BÀI tập lớn TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT của ĐỘNG cơ

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.. Nhiệm vụ đồ án: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ 2... TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT 2.1... Lượng sản vật cháy Khi đốt cháy không ho

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

*** GV hướng dẫn: Huỳnh Hải Đăng

SV thực hiện: Lê Văn Sơn MSSV: 0302191194 Lớp: CĐ ÔTÔ 19B

Tp Hồ Chí Minh, tháng….năm 2021

BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1 Nhiệm vụ đồ án: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ

2 Số liệu ban đầu:

19 4 4 5600 87,5 94 133hp 12,3 258 16 26 42 xăng 2261

3 Nội dung thuyết minh:

1/ Các thông số ban đầu

2/ Tính toán chu trình nhiệt

3/ Các thống số cơ bản

4/ Xây dựng đồ thị công

4 Nội dung bản vẽ: Một bản vẽ đồ thị p – V và đồ thị p – φ

Ngày giao nhiệm vụ:

Ngày hoàng thành:

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*** TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

*** Nội dung và yêu cầu BTL đã

được thông qua bộ môn.

Ngày……tháng… năm 2021

Bộ môn Ô tô

Ngày….tháng….năm 2021 Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 1

1.1 Tốc độ trung bình của pít tông 1

1.2 Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới 1

1.3 Áp suất và nhiệt độ môi chất mới 1

1.4 Áp suất khí sót 1

1.5 Nhiệt độ khí sót 1

1.6 Áp suất cuối quá trình nạp 1

2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT 1

2.1 Quá trình nạp 1

2.1.1 Hệ số khí sót γr 1

2.1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp 2

2.1.3 Hệ số nạp 2

2.1.4 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kgnl 2

2.1.5 Lượng nhiên liệu nạp vào trong 1 chu trình 2

2.1.6 Lượng môi chất mới 2

2.1.7 Lượng khí sót 3

2.1.8 Hệ số dư lượng không khí 3

2.1.9 Lượng sản vật cháy 3

2.1.10 Lượng thay đổi thể tích khí cháy 3

2.1.11 Hệ thống thay đổi phân tử lý thuyết 3

2.2 Quá trình nén 3

2.2.1 Chỉ nén đa biến trung bình 3

2.2.2 Nhiệt cuối quá trình nén 4

2.2.3 Áp suất cuối quá trình nén 4

2.3 Quá trình cháy 4

2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại z 4

2.3.2 Nhiệt độ cuối quá trình cháy 5

2.3.3 Áp suất và thể tích cuối quá trình cháy 5

2.4 Quá trình giãn nở 5

2.4.1 Chỉ số giản nở đa biến trung bình 5

2.4.2 Áp suất cuối quá trình giãn nở 7

2.4.3 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở 7

3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 7

3.1 Các thông số chỉ thị 7

3.1.1 Áp suất chỉ thị trung bình 7

3.1.1 Công suất chỉ thị 7

3.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 7

3.1.3 Hiệu suất chỉ thị 8

3.2 Các thông số có ích 8

3.2.1 Áp suất tổn thất cơ giới trung bình 8

3.2.2 Áp suất có ích trung bình 8

3.2.3 Công suất có ích 8

3.2.4 Hiệu suất cơ giới 8

3.2.5 Hiệu suất có ích 8

3.2.6 Suất tiêu hao nguyên liệu có ích 8

3.2.7 Lượng tiêu hao nguyên liệu trong 1 giờ 8

3.3 Kiểm tra kích thước động cơ 9

3.3.1 Thể tích xylanh 9

3.3.2 Đường kính xylanh 9

1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

1.1 Tốc độ trung bình của pít tông

Được tính theo công thức: Cm= S n

30 =

94 10−3.5600

30 =17,546 (m/s) Với: S: hành trình pít tông

n: số vòng quay trục khuỷu (v/p)

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

1.2 Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới

Đối với động cơ xăng: ∆ T =7o

1.3 Áp suất và nhiệt độ môi chất mớ i

Đối với động cơ không tăng áp:

pk= p0=0,1 MPa

Tk= T0=297oK

Với p0 , T0:áp suất và nhiệt độ khí trời

1.4 Áp suất khí sót

Đối với động cơ tốc độ cao: pr=1,05 po=1,05.0,1=0,105(MPa)

1.5 Nhiệt độ khí sót

Đối với động cơ xăng: Tr= 900oK

1.6 Áp suất cuối quá trình nạp

Đối với động cơ 4 thì không tăng áp:

pa= 0,8 pk=0,8.0,1=0,08 (MPa)

2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT

2.1 Quá trình nạp

2.1.1 Hệ số khí sót γr

Tính theo công thức: γr= Tk+ ∆ T

pr

ε pa− pr=

297+7

907 .

