TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ HÌNH 4.1.1 Khái niệm hỗn hợp hòa trộn trước: Hỗn hợp hòa trộn trước là hỗn hợp mà trong đó nhiên liệu và không khí được hòa trộn với nhau theo một tỉ lệ thí
Trang 1TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG NÂNG CAO
GVHD: PGS-TS PHẠM XUÂN MAI SVTH: PNẠM NHỌC HÀ
Trang 2Trang 2
CHƯƠNG 4: NHIỆT ĐỘNG HỌC CƠ BẢN TRONG CÁC MÔ HÌNH BUỒNG ĐỐT
4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ HÌNH
4.1.1 Khái niệm hỗn hợp hòa trộn trước:
4.1.2 Môi chất công tác trong ĐCĐT
4.1.3 Khái niệm về dòng rối.
4.1.4 Hệ phương trình tổng quát biểu diễn tia phun rối.
4.1.5 Tính toán các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành hỗn hợp.
4.2 MÔ HÌNH NGỌN LỬA TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
4.2.1 Phân tích của Zeldovich về sự lan truyền của màng lửa
4.2.2 Nghiệm số của các phương trình bảo toàn
4.2.3 Cấu trúc màng lửa
4.2.4 Vận tốc màng lửa
4.2.5 Phân tích độ nhạy
Trang 3Trang 3
4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ HÌNH
4.1.1 Khái niệm hỗn hợp hòa trộn trước:
Hỗn hợp hòa trộn trước là hỗn hợp mà trong đó nhiên liệu và không khí
được hòa trộn với nhau theo một tỉ lệ thích hợp trước khi được đưa vào
buồng đốt động cơ
Không khí
Nhiên liệu
Hỗn hợp (Hòa khí)
Buồng đốt động cơ
Trang 4Trang 4
4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ HÌNH
4.1.2 Môi chất công tác trong ĐCĐT
4.1.2.1 Khái niệm:
Để tính toán quá trình cháy và các chu trình nhiệt của động cơ nói chung chúng ta cần phải biết thành phần hỗn hợp của môi chất công tác Thành phần của môi chất công tác thay đổi theo sự diễn biến của chu trình
Với động cơ đánh lửa cưỡng bức, hỗn hợp khí chưa cháy gồm không khí, hơi nhiên liệu, và khí sót Trong động cơ Diesel trước khi phun nhiên liệu, hỗn hợp chưa cháy chỉ có không khí và khí sót
Sản phẩm của quá trình cháy hay hỗn hợp khí đã cháy trong giai đoạn cháy và giai đoạn đầu của thời kỳ giãn nở có thể xem như ở trạng thái cân bằng nhiệt động Ở cuối kỳ giãn nở, sự cân bằng này bị phá vỡ, phản ứng kết hợp không còn đủ nhanh để giữ cho hỗn hợp ở trạng thái cân bằng Trong quá trình thải phản ứng diễn ra rất chậm vì vậy khi tính nhiệt động học có thể xem môi chất công tác là hỗn hợp khí trơ
Trang 5Trang 5
4.1.2.2 Tính toán thành phần hỗn hợp trước và sau khi cháy:
A Tính toán thành phần sản vật cháy:
c
r r
Trang 6Trang 6
B Tính thành phần hỗn hợp khí trước phản ứng
Trang 7Trang 7
Trang 8Trang 8
4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ HÌNH
4.1.3 Khái niệm về dòng rối.
4.1.3.1 Dạng phương trình bảo toàn của dòng chảy rối :
Trang 9Trang 9
4.1.3.2 Mô hình rối:
Mô hình đơn giản nhất dựa trên giả thiết Boussinesq (1877) Ứng suất Reynods với giả thiết này được viết như sau :
Trang 10Trang 10
4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ HÌNH
4.1.4 Hệ phương trình tổng quát biểu diễn tia phun rối.
Hệ thống những hương trình cổ điển mô tả dòng chất khí đang diễn ra phản ứng hoá học được viết tổng quát như sau:
Trang 11Trang 11
4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ HÌNH
4.1.5 Tính toán các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình
thành hỗn hợp.
