BÀI TẬP LỚN Môn học: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm... Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ε b phụ thuộc vào nhiều yếu tố.. Khi tốc đ

BÀI TẬP LỚN Môn học: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Tên nhóm: Nhóm 4 GVHD: Đạt vali HVTH: Nguyễn Quốc Gia Thịnh 20146432

Nguyễn Minh Tiến 20145143 Nguyễn Hữu Toàn 20145634

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2022

2.1 Các thông số động cơ:

Công suất có ích (N e¿ :60 (kW/h)

Mô men xoắn cực đại: 4500 (Nm)

Số vòng quay (n): 6500 (v/ph)

Số xilanh (i): 4

Tỷ số nén ε =11

Các thống số kết cấu λ = R/L

Động cơ xăng thẳng hàng: 0,85÷1,20 chọn S/D=1,1

Bảng số liệu ban đầu của ĐCĐT

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn

vị

Ghi chú

không tăng áp

-4 Góc mở sớm xupáp nạp  1 20 độ

5 Góc đóng muộn xupáp nạp 2 45 độ

6 Góc mở sớm xupáp xả 1 55 độ

10 Góc đóng muộn xupáp xả  2 30 độ

14 Số vòng quay động cơ n 6500 v/ph

2.2 Chọn các thông số tính toán nhiệt

2.2.1 Áp suất không khí nạp ( P o )

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào

độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì po càng giảm do không khí càng loãng, tại

độ cao so với mực nước biển:

P o =0.1013 MN /m2

2.2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới ( T o )

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi xe được sử dụng

T o=273+27=300o K

2.2.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp ( T k )

Động cơ bốn kỳ không tăng áp:

T k =T o=300o K

2.2.4 Áp suất khí nạp trước xuppap nạp ( P k )

Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp:

P k =P o =0,1013 MN /m2

2.2.5 Áp suất cuối quá trình nạp ( P a )

Đối với động cơ không tăng áp:

Trong quá trình tính toán nhiệt, suất cuối quá trình nạp P acủa động cơ bốn kỳ không tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm:

P a= (0.80 ÷ 0.95) P o chọn P a =0,9 P o =0,9∗0,1013=0,091 MN /m2

2.2.6 Chọn áp suất khí sót P r

Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh động cơ

Đối với động cơ xăng chọn: P r =0,11÷ 0,12chọn P r =0,12 MN /m2

2.2.7 Nhiệt độ khí sót ( T r¿

Khi tính toán, người ta thường lấy giá trị 𝑇𝑟 ở cuối quá trình thải cưỡng bức Giá trị của 𝑇𝑟 có thể chọn trong phạm vi sau:

Động cơ xăng: T r =900÷ 1000chọn T r=1000oK

2.2.8 Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động

cơ do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ΔT Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm

Đông cơ xăng: ΔT =0 ÷20 o Cchọn ΔT =15 o C

2.2.9 Chọn hệ số nạp thêm λ1

Hệ số nạp thêm λ1biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích V a

Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ1=1,02÷ 1,07.Chọn λ1=1,05

2.2.10 Chọn hệ số quét buồng cháy λ2

Đối với những động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn

λ2=0,9

2.2.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót T r Theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng λt được chọn: Động cơ xăng có α=0,85÷0,92; Chọn λ t=1,15

2.2.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( ε z )

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ε Z) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ε Z) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Đối với động cơ xăng không tăng áp

chọn ε z=0,8

2.2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ε b )

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ε b) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động

cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến ε b nhỏ Đối với động cơ xăng

chọn ε b=0,9

2.2.14 Hệ số dư lượng không khí α

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy: Đối với động cơ đốt trong, tính toán Đối với dộng cơ xăng

chọnα=0,9

2.2.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công

Hệ số điền đầy đồ thị công φ dđánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán

Hệ số điền đầy đủ đồ thị chọnφ d =0,95 chođộng cơ xăng

2.2.16 Tỷ số tăng áp

2.3 Tính toán nhiệt

Tính toán nhiệt nhằm xác định các thông số của chu trình lý thuyết và các chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật của động cơ Đồ thị công chỉ thị của động cơ được xây dựng trên cơ sở

các kết quả tính toán nhiệt và là các số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học

và tính toán thiết kế động cơ tiếp theo

2.3.1 Quá trình nạp

2.3.1.1 Hệ số nạp ( η v )

η v= 1

ε−1 .

T k +∆ T

T k .

P a

P k[ε λ1−λ t λ2(P r

P a)1

m]

Chọn m=1,48

η v= 1 11−1 300300+15 0,9∗0,10130,1013 .¿

η v=0,883

2.3.1.2 Hệ số khí sót ( γ r )

γ r=λ2∗(T k + ΔT )

T r .

P r

ε λ1−λ1 λ2.( P r

P a)

1

m

γ r=0,9∗(300+15)1000 0,120,091. 1

11∗1,05−1,05∗0,9∗( 0,12

0,9∗0,1013)

1 1,48

γ r=0,036

2.3.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a

T a=

T k + ΔT + λ t .γ r .T r .( P a

P r)

m−1 m

1+γ r

T a=300+15+1,15∗0,036∗1000∗(0,9∗0,10130,12 )

1,48−1 1,48

1+0,036

T a =340,608 K

2.3.2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:

mc v =a v+b v

2 .T=19,806+ 0,004192 .T

2.3.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

- Khi α=0,9 < 1 tính cho động cơ xăng theo công thức sau:

mc v}} = left (17,997+3,504*α right ) + {1} over {2} left (360,34+252,4*α right ) * {10} ^ {-5} ¿ ¿

