bài tập lớn tính toán động cơ đốt trong

đầy đủ chính xác

A PHẦN LÝ THUYẾT

1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

1.1 Tốc độ trung bình của pít tông

Được tính theo công thức: Cm =S × n30 = 99 ×1030−3×5800 = 19,14 m/s

Kết luận : Động cơ có tốc độ cao Cm ¿9 m/s

1.2 Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới:

Đối với động cơ xăng chọn:∆ T =2 ° K

1.3 Áp suất nhiệt độ môi chất mới

Đối với động cơ không tăng áp:

Pk = P0 =0,1MPa

Tk = T0 = 297° K

1.4 Áp suất khí sót

Đối với động cơ tốc độ cao: chọn p r=1,05

p r=1,05× 0,1=0,105 Mpa

1.5 Nhiệt độ khí sót:

Đối với động cơ xăng chọn: Tr = 900° K

1.6 Áp suất cuối quá trình nạp:

Đối với động cơ 4 thì không tăng áp:

pa = 0,9× P k= 0,9 × 0,1=0,09 Mpa

1.7 Chọn :

λ1¿ 1,07

λt ¿ 1,13

λ2 ¿ 1

m ¿ 1,5

2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT

2.1 QUÁ TRÌNH NẠP

2.1.1 Hệ số khí sót

γ r=λ2(T k+∆T)

T r

p r

p a

1

ε λ1−λ t λ2( p r

p a)m1

=1 (297+2 )

0,105 0,09

1

9,7 ×1,07−1,13× 1×(0,1050,09 )1,51

=0,042

2.1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp:

Ta có: T r

'

=T r( p a

p r)m−1 m

=900 ×(0,1050,09 )1,5−11,5 =854,9 ° K

T a ¿T k+∆ T +λ t γ r T r '

297+2+1,13 × 0,04 ×854,9

1+0,04 =¿ 324 ° K 2.1.3 Hệ số nạp

η v= 1

ε−1 ×

T k

T k+∆T ×

p a

p k ×[ε λ1−λ t λ2(p r

p a)m1

9,7−1×

297

297 +2×

0,09 0,105×[9,7 ×1,07−1,13 ×(0,1050,09 )1,51

]=0,93

2.1.4 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kgnl

M O= 1

0,21( c

12+

h

4−

o nl

32)= 1 0,21(0,85512 +

0,145

0

32)=0,5119 kmol /kgnl

2.1.5 Lượng nhiên liệu nạp vào trong 1 chu trình

Chọn : g e=190 mlgiờ g

g CT=g e N e τ

120 n 10

−3

=190× 166 × 4

120 ×5800 10

−3

=18,126 ×10−5kg /ct

2.1.6 Lượng môi chất mới

M1= p k V h η v

R T k g CT=

0,1 ×106×2354 ×10−6× 0,93

8314 ×297 × 18,126× 10−5 =¿ 0,489126 2.1.7 Lượng khí sót

M r=γ r M1=0,042× 0,489=0,0205 kmol /kgnl

2.1.8 Hệ số dư lượng không khí

Đối với động cơ xăng:

α=

M1− 1

μ nl

M o

=

114

Với : μ nl=114 : trọng lượng phân tử xăng

2.1.9 Lượng sản vật cháy

2.1.9.1 Khí đốt cháy không hoàn toàn (α <1)

M2=12c +h

2+0,79 α M O=0,855

0,145

2 +0,79 ×0,94 ×0,5119=0,523 kmol /kgnl

2.1.10 Lượng thay đổi thể tích khí cháy

∆M= M2−M1=0,523−0,489=0,034 kmol /kgnl

2.1.11 Hệ số thay ổi phần tử lí thuyếtđổi phần tử lí thuyết

β o=M2

M1=¿

0,523

0,489=¿ 1,6095

2.2 QUÁ TRÌNH NÉN

2.2.1 Chỉ số nén đa biến trung bình

- Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất mới :

(m C V)tb¿19,806+ 12×0,00491 ×T a=19,806+ 12×0,00491 ×324=20,6 kj /kmolđộ

- Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót:

+ khi (α <1)

(mC v '')tb

¿(17,997+3,504 α )+1

2(360,34+252,4 α ) 10

−5T a=21,29076+2,98798 ×10−3kj/kmolđộ

Ta có :

a v '=a v+γ r a v ''

1+γ r =

19,806+0,042× (17,997+3,504 × 0,94)

b v '=b v+γ r b v ''

1+ γ r =

0,00491+0,042(360,3+252,4 × 0,94 )×10−5

−3

- Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :

(mC v ')tb =a v '+1

2b T a=19,8658+1

24,9529 ×10

− 3

×324=20,66 kj /kmolđộ

-Chỉ số nén đa biến trung bình:

