tích
4 4’ 1’ 3 3’ 2’ p V 2 1 H. 2.7. Ảnh hưởng do quá trình hồn nhiệt khơng hồn tồn
1-2-3-4-1. Chu trình Stirling lý tưởng; 1’-2’-3’-4’-1’. Chu trình có kể đến ảnh hưởng do q trình hồn nhiệt khơng
vùng gạch chéo (3-4-4’-3’-3). Như vậy q trình hồn nhiệt khơng hồn tồn làm cho cơng của chu trình thực giảm đi, điều đó khẳng định hiệu suất và công suất của động cơ thực giảm đi.
3) Ảnh hưởng do có sự rị lọt mơi chất công tác:
Trong động cơ thực, do tồn tại khe
hở giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau, đặc biệt là khe hở giữa các cặp xylanh-piston nén và giãn nở, từ đó khơng thể tránh khỏi hiện tượng rò lọt MCCT từ bên trong xylanh động cơ ra bên ngoài
hoặc xuống các te của động cơ. Ảnh hưởng do rò lọt MCCT đến quá trình hoạt động của động cơ được biểu diễn trên H. 2.8.
Trong quá trình nén (1-2), piston nén chuyển động dần đến ĐCT, thể tích cơng tác của xylanh giảm dần, áp suất MCCT tăng dần. Khi áp suất MCCT tăng, hiện tượng rò lọt MCCT giữa piston - xylanh - xéc măng cũng tăng…, làm cho áp
suất cuối quá trình nén thực tế nhỏ hơn áp suất nén trong điều kiện lý thuyết (điểm 2’ thấp dưới điểm 2). Do áp suất đầu quá trình sấy nóng đẳng tích nhỏ làm cho áp suất cuối q trình sấy nóng cũng nhỏ (điểm 3’ thấp dưới điểm 3). Trong quá trình giãn nở,
đường giãn nở thực (3’-4’) luôn nằm dưới đường giãn nở lý thuyết (3-4), vì có sự rị lọt nên cuối q trình giãn nở thực điểm 4’ cách xa (thấp hơn) điểm 4.
Tuy cơng nén trong q trình nén thực nhỏ hơn công nén trong điều kiện lý thuyết khơng có rị lọt MCCT tương ứng với diện tích hình (1-2’-2-1), nhưng cơng giãn nở trong q trình giãn nở thực cũng nhỏ hơn công giãn nở trong điều kiện lý thuyết ứng với diện tích hình (3-4-4’-3’-3). So sánh hai diện tích này, cơng mất đi ở q trình giãn nở thực lớn hơn công giảm nhỏ trong quá trình nén thực, diện tích hình (3-4-4’-3’-3) lớn hơn diện tích hình (1-2’-2-1). Điều này khẳng định sự ảnh hưởng của hiện tượng rò lọt MCCT làm giảm cơng của chu trình thực, dẫn đến giảm hiệu suất và cơng suất của động cơ.
4 4’ 1 3 3’ 2 2’ p V H. 2.8. Ảnh hưởng do có sự rị lọt mơi chất cơng tác
1-2-3-4-1. Chu trình Stirling lý tưởng; 1-2’-3’-4’-1. Chu trình có kể đến ảnh
hưởng do q trình rị lọt mơi chất cơng tác.
4) Ảnh hưởng do tồn tại không gian chết:
Trong thực tế, động cơ Stirling luôn tồn tại không gian chết nối thông từ không gian buồng nén với không gian buồng giãn nở. Mặt khác, khi piston đến ĐCT, khoảng cách giữa đỉnh piston với nắp xilanh (δ) khơng hồn tồn bằng không, tức là luôn tồn tại một khoảng cách (δ > 0) để tránh sự
va đập giữa đỉnh piston với nắp xylanh khi piston đến ĐCT (kể cả không gian buồng
nén và không gian buồng giãn nở), điều này cũng có nghĩa là ln tồn tại một thể tích chết (khơng gian chết) khơng có tác dụng trong quá trình động cơ hoạt động. Ngược (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lại nó cịn gây ra ảnh hưởng khơng tốt đến
quá trình hoạt động của động cơ.
Ảnh hưởng do tồn tại khơng gian chết đến chu trình thực của động cơ được biểu
diễn trên H. 2.9. Đối với khơng gian chết trong buồng nén, nó làm giảm tỷ số nén, vì thế mà áp suất cuối quá trình nén thực nhỏ hơn so với điều kiện lý thuyết (điểm 2’ thấp dưới điểm 2). Quá trình ảnh hưởng tiếp theo cũng gần giống như ảnh hưởng của hiện tượng rị lọt khí cơng tác vừa phân tích ở trên. Do áp suất đầu q trình sấy nóng đẳng tích nhỏ, làm cho áp suất cuối q trình sấy nóng cũng nhỏ (điểm 3’ thấp dưới điểm 3). Trong q trình giãn nở, đường giãn nở thực (3’-4’) ln nằm dưới đường giãn nở lý thuyết (3-4).
Mặt khác, không gian chết trong buồng giãn nở cũng ảnh hưởng khơng tốt đến q trình giãn nở và q trình đẩy MCCT trở về thể tích khơng gian của buồng nén. Tổng hợp sự ảnh hưởng của hai không gian chết, chúng ta cũng thấy công mất đi ở q trình giãn nở thực lớn hơn cơng giảm nhỏ trong q trình nén thực, diện tích hình (3-4- 4’-3’-3) lớn hơn diện tích hình (1-2’-2-1). Điều này khẳng định ảnh hưởng do tồn tại không gian chết trong động cơ làm giảm công của chu trình thực, dẫn đến giảm hiệu suất và cơng suất của động cơ.
Ba đồ thị p-V được vẽ trên H. 2.10, một cho buồng nén, một cho buồng giãn nở 4 4’ 1 3 3’ 2 2’ p V H. 2.9. Ảnh hưởng do tồn tại khơng gian chết
1-2-3-4-1. Chu trình Stirling lý tưởng; 1-2’-3’-4’-1. Chu trình có kể đến ảnh hưởng do tồn tại khơng gian chết bên
và đồ thị cịn lại cho tồn bộ thể tích kín, trong đó bao gồm cả thể tích chết.