Đồ án môn học tình tự tính toán nhiệt động cơ đốt trong

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.31 MB, 29 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ TḤT TP.HCM

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Nhiệm vụ

Tính tốn động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ thị công chỉ thị của một động cơ cần được thiết kế thông qua việc tính tốn các thơng số nhiệt động học của chu trình cơng tác trong động cơ gồm các q trình:

Nạp-nén-cháy-dãn nở.

Mỗi quá trình trên được đặc trưng bởi các thông số trạng thái là nhiệt độ, áp suất, thể tích của mơi chất cơng tác (MCCT) ở đầu và cuối của quá trình. Trên cơ sở lý thuyết nhiệt động học kỹ thuật, nhiệt động hóa học, lý thuyết động cơ đốt trong, xác định giá trị của các thông số nêu trên.

Tiếp theo ta tính các thơng số đánh giá tính năng của chu trình gồm các thơng số chỉ thị và các thơng số có ích của trình cơng tác như: áp suất chỉ thị trung bình pi, áp suất có ích trung bình pe, cơng suất chỉ thị Ni, cơng suất có ích Ne, hiệu suất ŋe và suất tiêu hao nhiên liệu ge của động cơ, …

Cuối cùng, bằng kết quả các tính tốn nói trên xây dựng giản đồ công chỉ thị của động cơ và đây là các số liệu cơ bản cho các bước tính tốn động lực học và thiết kế sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật tồn bộ động cơ.

Trong tính tốn kiểm nghiệm động cơ cho trước, việc tính tốn nhiệt có thể được thay thế bằng cách đo đồ thị công thực tế trên động cơ đang hoạt động nhờ các phương tiện, các dụng cụ đo, ghi kỹ thuật hiện đại. Tuy nhiên, với phương pháp tính tốn dựa trên cơ sở lý thuyết nhiệt động hóa học trong ĐCĐT, người ta củng có thể tiến hành khảo sát những chỉ tiêu động lực và chỉ tiêu kinh tế của các động cơ đã có sẵn này với kết quả đáng tin cậy.

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Mục Lục

I. TÌNH TỰ TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ... 5

A. Các thông số cho trước của động cơ ... 5

B. Chọn các thơng số cho tính tốn nhiệt ... 6

1. Áp suất khơng khí nạp (p

o

) ... 6

2. Nhiệt độ khơng khí nạp mới (T

0

) ... 6

3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (p

k

) ... 6

4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T

k

) ... 6

5. Áp suất cuối quá trình nạp (p

a

) ... 6

12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ

Z

) ... 7

13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ

b

) ... 7

14. Chọn hệ số dư lượng khơng khí α ... 7

15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (φ

d

) ... 7

5. Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình ... 13

6. Tính tốn thơng số kết cấu của động cơ ... 14

D. Vẽ đồ thị công chỉ thị: ... 17

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

A. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến: ... 21

B. Các khối lượng chuyển động quay: ... 21

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

BÀI TẬP LỚN

I. TÌNH TỰ TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

A. Các thông số cho trước của động cơ

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

B. Chọn các thơng số cho tính toán nhiệt: 1. Áp suất khơng khí nạp (po)

Áp suất khơng khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: Po =0,1013 MN/m2

2. Nhiệt độ khơng khí nạp mới (T0)

Nhiệt độ khơng khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường. Nước ta thuốc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là tkk =29oC, do đó

T0= (tkk + 273 )oK= 29+273=302oK

3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (pk)

Đối với động cơ 4 kì khơng tăng áp: pk > p0 = 0,1013 MN/m2 Chọn 𝑃𝑘= 0,12 MN/m2

4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk)

Đối với động cơ 4 kì khơng tăng áp:

Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức dộ giãn nở và sự trao đổi nhiệt trong quá trình giãn nở và thải. Đối với động cơ diesel:

Tr = 700 ÷ 900 oK Chọn Tr = 700 oK

8. Độ tăng nhiệt dộ khí nạp mới (ΔT)

Phụ thuộc vào qúa trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xilanh. Với động cơ diesel : ΔT = 20 ÷ 40 oC

Ta chọn : ΔT = 25 oC

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

9. Chọn hệ số nạp thêm λ1

Hệ số nạp thêm phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí. Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ1 = 1,02 ÷ 1,07

Ta chọn λ1 = 1,03

10. Chọn hệ số quét buồng cháy λ2

Đối với những độngh cơ không tăng áp do khơng có qt buồng cháy thì chọn 𝜆2= 1

11. Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt

Phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót Tr. Thơng thường khi tính cho động cơ diesel có α =1,5 ÷ 1,8 chọn λt = 1,11

12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ)

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ. Đối với động cơ diesel ta có thể chọn : ξZ = 0,65 ÷ 0,85

Ta chọn : ξZ = 0,75

13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb)

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) phụ thuộc vào nhiều yếu tố : tốc độ động cơ, tỷ số nén.