Ta có phương trình:

a v '+1

2b T a(ε n1 −1

+1)

19,8658+1

2× 4,9529 ×10

−3

×324(9,7n1 −1

+1)

=0,369

Vậy : n1−1=0,369 → n1=1,369

2.2.2 Nhiệt độ cuối quá trinh nén :

T c=T a ε n1 −1

=¿324 × 9,71,36−1=734 ° K

2.2.3 Áp suất cuối quá trình nén :

p c=p a ε n1=0,09 ×9,71,369=2,018 MPa

2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY

2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại z

Ta có :

β z=1+β o−1

1+γ r x z=1+1,0695−1

0,87 0,95=1,0617

Trong đó : x z :phần nhiên liệu đang cháy tại z

Chọn : ξ β=0,95

ξ z=0,87

2.3.2 Nhiệt độ cuối quá trình cháy

Ta có:

∆ Q H=120 ×106(1−α) M o=¿120 × 106(1−0,94 )× 0,5119=3686,4

Trong đó :Q H=44 MJ/kg

Ta có phương trình cháy của động cơ xăng:

ξ z(Q

H−∆ Q H)

M1(1+γ r)+(mC ' v

)tbc T c=β z(mC ' v)tbzT z=0

¿0,87(44 × 103−3686,4)

0,489 ×(1+0,042) ×(21,29076+2,98798 ×10−3×T z)T z=0

⟺ 70126+15178,9464=3,169 ×10−3

T z2+22,4 T z=0

Ta có phương trình cháy của động cơ xăng:

⟺ 3,169 ×10−3T z2+22,4 T z−85305,65=0

⟺{ T z=2743 (Nhận)

T z=−9811,9( Loại )

2.3.3 áp suất và thể tích cuối quá trình cháy

Đối với động cơ xăng :

λ= β z T z

T c =¿

1,0617× 2743

734 =¿ 3,965

Áp suất cuối quá trình cháy:

p z=λ P c=3,965 × 2,018=8,002 MPa

Thể tích của quá trình cháy

p =β z

λ

T z

T c=

1,0611

3,97 ×

2743

734 = 0,9988

Vz = p × Vc = 1 × 2354 ×10−6

9,7−1 =¿ 2,705×10−4m3

2.4 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ

Hệ số thay ổi phần tử thực tếđổi phần tử lí thuyết

β=1 +β o−1

1+γ r =¿ 1 +1,0695−11+0,042 =¿ 1,0928

2.4.1 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình

Ta có phương trình:

(ξ β−ξ z)(Q H−∆ Q H)

M1(1+γ r)β(T z−T b)+a v

'

+b z

2 (T z+T b)

(1)

Đối với động cơ xăng chọn: n2=1,23

Kết hợp phương trình:

T b=T z 1

δ n2 −1=¿2743 × 1

9,71,23−1=¿ 1626,55 ° K (2)

Trong đó: δ=¿ V b

V z=

V h+V c ρVV c =

ε

ρV=

9,7

1 =¿ 9,7 Đối với động cơ xăng: V z=V c ⇒ ρV=1,δ=ε

Thay (2) vào (1) để tìm n2

(0,95−0,87) ×( 44000−3686,4 ) 0,489 (1+0,042) ×1,09 ×(2743−1626,55)+19,86+

4,9529 ×10−3

=0,23

Vậy: n2−1=0,23 → n2=1,23

2.4.2 Áp suất cuối quá trình giãn nở

pb = pz

δn2 -1 =8,002

9,71,23-1 = 4,745 MPa

2.4.3 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

T b= T z

δ n2 −1=¿ 2743

9,71,23−1=¿ 1626,55 ° K

3.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

3.1.1 Áp suất chỉ thị trung bình

pi’¿pa

ԑ n1

ԑ−1[ λ

n2−1(1− 1

ԑ n2 −1)− 1

n1−1(1− 1

ԑ n1 −1) ]

¿0.09 × 9,7

1,369

9,7−1[ 3,97

9,71,23−1)− 1

9,71,369−1) ]=¿1,3 Với động cơ xăng chọn : φđ = 0,97

Thực tế pi = pi’× φđ = 1,3 × 0,97=1,261 MPa

3.1.2 Áp suất tổn thất cơ giới trung bình

- i<6, S

D>1: pm=¿ 0,05 + 0,0155 × C m=¿ 0,05 + 0,0155 × 19,14 = 0,34 3.1.3 Áp suất có ích trung bình

