TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ 1.1.Thông số cho trước của động cơTên thông sốKý hiệuThứ nguyênGiá trịCông suất có íchNeKw8.0Tỷ số nén20Số vòng quayNVòngphút2180Đường kính xilanhDmm94Hành trình pistonSmm90Số xilanhi1Số kỳ4Góc mở xupáp nạp¬1Độ10÷40Góc đóng muộn xupáp nạp2Độ46Góc mở xupáp thải3Độ56Góc đóng muộn xupáp thải4Độ5÷30Loại buồng cháy: xoáy lốcKiểu xupáp1.2.Thông số chọn của động cơ Tên thông sốKý hiệuThứ nguyênGiá trịAïp suất khí nạppkMNm20,1Nhiệt độ khí nạpTkK300Hệ số dư lượng không khí1,4Aïp suất cuối kì nạppaMNm20,08Aïp suất khí sótprMNm20,104Nhiệt độ khí sótTrK700Độ sấy nóng khí nạp mới T20Chỉ số đoan nhiệtm1.45Hệ số lợi dụng nhiệt tại zz0,65Hệ số lợi dụng nhiệt ại bb0,8Tỷ số tăng áp suất1,5Hệ số nạp thêm11,03Hệ số quết buồn cháy21Hệ số hiệu đính tỷ nhiệtt1,1Hệ số điền đầy đồ tthịd0,98 1.3.Tính toán các thông số của chu trình 1.3.1.Tính quá trình nạp 1. Tính hệ số khí sót r 2. Tính hệ số nạp 3. Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta (K) (K) 4. Tính sô úmol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M0 (kmol kkkg nl) (kmol kkkg nl) 5.Tính số mol khí nạp mới M1 M1 = .M0 (động cơ diesel)M1 = 1,4.0,495 = 0,693 (kmol kkkg nl) 1.3.2. Tính quá trình nén 6. Tỷ nhiệt của không khí (kJkmol.K) (kJkmol.K)
Trang 1TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ
1.1.Thơng số cho trước của động cơ
Tên thơng số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Loại buồng cháy: xốy lốc
Kiểu xupáp
1.2.Thơng số chọn của động cơ
Tên thơng số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Aïp suất cuối kì nạp pa MN/m2 0,08
1.3.Tính tốn các thơng số của chu trình
1.3.1.Tính quá trình nạp
Trang 2
a
r t
a r r
k r
p p p
p T
T T
1 2
1
2
.
1
) (
031 0 08
, 0 104 , 0 1 1 , 1 03 1 20
1
08 , 0 104 , 0 700
) 20 300 ( 1
45 , 1
2 Tính hệ số nạp
m a r k
a k
k
p
p p
p T T T
1
) (
) 1 (
1
104 , 0 1 1 , 1 03 , 1 20 1 , 0 08 , 0 ) 20 300 (
300
1) -(20
1
3 Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta (K)
) 1 (
p
p T T
T T
r
m 1 m
r
a r r t k
a
) 031 , 0 1 (
104 , 0 08 , 0 700 031 , 0 1 , 1 20
1 45 , 1
(K)
4 Tính sô úmol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M0 (kmol kk/kg nl)
32
004 , 0 4
126 , 0 12
87 , 0 21 , 0
1 32
4 12 21 , 0
1
C H O nl
5.Tính số mol khí nạp mới M1
M1 = .M0 (động cơ diesel)
M1 = 1,4.0,495 = 0,693 (kmol kk/kg nl)
1.3.2 Tính quá trình nén
