Các thông số cho trướcBảng 1-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ.. Các thông số chọn cho động cơ Bảng 4-2 Các thông số chọn của động cơ... Quá trình nén - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình
Trang 1NHÓM IV Bài tập lớn động cơ đốt trong Danh sách nhóm
1 Trần Thế Tài
2 Ngô Quốc Thắng
3 Nguyễn Đồng Thắng
4 Chu Văn Thành
5 Nghiêm Bảo Thành
6 Phan Văn Thịnh
7 Phan Ý Thức
8 Lương Đức Tiến
9 Nguyễn Văn Tính
10 Trịnh Văn Tráng
11 Lê Đức Trung
12 Đào Xuân Trường
13 Bùi Văn Tuân
14 Lê Văn Tuấn
15 Mai Đức Tuấn
16 Trương Đức Tùng
17 Trần Trọng Tuyền
18 Nguyễn Công Việt
19 Lý Văn Vũ
20 Phạm Văn vũ
21 Đặng Nhật Vương
22 Tạ Ngọc Ý
Tính toán chu trình nhiệt động động cơ đốt trong
I Trình tự tính toán
Trang 21 Các thông số cho trước
Bảng 1-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ
2 Các thông số chọn cho động cơ
Bảng 4-2 Các thông số chọn của động cơ
Hệ số dư lượng không khí Α 1,75
Áp suất cuối quá trình nạp Pa 0,144 MN/m2
Chỉ số giản nở đoạn nhiệt M 1,45
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z ξz 0,85
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b ξb 0,9
Trang 3Hệ số quét buồng cháy λ2 0,85
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt 1,1
II Trình tự tính toán
1 Quá trình nạp
- Hệ số khí sót γr
γr =
m a
r t a
r r
k
p p p
p T
T T
1 2
1
2
1
−
∆ +
λ λ ελ λ
(4-1)
γr =
45 , 1 1
144 , 0
13 , 0 85 , 0 1 , 1 03 , 1 5 , 18
1
144 , 0
13 , 0 800
26 298 85 , 0
− +
γr = 0,017
- Hệ số nạp ηv
ηv =
−
∆ +
−
m 1
a
r 2 t 1 k
a k
k
p
p
p
p T T
T 1
1
λ λ ελ ε
(4-2)
ηv=
− +
−
45 , 1 1
144 0
13 , 0 85 , 0 1 , 1 03 , 1 5 , 18 15 , 0
144 , 0 ) 26 298 (
298
) 1 5 , 18 ( 1
ηv = 0,917
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
m 1 m
r
a r r t k
1
p
p T T T
γ
γ λ
+
+
∆ +
−
(4-3)
Trang 4Ta =
017 , 0 1
13 , 0
144 , 0 800 017 , 0 1 , 1 26
1 45 , 1
+
+
+
−
Ta = 333,82 [oK]
- Số mol không khí để đốt cháy 1 Kg nhiên liệu M0
M0 =
32
O 4
H 12
C 21
,
0
1
(4-4) Trong đó:
C, H, O : Thành phần trong 1Kg nhiên liệu
M0 =
32
004 ,
0 4
126 ,
0 12
87 ,
0 21
,
0
1
= 0,495 [kmol/KK/kgnl]
- Số mol khí nạp mới M1
M1 = α.M0 = 1,75.0,495 = 0,866 [kmol/KK/kgnl] (4-5)
2 Quá trình nén
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí vkk
C
m
[kJ/kmol.0K]
a a
v v
C
2
00419 , 0 806 , 19
+
=
(4-6) vkk
C
m
=
82 , 333 2
00419 , 0 806 ,
= 20,505 [kJ/kmol.0K]
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy v
C
m "
[kJ/kmol.0K]
a
v v
C
2
"
"
" = +
(4-7)
1,634 19,867+
1,634 19,867+
= 20,801
b”v =
5
10 36 , 184 38 ,
α
=
5
10 75 , 1
36 , 184 38 ,
= 0,005
a
2
1 634 , 1 867 , 19
+ +
=
α α
Trang 582 , 333 2
005 , 0 801 , 20
"v= +
C
m
= 21,69 [kJ/kmol.0K]
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy v
' C
m [kJ/kmol.0K]
a
v v r
v r vkk
C
2
' ' 1
"
.
