M ục đích phần tính toán nhiệt động cơ là: - Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ nạp, nén, cháy giãn nở và thải - Xác định được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm xác đ
Trang 1M ục đích phần tính toán nhiệt động cơ là:
- Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ (nạp, nén, cháy giãn nở và thải)
- Xác định được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm (xác định) các
kích thước cơ bản của động cơ
- Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ
Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá
trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong
1 Thông số cho trước của động cơ: Động cơ diesel
Tên động cơ: D 0836 LE 401
2 Chọn các thông số trong quá trình tính
Trang 2Hệ số lợi dụng nhiệt tại b ξb 0.9
3 Tính quá trình nạp
3.1 Tính hệ số khí sót
𝛾𝑟 =𝜆2(𝑇𝑘 + 𝛥𝑇)𝑝𝑟
𝑇𝑟 𝑝𝑎
1
𝜀𝜆1− 𝜆𝑡 𝜆2(𝑝𝑟
𝑝𝑎)
1
𝑚 =
=1(298 + 35)800 0.1040.09 1
16 ∗ 1.05 − 1.11 ∗ 1 ∗ (0.1040.09 )
1 1.45
= 0.030886
3.2 Tính hệ số nạp
𝜂𝑣 =𝜀 − 11 𝑇 𝑇𝑘
𝑘 + 𝛥𝑇
𝑝𝑎
𝑝𝑘[𝜀𝜆1− 𝜆𝑡𝜆2(
𝑝𝑟
𝑝𝑎)
1 𝑚
] =
=16 − 11 298 + 35298 0.090.1 [16 ∗ 1.05 − 1.11 ∗ 1 ∗ (0.1050.09)
1 1.45
]
= 0.836205
3.3 Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp
𝑇𝑎 =𝑇𝑘 + 𝛥𝑇 + 𝜆𝑡𝛾𝑟𝑇𝑟(𝑝
𝑎
𝑝𝑟)
𝑚−1 𝑚
=298 + 20 + 1.11*0.030886*800* ( 0.090.104)
1.45 − 1 1.45
1 + 0.030886
= 3348.46 (𝐾)
Trang 33.4 Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M 0
𝑀0 =0.211 (12𝐶 +𝐻4 −𝑂32𝑛𝑙) =
=0.211 (0.8712 +0.1264 −0.00432 ) = 0.4946(𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑔𝑛𝑙)
3.5 Tính số mol khí nạp mới M 1
𝑀1 = 𝛼𝑀0 = 1.7 ∗ 0.4946 = 0.84089 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑔𝑛𝑙)
4 Tính quá trình nén
4.1 T ỷ nhiệt của không khí mC vkk
𝑚𝐶𝑣𝑘𝑘 = 𝑎𝑣+𝑏2𝑣𝑇 = 19.806 +0.004192 𝑇 = 20.536 (𝑘𝐽/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾) 4.2 T ỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy ''
v
𝑎𝑣′′ = 19.867 +1.634𝛼 = 20.8282
𝑏𝑣′′ = (427.38 +184.36
𝛼 ) 10−5 = 0.00543
𝑚𝐶𝑣′′ = 𝑎𝑣′′ +𝑏𝑣′′
2 𝑇 = 21.834 (𝑘𝐽/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾) 4.3 T ỷ nhiệt của hỗn hợp cháy '
v
𝑎𝑣′ =𝑎𝑣+ 𝛾𝑟𝑎𝑣′′