0,11 12.3 0,08−0,11 =0 , 04218

γr=0,04−0,1(đ ng ộ cơ xăng)

1

2.1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp

Ta= Tk+ ΔT +γrTr

1+γr =

297+7+0,04218.907 1+0,04218 =328,40513

Đối với động cơ 4 thì không tăng áp: Ta=310−400oK

2.1.3 Hệ số nạp

ηv= λ1 ε

ε−1

pa

pk

Tk

Ta( 1+γr) =1,06 12,3

12,3−1

0,08 0,1

297 328,40513.(1+0,04218) ¿ 0 , 80099 Động cơ xăng 4 thì: ηv=0,65−0,8

Chọn λ1=1,06

2.1.4 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kgnl

Mo= Oo

0,21 =

1 0,21 ( 12 c +

h

4 −

onl

32 ) = 1 0,21 ( 0,855 12 +

0,145

4 −

0

32 ) ¿ 0,51190 ¿

2.1.5 Lượng nhiên liệu nạp vào trong 1 chu trình

gct= geNeτ

120 n 10

−3

= 180.133.4 120.5600 10

−3

=1,425.10−4¿

Với ge: suất tiêu hao nguyên liệu có ích ( g/mã lực giờ)

Ở động cơ xăng: 185-280 g/mlgiờ

Ne: công suất có ích (mã lực, 1hp = 0,735kw)

N: số vòng quay trục khuỷu (v/p)

τ : số thì của động cơ

2.1.6 Lượng môi chất mới

M1= pkVhηvi

R TkgCT =

0,1 106.2261 10−6.0,80099 1

8314.297 10425.10−4 =0,51469 ¿

Trong đó: pk: Pa

i: số xy lanh của động cơ

Vh: m3

Tk:oK

R = 8314 (J/kmolđộ)

2

2.1.7 Lượng khí sót

Mr= γrM1= 0,04218.0,51439=0,02171 (kmol/kgnl)

2.1.8 Hệ số dư lượng không khí

Động cơ xăng: α= M1−

1

μnl

0,51469− 1

114 0,51190 =0,98831

Với μnl=114 : trọng lượng phân tử của xăng

2.1.9 Lượng sản vật cháy

Khi đốt cháy không hoàn toàn ( α <1 ¿

M2= c

12 +

h

2 + 0,79 α Mo= 0,855

12 +

0,145

2 +0,79.0,98831 0,51190

¿ 0,54342 (kmol/kgnl)

2.1.10 Lượng thay đổi thể tích khí cháy

2.1.11 Hệ thống thay đổi phân tử lý thuyết

βo= M2

0,54342

0,51469 =1,05582

2.2 Quá trình nén

2.2.1 Chỉ nén đa biến trung bình

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

( mCV)tb=19,806+ 1

2 0,00491 T

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

Khi 0,7≤ α<1 :

( mC ’’V)tb=(17,997+3,504 α )+ 1

2 (360,34 +252,4 α ) 10

−5T

¿ (17,997+3,504.0,98831)+ 1

2 (360,34+252,4.0,98831) 10

−5

T

¿ 21,46004+ 1

2 0,00610 T

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

3

( mC ’v)tb= ( mCv)tb+ γr( mC ’’v)tb

1+ γr = a

,

V+ 1

2 bT

¿

19,806+ 1

2 0,00491T +0,04218.(21,46004+

1

2 0,00610 T ) 1+0,04218

¿ 19,87294+ 1

2 .0,00496 T

- Chỉ nén đa biến chung bình:

Giả sử chọn

Giả sử chọn n1=1,36582

Ta có phương trình

a,

V+ 1

2 b Ta( εn1 −1+1 )

19,87294+ 1

2 .0,00496 328,40513 ( 12,3

1.36582−1 + 1 )

+1

¿ 1,36582

Phương trình này chỉ giải theo phương pháp mò nghiệm, đầu tiên chọn

n1=1,34−1,39 , sau đó thay n1 vào 2 vế của phương trình cho đến khi nào 2 vế cân bằng tức là n1chọn đúng.