6 Tỷ nhiệt của không khí m C vkk(kJ/kmol.K)
2
00419 , 0 806 , 19
C
v
7 Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy //
v C
m (kJ/kmol.K) :
m C a b v T
v v
2
=21,8684 (kJ/kmol.K) = 1,4 => 21 , 034
4 , 1
634 , 1 867 , 19 //
v
a
Trang 310 0 , 0056
4 1
36 , 184 38 ,
v
b
8.Tỷ số của hỗn hợp cháy /
v
C
m (kJ/kmol.K) :
m C v r i.mC vi
47325 20 031
0 1
8684 , 21 031 , 0 43 , 20 1
//
/
r
v r vkk v
C m C
m C m
(kJ/kmol.K)
Trong đó :
1 . 19,8061 00,031.031.21,034 19,843
r
v r v v
a a
a
031 , 0 1
0056 , 0 031 , 0 00419 , 0 1
//
/
r
v r v v
b b
b
9 Tính chỉ số nén đa biến trung bình n1
Chọn trước n1= 1,367 , thế vào phương trình sau, giải bằng phương mò nghiệm
36788882 ,
1 ) 1 20
.(
78 , 329 2
0042324 ,
0 843 , 19
314 , 8 1
) 1 (
2
314 , 8 1
1 367 1 1
/ /
1
1
n v
a
n
sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 ta lấy giá trị đã chọn
10 Tính nhiệt độ cuối kỳ nén Tc (K)
Tc = Ta n1 1
= 329,78.20 (1,367-1) = 991,31(K)
11 Tính áp suất cuối kỳ nén pc (MN/m2)
pc= pa n 1
= 0,08.201,367 =4,81 (MN/m2)
1.3.3.Tính quá trình cháy
12.Tính M :
32
004 , 0 4
126 , 0 32
M
13.Tính số mol sản phẩm cháy M2 (kmol/kgnl)
M2 = M1 + M= 0,693+0,031625 = 0,724625 (kmol/kgnl)
14 Hệ số đổi phân tử lý thuyết
0.0724625.693 1,045635
1
2
M
M
15 Hệ số biến đổi phân tử thực tế
Trang 410 1,0456351 0,0310,0311,044263
r
r
16 Hệ số biến đổi phân tử tại z
8 , 0
65 , 0 031 , 0 1
1 045635 ,
1 1 1
1
b
z r z
17 Tính hệ số toả nhiệt xz tại z
8125 , 0 8 , 0
65 , 0
b
z z
x
18 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
>1 => QH 0 (động cơ diesel)
19 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z
m C vz// a vz// b vz//.T z 21,818430,0054533.2076,733.1733
81843 , 20
8125 , 0 1 693 , 0 045635 ,
1
031 , 0 8125 , 0 724625 ,
0
8125 , 0 1 693 , 0 806 , 19 045635 ,
1
031 , 0 8125 , 0 724625 ,
0 034 , 21
) 1 (
) 1 (
.
1 0
2
1 / 0 2
//
//
z
r z
z v
r z v
vz
x M x
M
x M a x
M a a
0054533
0 8125
, 0 1 693 , 0 045635 ,
1
031 , 0 8125 , 0 724625 ,
0
8125 , 0 1 693 , 0 0042324 ,
0 045635 ,
1
031 , 0 8125 0 724625
,
0
.
0056
,
0
) 1 (
) 1 (
.
1 0
2
1 / 0 2
//
//
z
r z
z v
r z v
vz
x M
x M
x M b x
M
b
b
Trang 520 Nhiệt độ cực đại của chu trình: TZ (K)
721 , 74856 31
, 991 5 , 1 314 , 8 2
31 , 991 0042324 ,
0 843 , 19 ) 031 , 0 1 (
693
,
0
42500
65 , 0
314 , 8 2
)
1 (
.
*
18015 , 30 ) 314 , 8 81843 , 20 (
035964 ,
1 ) 314 , 8 (
*
00282471 ,
0 2
0054533 ,
0 035964 ,
1 2
.