1 + 𝛾𝑟 = 19.8976
𝑏𝑣′ =𝑏𝑣1 + 𝛾+ 𝛾𝑟𝑏𝑣′′ = 0.00423
𝑚𝐶𝑣′ = 𝑎𝑣′ +𝑏2𝑣′ 𝑇 = 20.634 (𝑘𝐽/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾)
4.4 Tính chỉ số nén đa biến trung bình n 1
Chọn trước n1, thế vào phương trình sau, giải bằng phương pháp mò nghiệm
2
314 8 1
1 '
' 1
+
+
=
−
n a v
a
n
Động cơ diesel buồng cháy thống nhất: n1= 1.34 ÷ 1.42 Bằng phương pháp mò nghiệm ta tìm được n1 = 1.367
Trang 44.5 Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T c
𝑇𝑐 = 𝑇𝑎𝜀𝑛1−1 = 348.46 ∗ 161.367−1 = 963.9748 (𝐾)
4.6 Tính áp suất cuối kỳ nén T c
𝑝𝑐 = 𝑝𝑎𝜀𝑛1 = 0.09 ∗ 161.367 = 3.984 (𝑀𝑁/𝑚2)
5 Tính quá trình cháy
5.1 Tính ∆𝑴
) / ( 0316 0 32
004 0 4
126 0 32
O H
5.2 Tính số mol sản phẩm cháy M 2
𝑀2 = 𝑀1+ 𝛥𝑀 = 0.79143 + 0.0316 = 0.823054 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑔𝑛𝑙)
5.3 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
𝛽0 =𝑀𝑀2
1 =0.8230540.79143 = 1.04
5.4 Hệ số biến đổi phân tử thực tế
𝛽 = 𝛽1 + 𝛾0+ 𝛾𝑟
𝑟 =1.04 + 0.0308861 + 0.030886 = 1.0388
5.5 Hệ số biến đổi phân tử tại z
𝛽𝑧 = 1 +𝛽1 + 𝛾0− 1
𝑟
𝜉𝑧
𝜉𝑏 = 1 +
1.04 − 1
1 + 0.030886
0.85 0.9 = 1.03661
5.6 Hệ số tỏa nhiệt x z t ại z
𝑥𝑧 =𝜉𝜉𝑧
𝑏 = 0.9444
5.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
∝> 1 => ∆𝑄𝐻 = 0
5.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z
𝑎"𝑣𝑧 =𝑎"𝑣 𝑀2(𝑥𝑧+ 𝛾
𝑟
𝛽0) + 𝑎′ 𝑀1(1 − 𝑥𝑧)
𝑀2(𝑥𝑧 + 𝛾𝑟
𝛽0) + 𝑀1(1 − 𝑥𝑧) = 20.837 𝑏"𝑣𝑧 =𝑏" 𝑀2(𝑥𝑧+ 𝛾
𝑟
𝛽0) + 𝑏′𝑣 𝑀1(1 − 𝑥𝑧)
𝑀2(𝑥𝑧+ 𝛾𝑟
𝛽0) + 𝑀1(1 − 𝑥𝑧) = 0.0054 𝑚𝐶"𝑣𝑧 = 𝑎"𝑣𝑧 + 𝑏"𝑣𝑧 𝑇𝑧 = 31.4642 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝐽 𝐾)
Trang 55.9 Nhiệt độ cực đại của chu trình T z
z pz z
c vc
r
H
M
Q
"
)
314 , 8 ' ( ) 1 (
)
1
+
Đưa phương trình trên về dạng phương trình bậc 2: ATz +BTz+C=0 Với:
𝐴 = 𝛽𝑧 𝑏′′𝑣𝑧 = 0.0055601
𝐵 = 𝛽𝑧 (𝑎"𝑣𝑧 + 8,314) = 30.21792
𝐶 = −𝑀𝜉𝑧 𝑄𝐻
1(1 + 𝛾𝑟) − (𝑎′𝑣+ 𝑏′𝑣 𝑇𝑐 + 8,314 𝜆) 𝑇𝑐 = −81011.13
⇒ 𝑇𝑍 = 1968 (𝐾)
5.10 Áp suất cực đại chu trình
pz = pcλ = 4.984*1.7= 6.7728 (MN/m2)
6 Tính quá trình giãn nở
6.1 Tỷ số giãn nở sớm
𝜌 = 𝛽𝜆𝑧𝑇𝑇𝑧
𝑐 =1.036611.7 963.97481986 = 1.2449
6.2 Tỷ số giãn nở sau
𝛿 = 𝜌𝜀 =1.244916 = 12.85271
6.3 Kiểm nghiệm lại trị số n 2
) (
2
"
"
) (
).