p e=p i−p m=¿ 1,261 – 0,34 = 0,92

3.1.4 Công suất chỉ thị

Ni =p i ×V h × n

30 τ = 1,261× 2354 ×10−3×5800

3.1.5 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

gi = 432 × p k η v

M1p i T k

0,489 ×.1,261 ×297=0,2193 kg/kw h

3.1.6 Hiệu suất chỉ thị

ni = 360 × g 1

i × Q H=360 ×

1

0,2193 ×44 = 37,308 %

3.2 CÁC THÔNG SỐ CÓ ÍCH

3.2.1 Ap suất tổn thất cơ giới trung bình

- i<6, S

D>1: p m=¿ 0,05 + 0,0155 × C m=¿ 0,05 + 0,0155 × 19,14 = 0,34

3.2.2 Ap suất có ích trung bình

p e=p i−p m=¿ 1,261 – 0,34 = 0,92

3.2.3 Công suất có ích

Ne =p e × n× V h

30 τ = 0,921× 5800× 2,35430,4 =¿ 105 kw 3.2.4 Hiệu suất cơ giới

ηm =p p e

i

=0,921

1,261=73 %

3.2.5 Hiệu suất có ích

ηe = ηi ×ηm=37,308% × 73% = 27,23 %

3.2.6 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

ge =η g i

m

=0,2193

0,73 = 0,3 kg/kWh 3.2.7 Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ

3.3 KIỂM TRA KÍCH THƯỚC ĐỘNG CƠ

3.3.1 Thể tích xy lanh

V h=30 N e τ

p e i n =

30 ×105 × 4 0,92 × 4 ×5800=0,5903

3.3.2 Đường kính xy lanh

D ¿√4 V h

πSS =√4 × 0,5903 πS × 99 = 0,08713 (m )=¿87,13 (mm )

3.3.3 Hành trình pít tông

S ¿4 V h

πS D2=4 ×0,5903

πS 0,087132=¿ 99,002 (mm )

4 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ THI CÔNG

4.1.TÍNH TOÁN DƯƠNG NÉN VÀ ĐƯỜNG GIÃN NỞ

4.1.1 Đường nén ta có:

p nx=p c

i n1

4.1.2 Đường giãn nở ta có:

p gnx=p z ρV n2

i n2

4.2 XÂY DỰNG VÀ GỌT ĐỒ THỊ THI CÔNG

4.2.1 Đối với động cơ xăng

p t z=0,85 pz=¿ 0,85 × 8,002 ¿ 6,8017 MPa

cc '

=1

3cz=¿

1

3 × 6¿ 2 MPa

00'=s2

8 l=

992

8× 238=¿5,1475 MPa

4.3 LẬP BẢNG:

4.3.1 Đối với động cơ xăng

Bảng số liệu đồ thị p – v

i p nx ( MPa ) p gnx ( MPa ) V nx ,V gnx (lít )

3.6 0.3494 1.6556 0.974052

8.1 0.1151 0.6106 2.191617

Bảng số liệu đồ thị p – φ

φ (° TK ) p ( MPa) φ (° TK ) p ( MPa)

360 4.000 720 0.105

B PHẦN BẢN VẼ

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH

 Tốc độ trung bình của pít tông: Cm = 19,14 m/s

 Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới:∆ T =2 ° K

 Áp suất nhiệt độ môi chất mới :Pk = P0 =0,1MPa , Tk = T0 = 297° K

 Áp suất khí sót:p r=0,105 Mpa

 Nhiệt độ khí sót: Tr = 900° K

 Áp suất cuối quá trình nạp: pa ¿0,09 Mpa

 Hệ số khí sót: γ r=¿0,042

 Nhiệt độ cuối quá trình nạp:T a=324 ° K

 Hệ số nạp: η v=¿ 0,93

 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kgnl M O=0,5119 kmol /kgnl

 Lượng nhiên liệu nạp vào trong 1 chu trình g CT=18,126 ×10−5kg/ct

 Lượng môi chất mới: M1=¿ 0,489

 Lượng khí sót: M r=0,0205kmol /kgnl

 Hệ số dư lượng không khí: α=¿ 0,94

 Lượng sản vật cháy: M2=0,523 kmol /kgnl

 Lượng thay đổi thể tích khí cháy: ∆M¿0,034 kmol/kgnl

 Hệ số thay ổi phần tử lí thuyết: đổi phần tử lí thuyết β o=¿ 1,6095

 Chỉ số nén đa biến trung bình: n1=1,369

 Nhiệt độ cuối quá trinh nén:T c=734 ° K

 Áp suất cuối quá trình nén: p c=2,018 MPa

 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại z: β z=¿ 1,0617

 Nhiệt độ cuối quá trình cháy:T z=2743

 Áp suất và thể tích cuối quá trình cháy: p z=8,002 MPa

 Thể tích của quá trình cháy: Vz = 2,705×10−4m3

 Hệ số thay ổi phần tử thực tế: đổi phần tử lí thuyết β=¿ 1,0928

 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình: n2=1,23

 Áp suất cuối quá trình giãn nở: p b=¿4,745 MPa

 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở: T b=¿1626,55 ° K