*
/ / 1
//
//
c c
v v r
H z
vz z
vz z
T T
b a M
Q C
a B
b A
Ta cĩ phương trình bậc hai :
AT 2 BTz C 0
z
0 , 00282471 2 30 , 18015 74856 , 721 0
T
Tz= 2076,7
21 Aïp suất cực đại chu trình pz
pz= pc. = 4,81.1,5 =7,214 (MN/m2)
1.3.4.Tính quá trình giản nở
22.Tỷ số giản nở sớm :
Tc
T z z
31 , 991
7 , 2076 5 , 1
035964 ,
1
23 Tỷ số giản nở sau
4468 , 1
20
24 Kiểm nghiệm lại trị số n2
Chọn trước n2 = 1,23
Tính theo cơng thức :
2
b a ) T T (
).
1 ( M
) Q Q
).(
(
314 , 8 1
n
b z
//
z //
vz b z r 1
H H
z b 2
n2 =
Trang 6,
1
) 823
, 13
7 , 2076 7
, 2076 ( 2
0054533
0 81843 , 20 ) 823
, 13
7 , 2076 7
, 2076 (
044263 ,
1 ).
031 , 0 1
(
693
,
0
42500 ).
65 , 0 8 , 0 (
314 , 8 1
) 1 211 , 1 ( )
1 211 1 (
Trong đĩ : 1
2
n z
b
T T
25 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb (K)
51 , 1106 823
, 13
7 , 2076
) 1 211 , 1 ( 1
b
T T
26 Aïp suất cuối quá trình giản nở pb (MN/m2)
3 , 0 823
, 13
214 , 7
211 , 1
n z
b
p p
27 Kiểm lại nhiệt độ khí sĩt
) ( 47 , 796 3
, 0 104 , 0 51 ,
1106 1,45
1 45 , 1 1
K p
p T
m
b
r b
Sai số (796,47700 700).10013,78%15%
r
rchon rtinh
T
T T
=> thỏa mãn
1.3.5.Các thơng số chỉ thị
28 Áp suất chỉ thi trung bình lý thuyết (MN/m2)
động cơ diesel
1
1
1 1 1
1 1
1 1 )
1 ( 1
i
n n
p p
) / (
9386
,
0
20
1 1
.(
1 367 , 1
1 )
20
1 1
( 1 211 , 1
4468 , 1 5 , 1 ) 1 4468 , 1 (
5
,
1
.
1
20
81
,
4
2
) 1 367 , 1 ( )
1 211 , 1 (
m MN
29 Aïp suất chỉ thị trung bình (MN/m2)
pi = / 0 , 9386 0 , 98
d i
Trang 730 Hiệu suất chỉ thị động cơ i
4764 , 0 1 , 0 7769 , 0 42500
300 91 , 0 693 , 0 314 , 8
.
314 ,
k v H
k i i
p Q
T p M
31.Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi (g/kw.h):
8 , 177 4764 , 0 42500
3600000
3600000
i H i
Q
g
1.3.6.Các thông số có ích
32.Tổn thất cơ giới pm (MN/m2)
Theo công thức kinh nghiệm
Pm = a + b.Cm + pr - pa
Với I <6 => a= 0,09
b= 0,0138
Cm = 6 , 54 ( / )
30
2180 09 , 0 30
.