Đối với các loại động cơ diesel tốc độ trung bình ta thường chọn ξb = 0.85 ÷ 0.95 Ta chọn ξb = 0,9

14. Chọn hệ số dư lượng khơng khí α

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy. Đối với động cơ diesel buồng cháy thống nhất α = 1,45 ÷ 1.85

Ta chọn α = 1,8

15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (φd)

Hệ số điền đầy đồ thị công (φd) đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị cơng thực tế so với đồ thị cơng tính tốn. Đối với động cơ diesel buồng cháy thống

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

C. Tính tốn nhiệt

Tính tốn nhiệt nhằm xác định các thơng số của chu trình lý thuyết và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Đồ thị công chỉ thị của động cơ được xây dựng trên cơ sở các kết quả tính toán nhiệt và là các số liệu cơ bản cho các bước tính tốn động lực học và tính toán thiết kế động cơ tiếp theo.

- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới

- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy

Khi α > 1 tính cho động cơ diesel theo công thức sau:

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

- Tỷ số nén đa biến trung bình n1

Chỉ số nén đa biến trung bình được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quá trình nén với giả thiết cho vế trái của phương trình này bằng 0 và thay k1 = n 1, ta có

Thay n1 vào VT và VP của phương trình trên và so sánh nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu.

Sau khi chọn các giá trị của n1 ta thấy n1=1,367 thõa điều kiện bài tốn.

Trong đó: C, H, O là thành phần carbon, hydro, oxy, tính theo khối lượng có trong 1kg nhiên liệu lỏng. tham khảo bảng 2.10.

Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg dầu diesel: Mo = 0,4357 kmol kk/kg.nl

- Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1

Đối với động cơ diesel:

𝑀1 = 𝛼. 𝑀0 = 1,8 . 0,4357= 0,78426 kmol kk/kg.nl

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

- Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β

Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót cịn lại trong xilanh từ chu trình trước nên hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau:

- Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn

Vì là động cơ diesel nên: 𝛼 > 1, thì 𝛥𝑄𝐻 = 0

- Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của mơi chất tại điểm Z

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

- Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝐓x

Đối với động cơ diesel được tính theo cơng thức:

Với QH: là nhiệt trị của dầu diesel, QH=42,5.103 (kJ/kgn.l)

= 1,03249. (20,889 + 8,314). 𝑇𝑧 => Tz = 2492,3690 (0K)

- Áp suất cuối quá trình cháy 𝐏z

Đối với động cơ diesel:

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Giải phương trình ta tìm được n2 = 1,37

- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

+ Tr: chênh lệch độ khí sót tính tốn và chọn ban đầu.

|ΔT𝑟 𝑇𝑟 | = |

727,08 − 700

700 |= 0,0386 = 3,86 % < 5%

5. Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình - Áp suất chỉ thị trung bình tính tốn:

- Hiệu suất cơ giới:

Chọn hiệu suất cơ giới đối với động cơ diesel: ηM = 0,8

Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1m3 nhiên liệu ở dạng khí. Đối với động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có:

η= 8,314.𝑀

1

. 𝑃

𝑖

. 𝑇

𝑘

= 8,314.0,78426.1,0749.302 ≈ 0,575

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Trong đó Pk và Tk – thay gần đúng bằng Po và To Qh tính theo J/kg; M1 tính

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξz 0,75 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb 0,9

Hệ số hiệu đính đồ thị công φd 0,92

Tỷ số nén đa biến trung bình n1 1,367 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 1,37

Nhiệt độ khơng khí nạp mới To 302 °K Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới 𝛥T 25 °C

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Nhiệt độ khí sót Tr 727,08 °K Nhiệt độ cuối quá trình nạp Tα 358,94 °K Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc 1004,242 °K Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz 2492,3690 °K Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb 1006,71 °K