2.2.2 Nhiệt cuối quá trình nén

Tc= Taεn1 −1=328,40513.12,31,36582−1=821,35418 °K

2.2.3 Áp suất cuối quá trình nén

pc= paεn1 − 1

=0,08.12,31,36582=2,46436 (MPa)

Đối với động cơ xăng: Tc=650−800° K , pc=0,9−2 MPa

2.3 Quá trình cháy

2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại z

Ta có:

βz=1+ β0−1

1+γr xz=1+ 1,05582−1

1+0.04218 .1=1,05356

Trong đó: xz: phần nhiên liệu đang cháy tại z, xz= ξz

ξb=

0,87 0,87 =1

ξzvà ξb: hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b

4

Chọn: Động cơ xăng: ξz=0,85−0,92 ; ξb=0,85−0,95

2.3.2 Nhiệt độ cuối quá trình cháy

Động cơ xăng: Ta có phương trình cháy của động cơ xăng:

ξz( QH− ∆QH)

M1(1+γr) + ( mC ’v)tbcTc= βz( mC ’’V)tbzTz

VT = ξz( M QH− ∆QH)

1(1+γr) + ( mC ’v)tbcTc

¿ 0,87 ( 44.103−9492,46884 )

0,51469 (1+0,04218) + ( 19,87294+ 1

2 0,00496.780,42426 ) 780,42426

¿ 82080,18741

VP = βz( mC ’’V)tbzTz

¿ 1,09558.(20,95953+ 1

2 573,73663.10

−5.Tz) .Tz

¿ 3,14287.10−3.Tz2+ 22,96284.Tz

VT=VP  3,14287.10−3 Tz2

+ 22,96284.Tz=82080,18741 3,14287.10−3 Tz2+ 22,96284.Tz−82080,18741=0

=> Tz=2628,70856 °K

ΔQH: nhiệt lượng với phần nhiên liệu không cháy do thiếu không khí.

Khi α <1nên

ΔQH=120.103 (1−α ) M0=120.10−3( 1−0,84547) 0,5119=9656,4816 (KJ/kgnl) Động cơ xăng: Tz=2300−2800 ° K

2.3.3 Áp suất và thể tích cuối quá trình cháy

Áp suất cuối quá trình cháy:

pz= λ pc= ¿ 3,69025.2,12751=7,85104 MPa Trong đó, đối với động cơ xăng:

λ= βzTz

Tc

= 1,09558.2628,70856

780,42426 =3,69025

Do đó thể tích cuối quá trình cháy

Vz= ρ Vc (m3)

Động cơ xăng: pz=3−8 MPa λ=3−4 ρ=1

2.4 Quá trình giãn nở

2.4.1 Chỉ số giản nở đa biến trung bình

5

Ta có phương trình:

( ξb− ξz) QH

M1(1+ γr) = β ( mC ’’V)tbbTb− βz( mC ’’V)tbzTz+ R

n2−1 ¿ ) (3-2-1) Đối với động cơ xăng khi α <1, trong công thức trên cần phải thay đổi trị số QH bằng

QH− ΔQH vì có tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn.

Trong đó:

( mC ’’V)tbb: tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại b

( mC ’’V)tbz: tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z

β : hệ số thay đổi phân tử thực tế

1+γr =1+

1,09985−1 1+0,04471 =1,09558

Kết hợp với phương trình:

Tb¿ Tz 1

δn−1= ¿ (3-2-2)

Trong đó: δ : tỉ số giãn nở sau khi cháy

δ= Vb

Vz

= Vh+ Vc

ρ Vc

= ε

11

1 =11

(đối với động cơ xăng: Vz= Vc⟹ ρ=1 , δ=ε )

Tiến hành giải tìm n2 như sau:

- Chọn n2(1): động cơ xăng n2=1,2551

- Thay n2

(1)

vào (3-2-2) : Tb¿ Tz 1

δn−1=2628,70856.