+
+
=
γ
γ
(4-8) 017
, 0 1
081 , 20 017 , 0 806 , 19 1
"
'
+
+
= +
+
=
r
v r v
v
a a
a
γ
γ
= 19,823 015
, 0 1
005 , 0 015 , 0 00419 , 0 1
"
'
+
+
= +
+
=
r
v r v
v
b b
b
γ
γ
= 0,004 82
, 333 2
004 , 0 823 ,
19
'v= +
C
m
= 20,525 [kJ/kmol.0K]
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1
Tính gần đúng từ phương trình nén đa biến:
T 2
' b ' a
314 , 8 1
n
1 n a
v v
1
+
+
=
−
ε
(4-9) Chọn : n1 = 1,368 thay vào vế phải của phương trình trên Ta có:
439 , 335 2
004 , 0 820 , 19
314 , 8 1
1 368 , 1
1
+ +
+
=
−
n
= 1,368 Vậy chọn : n1 = 1,368
- Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc [0K]
1 n a
c T 1
(4-10)
1 368 , 1
5 , 18 82
,
=
c
T
= 976,585 [0K]
- Áp suất cuối quá trình nén pc [MN/m2]
1
n a
c p
(4-11)
368 , 1
5 , 18 144
,
0
=
c
p
= 7,796 [MN/m2]
3 Quá trình cháy.
- Tính ∆M
Trang 6∆M = 32
O 4
H +
(4-12)
004 ,
0 4
126
,
= 0,032
- Số mol sản phẩm cháy M2
M2 = 0,866 + 0,032 =0,897 [Kmol/Kg.nl]
- Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
037 1 866 0
897 , 0
1
2
0 = = =
M
M
β
(4-14)
- Hệ số biến đổi phân tử thực tế
017 , 0 1
017 , 0 037 , 1 1
0
+
+
= +
+
=
r
r
γ
γ
β
β
- Hệ số biến đổi phân tử tại z
b
z r
0
1
1 1
ξ
ξ γ
β
β
+
− +
=
(4-16) 9
, 0
85 , 0 017 , 0 1
1 037 , 1
1
+
− +
=
z
β
= 1,034
- Hệ số tỏa nhiệt xz tại z
9 , 0
85 , 0
=
=
b
z
z
x
ξ
ξ
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
Với động cơ Diesel a > 1 thì ∆QH = 0
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z
z
vz vz
2
"
b
"
a
"
C
(4-18)
1 0
r z 2
z 1 v 0
r z 2 v
vz
x 1 M x
M
x 1 M ' a x
M
"
a
"
a
− +
+
− +
+
=
β γ β γ
a”vz = 21,092
Trang 7( )
1 0
r z 2
z 1
v 0
r z 2 vz vz
x 1 M x
M
x 1 M ' b x
M
"
b
"
b
− +
+
− +
+
=
β γ β γ
b”vz = 0,005
927 , 1997 2
005 , 0 092 21
"vz= +
C
m
= 26,442 [KJ/KmoloK]
- Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz
Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz được tính theo phương trình sau:
r 1
H
z mC' 8,314 .T mC" T 1
M
Q
γ
+
(4-19) Đưa về dạng phương trình bậc hai: ATz2 + BTz + C = 0
Trong đó:
005 , 0 034 , 1 2
''
=
vz
z
b
β
= 0,003
" + = +
= z a vz
= 30,403
r 1
H
2
' b ' a 1
M
Q
− +
γ
ξ
= - 71794,755
QH =4250 là nhiệt trị thấp của nhiên liệu
Phương trình bậc hai:
0,003.Tz2 + 30,403.Tz – 71794,755 = 0
Giải phương trình bật hai và loại bỏ nghiệm âm ta tìm được:
Tz = 1997,927 [0K]
- Áp suất cực đại của chu trình lý thuyết pz [MN/m2]
pz = pc.λ = 7,796.1,4 = 10,914 [MN/m2] (4-20)
4 Quá trình giãn nở.
- Tỷ số giãn nở sớm
585 , 976
927 , 1997 4 , 1
034 , 1 =
=
c
z z
T
T
λ
β
ρ
- Tỷ số giãn nở sau
5 , 18
=
=
ρ
ε
δ
Trang 8- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb [oK].