Áp suất khơng khí nạp Po 0,1013 MN/m2 Áp suất cuối quá trình nạp Pa 0,108 MN/m2

Áp suất quá trình nén Pc 4,985 MN/m2 Áp suất cuối quá trình cháy Pz 8,3124 MN/m2 Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb 0,3 MN/m2

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi 0,147 kg/kW.h Suất tiêu hao nhiên liệu ge 0,205 kg/kW.h

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

D. Vẽ đồ thị công chỉ thị

- Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:

. Điểm a: điểm cuối quá trình hút

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

II. CODE MATLAB

% phía trên tính theo đơn vị (dm)

%goc mo som xupap nap: 14%goc dong muon xupap nap: 50%goc mo som xupap thai: 62%goc dong muon xupap thai: 7%goc phun som : 20

%QUA TRINH NAP (doan rr'')

%QUA TRINH NEN (doan ac')

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

%QUA TRINH CHAY VA GIAN NO

x7=R.*(1-cosd(a7)+(lamda/4).*(1-cosd(2*a7))); v7=(x7.*Sp)+vc;

p7=pz.*(vz./v7).^n2;

j7=(R/10)*((w)^2).*(cosd(a7)+lamda.*cosd(2.*a7));

%QUA TRINH CHAY VA GIAN NO (doan b'->b")%%%xac dinh diem b'

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

%CAC LENH VE VA CHINH SUA DO THI

a =[a1 a2 a3 a4 a55 a7 a8 a9 a10];

grid on

plot(a,p,'b','linewidth',1.5) grid on

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

III. TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC

A. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

- Khối lượng nhóm piton mpt = 25 g/cm2

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

+) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m 1 có thể tra trong các các sổ tay, có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu

hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ

+) Hoặc có thể tính theo cơng thức kinh nghiệm sau: Đối với động cơ điezel ta có:

Ta chọn: m1 = 0,36. 25 = 9 (g/cm2)

Vậy ta xác định đươc khối lương tịnh tiến mà đề bài cho là: mj = mpt + m1 = 25+9 = 34 (g/cm2)

B. Các khối lượng chuyển động quay:

Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm: - Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt:

m2 = (mtt – m1) = 25 – 9 = 16 (g/cm2) - Khối lượng của chốt truc khuỷu: mch

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Trong đó, ta có :

dch: Là đường kính ngồi của chốt khuỷu: 85

(

mm A

)

δch: Là đường kính trong của chốt khuỷu: 44

(

)

lch: Là chiều của chốt khuỷu : 70

(

)

ρ: Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu ρ: 7800 Kg/ m3 = 7,8.10-6 Kg/ mm3

- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: m om . Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn:

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

2. Đồ thị PKT PJ; P1

3. Đồ thị T(α)

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

4. Đồ thị Z(α)

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

6. Đồ thị vecto phụ tải T-Z (α)

7. Đồ thị chuyển vị x(α)

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

8. Đồ thị vận tốc v(α)

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

9. Đồ thị gia tốc j(α)

VI. BẢNG SỐ LIỆU

</div>

Đồ án môn học tình tự tính toán nhiệt động cơ đốt trong

<b>Mục Lục </b>

<b>I. TÌNH TỰ TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ... 5 </b>

<b>A. Các thông số cho trước của động cơ ... 5 </b>

<b>B. Chọn các thơng số cho tính tốn nhiệt ... 6 </b>

1. Áp suất khơng khí nạp (p

) ... 6

2. Nhiệt độ khơng khí nạp mới (T

) ... 6

3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (p

) ... 6

4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T

) ... 6

5. Áp suất cuối quá trình nạp (p

) ... 6

12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ

) ... 7

13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ

) ... 7

14. Chọn hệ số dư lượng khơng khí α ... 7

15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (φ

) ... 7

5. Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình ... 13

6. Tính tốn thơng số kết cấu của động cơ ... 14

<b>D. Vẽ đồ thị công chỉ thị: ... 17 </b>

<b>A. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến: ... 21 </b>

<b>B. Các khối lượng chuyển động quay: ... 21 </b>

η= 8,314.<sup>𝑀</sup>

<sup>. 𝑃</sup>

<sup>. 𝑇</sup>

= 8,314.<sup>0,78426.1,0749.302</sup> ≈ 0,575

Trong đó Pk và Tk – thay gần đúng bằng Po và To Qh tính theo J/kg; M1 tính

<b>II. CODE MATLAB </b>

(

)

(

)

(

)

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về