4.1.5.1 Tính toán buồng đốt động cơ
Thiết kế một buồng đốt cho động cơ xăng đòi hỏi phải có một sự cân nhắc kỹ lưỡng về những yếu tố tối ưu Có một số lựa chọn thiết kế đối với nắp quy lát, và hình dạng đỉnh piston, buji, kích thước và số lượng van, và cửa nạp Cân nhắc về vấn đề kết cấu buồng đốt, tỉ số bề mặt tiếp xúc và thể tích buồng đốt, chiều dài lan tràn màn lửa, sử dụng xoáy lốc và loại khe hở di chuyển hỗn hợp
Một số phương pháp cho việc chế tạo buồng đốt nhanh đã được đưa ra Điều này bao gồm các cách tạo ra hình dạng buồng đốt nhiều ưu điểm, di chuyển buji đến vị trí trung tâm buồng đốt, dùng hai buji, và tăng sự chuyển động của hỗn hợp nhiên liệu bằng cách tạo xoáy lốc trong suốt quá trình nạp và nén nhiên liệu
Sự truyền nhiệt của một buồng đốt nên được tính toán trong quá trình thiết kế Hiện tượng kích nổ phụ thuộc vào giới hạn tỉ số nén rằng có thể được sử dụng trong một vài buồng đốt; vì vậy nó tác động trực tiếp đến hiệu suất Hiện tượng kích nổ bị tác động bởi những yếu tố trên
Trang 12Trang 12
4.1.5.2 Tính toán các hệ số điều khiển đặc tính.
- Hiệu suất nạp:
- Truyền nhiệt
- Trị số octan:
4.1.5.3 Tối ưu hóa buồng đốt.
- Cấu hình buồng đốt
- Vị trí buji trong vùng buồng đốt
Trang 13Trang 13
4.2 MÔ HÌNH NGỌN LỬA TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
4.2.1 Phân tích của Zeldovich về sự lan truyền của màng lửa
Phương trình bảo toàn thiết lập hệ phương trình vi phân, thường được giải bằng phương pháp số
phương trình bào toàn của khối lượng và năng lượng là đồng nhất
Phân tích này của Zeldovich đã giải thích rỏ nguyên nhân gây ra hiện tượng cơ bản, lan truyền của màng lửa là quá trình khuyếch tán và các grdient cần thiết được duy trì bởi phản ứng hoá học
4.2.2 Nghiệm số của các phương trình bảo toàn:
Mô hình toán học của ngọn lửa cháy tầng một chiều được thể hiện bằng
phương trình bảo toàn có dạng tổng quát như sau:
Trang 14Trang 14
4.2.2 Nghiệm số của các phương trình bảo toàn:
4.2.2.1 Sự rời rạc hoá không gian
Giản đồ minh hoạ sự rời rạc hoá không gian
Trang 15Trang 15
4.2.2.2 Giá trị ban đầu, điều kiện biên, nghiệm bình ổn
Trang 16Trang 16
4.2.2.3 Phương pháp nghiệm tường minh
Trang 17Trang 17
4.2.2.4 Phương pháp nghiệm ẩn
Nghiệm ẩn là một ví dụ của backward coupling Nghiệm ẩn được xem là ổn định
hơn nghiệm tường minh Phương pháp nghiệm ẩn quan trọng để giải các bài toán hệ phương trình vi phân cứng, nó rất thông dụng trong các bài toán quá trình cháy, hơn nữa tuỳ thuộc vào động lực hoá học Mặc dù bước giải nghiệm ẩn phức tạp hơn nghiệm tường minh ( vì nó còn phụ thuộc vào nghiệm của phương trình tuyến tính), tính ổn định cao của bước giải ẩn cho phép tính đến bước cao hơn, và
vì vậy có nhiều bước ẩn hơn cần được xét đến Và kết quả cuối cùng là sự cải tiến lớn trong thời gian tính toán với máy tính
4.2.2.5 Nghiệm bán ẩn của phương trình vi phân từng phần
Dạng nghiệm này có thể được dùng đến nếu như các hệ số không có sự thay đổi nhiều theo thời gian
4.2.2.6 Nghiệm ẩn của phương trình vi phân từng phần
Trang 18Trang 18
4.2.3 Cấu trúc màng lửa
Hình 4.2.5 Biểu đồ cơ chế thuỷ phân hợp chất béo hydrocacbon thành dạng CH3 và C2H5
Trang 19Trang 19
Hình 4.2.6 Biểu đồ cơ chế ôxy hoá gốc hydrocacbon C1- và
Trang 20C2-Trang 20
4.2.4 Vận tốc màng lửa
Hình 4.2.10 Sự phụ thuộc của vận tốc vL vào các tỷ lệ khác nhau của
hỗn hợp nhiên liệu và không khí (ở áp suất p = 1 bar, Tu = 298K)
Trang 21Trang 21
4.2.5 Phân tích độ nhạy
Hình 4.2.11 Phân tích độ nhạy vận tốc màng lửa cháy tầng của
hỗn hợp không khí-mêtan cháy.