s m n
S
=> Pm = 0,09 + 0,0138.6,54 + 0,104 - 0,08 = 0,20425 (MN/m2)
33 Áp suất trung bình (MN/m2)
pe = pi - pm = 0,91- 0,20425 = 0,70575 (MN/m2)
34 Hiệu suất cơ giới (%)
7755 , 0 91 , 0
70575 , 0
i
e m
p
p
35 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h)
2714 , 229 7755 , 0
8 , 177
m
i e
g g
36 Hiệu suất có ích (%)
e = m.I = 0,7755.0,4764 = 0,3695
37 Thể tích công tác của động cơ ( 3 )
dm
2180 1 70575 , 0
4 30 8
30
n i p
N V
e
e h
(dm3)
38 Kiểm nghiệm đường kính xilanh (dm)
9398 , 0 9 , 0 14 , 3
62397 , 0 4
4
S
V
t
1 , 0 002 , 0 94 , 0 9398 ,
D D t D
=> thỏa mãn
Trang 8
1.4 Vẽ đồ thị công:
Để vẽ được đồ thị công ta thực hiện những bước sau
39 Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số nén đa biến n1
Phương trình đường nén: pV n 1 const
, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:
1 n 1
nx nx
n c
c nx c nx
V V
1 p p
Đặt i
V
V
c
nx ta có 1c
nx
i
p
n1 là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt
40 Xây dựng đường công áp suất trên đường giãn nở
Phương trình của đường giãn nở đa biến:pV n 2 const
, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:
2 n 2
gnx gnx n
z
zV p V
z gnx z gnx
V V
1 p p
Chú ý rằng V z V c, đặt i
V
V
c
gnx
do đó
2
2
n
n z gnx
i
p
n2 là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt
41 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở
Trang 9n i
1
1
n
i n1
c
i
2
1
n
2
.
n
n z
i
p
0.0656 2 2.579336501 0.3877 1.8648 2.315 0.432 4.873977352 0.0984 3 4.489776838 0.2227 1.0713 3.7826 0.2644 2.98288831 0.1312 4 6.652976787 0.1503 0.723 5.3591 0.1866 2.10540758 0.164 5 9.025930725 0.1108 0.5329 7.0219 0.1424 1.606860431 0.1968 6 11.58064528 0.0864 0.4153 8.7567 0.1142 1.28851556 0.2296 7 14.29713509 0.0699 0.3364 10.554 0.0948 1.069096986 0.2624 8 17.16026587 0.0583 0.2803 12.406 0.0806 0.909471004 0.2952 9 20.15809606 0.0496 0.2386 14.308 0.0699 0.788575269 0.328 10 23.28091258 0.043 0.2066 16.255 0.0615 0.694114044 0.3608 11 26.5206278 0.0377 0.1814 18.244 0.0548 0.618449567 0.3936 12 29.87038108 0.0335 0.161 20.272 0.0493 0.556598899 0.4264 13 33.32426371 0.03 0.1443 22.335 0.0448 0.505179166 0.4592 14 36.8771224 0.0271 0.1304 24.432 0.0409 0.461816856 0.492 15 40.52441471 0.0247 0.1187 26.561 0.0376 0.424799813 0.5248 16 44.26210013 0.0226 0.1087 28.72 0.0348 0.392863365 0.5576 17 48.08655621 0.0208 0.1 30.908 0.0324 0.365054064 0.5904 18 51.99451296 0.0192 0.0925 33.123 0.0302 0.340640144 0.6232 19 55.98300063 0.0179 0.0859 35.365 0.0283 0.319051081 0.656 20 60.04930759 0.0167 0.0801 37.631 0.0266 0.299835815
42 Xác định các điểm đặc biệt
Các điểm đặc biệt đó là:
r(Vc,pr); a(Va,pa); b(Va,pb);
c(Vc,pc); y(Vc,pz); z(Vz,pz)
Chú ý các quan hệ thể tích: Va = Vc + Vh; S
4
D V
; 1
V V
2
h h c
Trang 10Tại điểm z Vz 0,0475
43 Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết
44 Dùng đồ thị Brick xác định các điểm
Phun sớm (c’ - động cơ Diesel)
Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải
Mở sớm (r’), đóng muộn (a’) xupáp nạp
45 Hiệu chỉnh đồ thị công
Xác định các điểm trung gian:
Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3cy
Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz
Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2ba
Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải Ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh
Trang 11do thi cong dong co diesel
0
2
4
6
8
10
12
0 0.1 0.2 duong nen 0.3duong gian no0.4 0.5 0.6 0.7
Trang 12PV = const
n1
PV = const
B 0.6 0.4
0.2
12
9
6
3
0
Va
c
2
p ( MN/m )
V (dm )
b
c'
z
z''
y
c''
r
pa
3