1

111,2551−1=1425,88062

Ta có công thức: ( ξb− ξz) QH

M1(1+γr) =

( 0,87−0,87 ).(44.103−9656,4816) 0,44157(1+0,04471) =0 (C1)

β ( mC ’’V)tbbTb= β ( 20,95953+ 1

2 573,73663.10

−5

Tb) Tb

¿ 1,09558 ( 20,95953+ 1

2 573,73663 10

−5 .1425,88062 ) 1425,88062

¿ 39132,15575 (C2)

βz( mC ’’V)tbzTz= βz( 20,95953+ 1

2 573,73663.10

−5 Tz) Tz

¿ 1,09558 ( 20,95953+ 1

2 573,73663 10

−5.2628,70856 ) 2628,70856

¿ 82080,20534 (C 3 )

Từ (C1),(C2) và (C3) thế vào (3-2-1):

6

( ξb− ξz) QH

M1(1+ γr) = β ( mC ’’V)tbbTb− βz( mC ’’V)tbzTz+ R

n2−1 ¿ )

 0= ¿ 39132,15575−82080,20534+ 8,314

n2−1 [1,09558(2628,70856-1425,88062)]

⇒n2=1,2551

2.4.2 Áp suất cuối quá trình giãn nở

Pb= pz

δn2= 7,85104

111,2551 =0,38715 MPa

2.4.3 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở

Tb= Tz

δn2 −1= 2628,70856

111,2551−1 =1425,88062 °K Động cơ xăng: pb= 0,35−0,5 MPa Tb=1500−1700° K

3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

3.1 Các thông số chỉ thị

3.1.1 Áp suất chỉ thị trung bình

Động cơ xăng: công thức lý thuyết

p, i= pa ε

n1

n2−1 ( 1− 1

εn2 −1) − 1

n1−1 ( 1− 1

εn1 −1) ]

¿ 0,08 111,36815

11−1 . [ 3.69025

1,2551−1 ( 1− 1

111.2551−1) − 1

1,36815−1 ( 1− 1

111,36815−1) ]

¿ 1,06938 MPa

Thực tế: pi= φđp,

i=1,06938.0,97=1,0373 (MPa) Với: φđ=0,92−0,97 : hệ số điền đầy đồ thị công Giá trị lớn dùng cho động cơ xăng, giá trị nhỏ dùng cho động cơ diesel.

+ Động cơ không tăng áp: pi=0,7−1,2 MPa

+ Động cơ tăng áp: pi≥3 MPa

1.1.1 Công suất chỉ thị

Ni= pi.Vh i n

30 τ =

1,0373.4163 10−3.6600

30.4 =237,5054 kW Với: Vh:(lít) , pi:( MPa) , n :(v / p)

3.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

7

gi= 432 pkηv

M1piTk= 432.

0,1.0,79825 0,44157.1,0373 297 =0,25349 (kg/kWh)

3.1.3 Hiệu suất chỉ thị

ηi=3,6 1

giQH=3,6

1 0,25349.44 =0,32277

3.2 Các thông số có ích

3.2.1 Áp suất tổn thất cơ giới trung bình

Động cơ xăng

- i<6 , S

D > 1 : pm=0,05+0,0155.Cm=0,05+0,0155.20,46=0,36713 MPa

3.2.2 Áp suất có ích trung bình

pe= pi− pm=1,0373−0,36713=0,67017 Mpa

3.2.3 Công suất có ích

Ne= pe n Vh i

30 τ =

0,67017.6600 4163 10−3

30.4 =153,44547 kW ( so sánh với Ne đã cho ,sai số không quá 5%)

3.2.4 Hiệu suất cơ giới

ηm= pe

pi

= 0,67017

1,0373 =0,64607 %

ηm=63-93%

3.2.5 Hiệu suất có ích

ηe= ηiηm=0,32277 0,64607 =0,20853%

3.2.6 Suất tiêu hao nguyên liệu có ích

ge= gi

ηm=

0,25349

0,68486 =0,37013 ¿

3.2.7 Lượng tiêu hao nguyên liệu trong 1 giờ

Gnl= geNe=0,37013.211,02321=78,10602 kg/h

8

3.3 Kiểm tra kích thước động cơ 3.3.1 Thể tích xylanh

Vh= 30 Neτ

pe.i n

3.3.2 Đường kính xylanh

D= √ 4 Vh

πS

9