1
nz
b 2
T
δ
(4-23) Chọn truớc : n2 =1,263
1 263 , 1
248
,
12
927 , 1997
−
=
b
T
- Kiểm nghiệm lại trị số n2
Trị số n2 được kiểm nghiệm lại theo phương trình:
b z r 1
H z b
2
T T 2
"
b
"
a T T 1 M
Q 8,314 1
n
+ +
+
− +
−
=
−
γ β
ξ ξ
(4-25)
n2 - 1 = 0,263
Vậy chọn : n2 = 1,263
- Áp suất cuối quá trình giã nở pb [MN/m2]
263 , 1
248 , 12
914 , 10
= n z
b
p
p
δ
- Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót
m 1 m
b
r b
rtênh p
p T
T
−
=
=
45 , 1 1 45 , 1
461 , 0
13 , 0 759 , 1033
−
= 697,890 [oK] (4-27) Sai số:
% 100 890 , 6697
800 890 ,
=
−
rtinh
rchon rtinh
T
T T
= 14,6% < 15%
5 Các thông số chỉ thị.
- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i [MN/m2]
Đối với động cơ Diesel:
−
−
−
−
− +
−
−
1 1 n 2
c
1 1 1 n
1 1
1 1 n
1 1
p
'
p
ε δ
ρ λ ρ
λ ε
(4-28) p’i = 1,250 [MN/m2]
- Áp suất chỉ thị trung bình động cơ pi [MN/m2]
97 , 0 250 , 1
i p
= 1,231 [MN/m2] (4-29)
- Hiệu suất chỉ thị động cơ ηi
Trang 9k v H
k i 1
i Q p
T p M 314
,
8
η
η =
(4-30) 15
, 0 917 , 0 42530
298 213 , 1 866 , 0 314
,
8
=
i
η
= 0,444
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/(kW.h)]:
i H
i
Q
g
η
.
3600000
=
=
444 , 0 42530 3600000
= 190,519 [g/(kW.h)] (4-31)
6 Các thông số có ích.
- Tổn thất cơ giới pm [MN/m2]
Theo công thức kinh nghiệm:
a r m
m a b.C p p
(4.32) Tùy theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy ta chọn các hệ số a, b:
a = 0,09 ; b = 0,012
Cm - Vận tốc trung bình của piston
Cm = 1000.30
3600 8 , 93 30
.n =
S
144 , 0 13 , 0 256 , 11 012 , 0 09
,
=
m
p
= 0,211 [MN/m2]
- Áp suất có ích trung bình pe [MN/m2]
pe = 1,231 - 0,211 = 1,001 [MN/m2]
- Hiệu suất cơ giới (%)
231 , 1
001 , 1
=
=
i
e
m
p
p
η
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích [g/kW.h]
826 , 0
519 , 190
=
=
m
i
e
g
g
η
- Hiệu suất có ích của động cơ (%)
444 , 0 826 , 0 =
e η η
η
- Thể tích công tác của một xylanh động cơ Vh [lít]
n i p
30
N
V
e
e
=
3600 4 001 , 1
4 30 75
Trang 10- Kiểm nghiệm đường kính xylanh:
8 , 93 14 , 3
624 , 0 4 1000
4
=
S
V
t
π
04 , 92
92 −
=
−
=
∆D D t D
= 0,04 < 0,1 [mm]
7 Xây dựng đồ thị công
- Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến n1
Phương trình đường nén
const V
p n 1 =
, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì
1
nx nx
n
c
.
cV p V
Rút ra:
1
1
n
c nx c nx
V V p p
=
(4-40) Đặt
i V
V
c
nx =
ta có
1
nc nx
i
p
n1- là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt
- Xây đựng đường cong áp suất trên đường giãn nở
Phương trình của đường giãn nở đa biến
const V
p n 2 =
, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:
2
gnx gnx
n
z
Rút ra:
2
1
n
z gnx gnx
V V
p
=
(4-41)
Ta có: Vz =ρ.Vc
, đặt
i V
V
c gnx =
⇒
2
2
n
n z gnx
i
p
Trang 11n2- là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt.
- Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở
Bảng 4-3 Đường nén và đường giãn nở
in1 1/in1 Pc/in1 in2 1/in2 (Pz*(ρn2))/(in2) 0.0356 1.0000 1.0000 1.0000 7.7957
0.0538 1.5105 1.7580 0.5688 4.4344 1.6835 0.5940 10.9139 0.0713 2.0000 2.5811 0.3874 3.0203 2.3999 0.4167 7.6559 0.1069 3.0000 4.4947 0.2225 1.7344 4.0050 0.2497 4.5877 0.1425 4.0000 6.6622 0.1501 1.1701 5.7597 0.1736 3.1900 0.1782 5.0000 9.0405 0.1106 0.8623 7.6348 0.1310 2.4066 0.2138 6.0000 11.6014 0.0862 0.6720 9.6118 0.1040 1.9116 0.2494 7.0000 14.3250 0.0698 0.5442 11.6777 0.0856 1.5734 0.2850 8.0000 17.1960 0.0582 0.4533 13.8230 0.0723 1.3292 0.3207 9.0000 20.2024 0.0495 0.3859 16.0401 0.0623 1.1455 0.3563 10.0000 23.3346 0.0429 0.3341 18.3231 0.0546 1.0028 0.3919
11.000
0 26.5843 0.0376 0.2932 20.6671 0.0484 0.8890 0.4276 12.0000 29.9447 0.0334 0.2603 23.0678 0.0434 0.7965 0.4632
13.000
0 33.4098 0.0299 0.2333 25.5218 0.0392 0.7199 0.4988 14.0000 36.9746 0.0270 0.2108 28.0259 0.0357 0.6556 0.5345 15.0000 40.6343 0.0246 0.1918 30.5776 0.0327 0.6009 0.5701 16.0000 44.3850 0.0225 0.1756 33.1744 0.0301 0.5539 0.6057
17.000
0 48.2230 0.0207 0.1617 35.8143 0.0279 0.5130 0.6414 18.0000 52.1450 0.0192 0.1495 38.4954 0.0260 0.4773 0.6592 18.5000 54.1366 0.0185 0.1440 39.8509 0.0251 0.4611
- Xác định các điểm đặc biệt
Trang 12Các điểm đặc biệt là:
r (Vc, pr); a (Va, pa); b (Va, pb); c (Vc, pc); y (Vc, pz); z (Vz, pz)
8 , 93 10 4
92 14 , 3 4
6
2 2
=
= 0,6235 [lít]
0356 , 0 1 5 , 18
6235 , 0
−
=
−
=
ε
h
c
V
V
[lít]
h
c
a V V
= 0,0356 + 0,6235 = 0,6592 [lít]
c
z V
V =ρ
= 1,474.0,0356 = 0,0525[lít]
Các điểm đặc biệt có được là : r (0,0356 ; 0,13) ; a (0,6592 ; 0,1440) ; b (0,6592; 0,461) ; c (0,0356 ; 7,7957) ; y (0,0356 ; 10,9139) ; z(0,0525; 11,2258)
- Vẽ đồ thị công.
Bảng 4-4 Đường nén và giãn nỡ
1.00 10.00 182.32 1.51 15.10 103.71 255.25 2.00 20.00 70.64 179.05 3.00 30.00 40.56 107.30 4.00 40.00 27.37 74.61 5.00 50.00 20.17 56.28 6.00 60.00 15.72 44.71 7.00 70.00 12.73 36.80 8.00 80.00 10.60 31.09 9.00 90.00 9.02 26.79 10.00
100.0
11.00
110.0
12.00 120.00 6.09 18.63 13.00
130.0
14.00
140.0
15.00 150.0 4.49 14.05
Trang 130 16.00
160.0
17.00 170.00 3.78 12.00 18.00 180.00 3.50 11.16 18.50
185.0
Sau khi xác định được các điểm trung gian và các điểm đặc biệt, ta tiến hành vẽ đồ thị công như sau:
-Vẽ hệ trục tọa độ P - V với tỷ lệ xích:
μV = 0,00356 [lít/mm]
μp = 0,04276 [MN/(m2.mm)]
μs = 0,536
Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặt biệt ta được đồ thị công lý thuyết
Dùng đồ thị Brich xác định các điểm
+Phun sớm (c’)
+Mở sớm xupap nạp (r’), đóng muộn xupap nạp (a’)
+Mở sớm xupap thải (b’), đóng muộn xupap thải (r”)
- 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” = 1/2yz
+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 140 0,6
a
b r
c
y z
c''
z''
b''
µ p = 0.0356[MN/m2.mm]
µ v = 0.04276[lit/mm]
o o'
r''r'
11,56
C'
p k
1
0
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11
12 13 14
15 16 17
18
P(MN/m2)
V (lít)
30°
31°
12
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
µ s = 0.536
b' a'
Hình 4-1 Đồ thị công