1 (
) (
314 , 8 1
1
2
b z z vz c
z r
H H
z b
T T
b a T T M
Q Q
n
+ +
+
− +
−
−
=
−
Trong đó: = n2z−1
b
T T
Theo phương pháp mò nghiệm ta tìm được n2 = 1.263
Trang 6
6.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b
𝑇𝑏 =𝛿𝑛𝑇2𝑧−1 = 1005.4 (𝐾)
6.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở p b
𝑝𝑏 =𝛿𝑝𝑛𝑧2 = 0.26922 (𝑀𝑁/𝑚2)
6.6 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót
𝑇𝑟𝑡í𝑛ℎ = 𝑇𝑏(𝑝𝑟
𝑝𝑏)
𝑚−1 𝑚
= 1005.4 ( 0.104
0.26922)
1.45−1 1.45
= 748.452 (𝐾)
𝑇𝑟𝑡í𝑛ℎ − 𝑇𝑟
𝑇𝑟 = −0.0644 < 0.15
Thỏa mãn điều kiện
7 Tính toán các thông số chỉ thị
7.1 Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết
𝑝′𝑖 =𝜀 − 1𝑝𝑐 [𝜆(𝜌 − 1) +𝑛𝜆𝜌
2− 1 (1 −
1
𝛿𝑛2−1)
−𝑛 1
1− 1 (1 −
1
𝜀𝑛 1 −1)] =
=16 − 13.984 [1.7(1.245 − 1) +1.7 ∗ 1.245
1.268 − 1 (1 −
1 12.85271 1.263−1)
1.367 − 1(1 −
1
161.367−1)]
= 0.693779(𝑀𝑁/𝑚2)
7.2 Áp suất chỉ thị trung bình
𝑝𝑖 = 𝑝𝑖′ 𝜙đ = 0.693779 ∗ 0.95
= 0.65909 (𝑀𝑁/𝑚2)
7.3 Hiệu suất chỉ thị động cơ η i
𝜂𝑖 =8,314 𝑀𝑄 1 𝑝𝑖 𝑇𝑘
𝐻 𝜂𝑣 𝑝𝑘 = 0.3636
Trang 77.4 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i
𝑔𝑖 =3600000𝑄
𝐻 𝜂𝑖 = 232.934(𝑔/𝑘𝑊ℎ)
8 Tính toán các thông số có ích
8.1 Tổn thất cơ giới p m
a r m
Trong đó 𝐶𝑚 =𝑆.𝑛30 = 0.18 (𝑚𝑠) Động cơ diesel buồng cháy thống nhất nên chọn a = 0.03; b = 0.012
Pm = 0.04616 (MN/m2)
8.2 Áp suất có ích trung bình
pe = pi – pm = 0.61293 (MN/m2)
8.3 Hiệu suất cơ giới
𝜂𝑚 =𝑝𝑒
𝑝𝑖 = 0.929964
8.4 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
𝑔𝑒 =𝜂𝑔𝑖
𝑚 = 250.4761 (𝑔/𝑘𝑊ℎ)
8.5 Hiệu suất có ích (%)
𝜂𝑒 = 𝜂𝑚 𝜂𝑖 = 0.3382
8.6 Thể tích công tác của động cơ
𝑉ℎ =𝑁𝑝𝑒 30 𝜏
𝑒 𝑖 𝑛 = 0.91615(𝑑𝑚3)
8.7 Kiểm nghiệm đường kính xilanh
𝐷𝑡 = √4 𝑉𝜋 𝑆ℎ = 0.966(𝑑𝑚)
𝛥𝐷 = |𝐷𝑡− 𝐷| = 0.10(𝑚𝑚) = 0.1 Thỏa mãn điều kiện
9 Vẽ đồ thị công
9.1 Xây d ựng đường nén:
-Gọi Pnx , Vnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ Vì quá trình nén là quá trình đa biến do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén ta có :
Trang 8n1 ons
nx nx
P V =c tsuy ra : Pnx.Vnx^n1 = Pc.Vc^n1
1
n C
nx C
nx
V
V
-Đặt i = 𝑉𝑛𝑥𝑉𝐶 ta có : C1
nx n
P P i
=
9.2 Bi ểu diễn các thông số:
1 Biểu diễn thể tích buồng cháy:
Vcbd = 20 mm Suy ra :
3
c V cbd
=0,0038
3
dm mm
Giá trị biểu diễn của Vhbd = h
hbd
Vc
V V
2 Biểu diễn áp suất cực đại: Pz = 160-220 mm
z p zbd
= 0,0681 2
MN
m mm
3 Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn của Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn của AB = Vhbd [mm]:
Suy ra : S
hbd
= 0,0004 (m/mm)
4 Giá trị biểu diễn của OO':
bd
S
Trang 99.3 B ảng số liệu
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
ĐỒ THỊ CÔNG
Trang 109.4 Đồ thị công
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
ĐỒ THỊ CÔNG