¿ ( 17,997+3,504∗0,9 ) + 1

2.( 360,34+252,4∗0,9 ) ∗10 −5T

¿ 21,151+2,9375∗10−3.T

2.3.2.3Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:

mc v ' =mc v +γ r .mc v}}} over {1+ {γ} rsub {r} ¿ ¿¿

a v '=av +γ r av '' 1+γ r = 19,806+0,036∗21,1511+0,036 =19,853

bv '=b v +γ r .b ' ' v

−3

mc v '=19,853+2,124∗10 −3.T

2.3.2 Quá trình nén

2.3.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tỷ lệ hóa khí, loại buồng cháy, các thông số kết cấu động cơ, các thông số vận hành gồm phần tải, vòng quay, trạng thái nhiệt…(cho n1=1,28÷ 1,38)

n1−1= 8,314

a ' v+ b2' v ∗Ta∗(ε n1 −1 +1)

chọnn1=1,373

19,853+ 4,248∗10−3

2 .340,608 (11n1 −1 +1)=0,372

sai số= ∆ n1

n1 =0,252 %<2%thõamãn điều kiện

2.3.2.5 Áp suất quá trình nén P c

p C = p a ε n1=0,9∗0,1013.11 1,373=2,453[ NM /m2 ]

2.3.2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén T c

T C =T a ε n1−1=340,608.111,373−1=833,0950K

2.3.3 Quá trình cháy

2.3.3.1 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M o

- Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg xăng

M O= 10,21(C

12+ H4− O32)=0,516[kmol kk/kgnl]

2.3.3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1

Đối với động cơ xăng:

M1=α M0+ 1μ

n.1

Chọn μ n.1 =114kg/kmol

M1=0,9∗0,516+ 1114=0,473[kmolkk /kgnl]

2.3.3.3 Lượng sản vật cháy M2

M2= C12+ H2+0,79.α M O

¿0,85512 + 0,1452 +0,79∗0,9∗0,516=0,511[kmol kk/kgnl]

2.3.3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết β o

β O=M2

M1 =0,511 0,473=1,08

β o=1,08

2.3.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β

Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước nên

hệ

số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau:

β=1+ β0 −1

1+γ r =1+ 1,08−1

1+0,036=1,077

2.3.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm Z (β¿¿z)¿

β z=1+β 1+γ o−1

r ε ε z

b=1+ 1,08−11+0,036 0,80,9=1,068

2.3.3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

Đối với động cơ xăng vì 𝛼<1, thiếu ô xy nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn,

do

đó gây tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ∆QH và được tính theo công thức sau:

ΔQ h=120∗10 3 ∗ (1−α).M o=120∗10 3 ∗ ( 1−0,9 )∗0,516=6192( KJ

kg.nl)

2.3.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z

- Đối với động cơ xăng được tính theo công thức:

ξz.(Q h −ΔQ h)

M1.(1+γ r) +(mc vc ' ).T C =β z .¿ Trong đó:

mc vc '= ¿ 19,853+2,073.10 −3.T c=19,853+2,124.10 −3 833,094=21,622 ¿

mc vz}} = 21,151+2,9375 * {10} ^ {- 3} {T} rsub {z ¿ ¿

¿>vế trái( 1 ) =0,8∗ ( 43960−6192 )

0,473∗ ( 1+0,036 ) +21,622∗833,094=79672,086

¿>vế phải( 1 ) =1,068∗(21,151+2,9375∗10 −3.T z)∗T z =22,589.T z+3,137.10 −3T z2

( 1 ) < ¿>79672,086=22,589.T z+3,137.10 −3T z2

Giải phươngtrình( 1 )tađược T z=2593,112o K

2.3.3.10 Áp suất cuối quá trình cháy P z

Đối với động cơ xăng:

P z =β z . T z

T c P c= 1,068∗2593,112

833,094 ∗2,453=8,154 [NM /m

2 ] Lưu ý: ở động cơ xăng λ không chọn trước mà phải xác định bằng công thức:

λ=β z . T z

T c=1,068∗2593,112833,094 =3,324 Phù hợp với tiêu chuẩn động cơ xăng: λ = 3,00 ÷ 4,00

2.3.4 Quá trình giãn nở

2.3.4.1 Tỷ số giãn nở đầu

- Đối với động cơ xăng:

ρ=1

2.3.4.2 Tỷ số giãn nở sau

Đối với động cơ xăng: 𝛿 = ℇ

2.3.4.3 Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình

Chọn n2=1,196

(ξb−ξz).Q H

M1(1+γ r).β (T z −T b)+a vz} + {{b} rsub {vz} rsup {''}} over {2} left ({T} rsub {z} + {T} rsub {b} right )¿¿

( 0.9−0,8 ) 43960 0,473 ( 1+0,036 ).1,077 (2593,112− 2593,112

11n2 −1 )+21,151+2,9375∗10−3.(2593,112+ 2593,11211n2 −1 )=0,1976

sai số= Δn2

n2 =¿0,816%<2% thõa mãn yêu cầu

2.3.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b

- Đối với động cơ xăng:

T b= T Z

ε n2 −1 = 2593,112

11 1,196−1 =1620,72 0K

2.3.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở P b

- Đối với động cơ xăng

P b=P z

ε n2 = 8,154

111, 196 =0,463 [NM /m2 ]

2.3.4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót T r

T r =T b .( P r

P b)

m−1

m =1620,72.( 0,12

0,463)1,48−1

1,48 =1045,98o K

Sai số =∆ T

T =|1000−1045,64

1000 |=4,598 %<10%