Bài tập lớn môn nguyên lý động cơ đốt trong ts.dương việt dũng bkđn

BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ
1.1.Thông số cho trước của động cơ
Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Công suất có ích N
e
Kw 8.0
Tỷ số nén
ε
20
Số vòng quay N Vòng/phút 2180
Đường kính xilanh D mm 94
Hành trình piston S mm 90
Số xilanh i 1
Số kỳ
τ
4
Góc mở xupáp nạp
ϕ
1
Độ 10÷40
Góc đóng muộn xupáp nạp
ϕ
2
Độ 46
Góc mở xupáp thải
ϕ
3
Độ 56
Góc đóng muộn xupáp thải
ϕ

4
Độ 5÷30
Loại buồng cháy: xoáy lốc
Kiểu xupáp
1.2.Thông số chọn của động cơ
Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Aïp suất khí nạp p
k
MN/m
2
0,1
Nhiệt độ khí nạp T
k
K 300
Hệ số dư lượng không khí
α
1,4
Aïp suất cuối kì nạp p
a
MN/m
2
0,08
Aïp suất khí sót p
r
MN/m
2
0,104
Nhiệt độ khí sót T
r
K 700

Độ sấy nóng khí nạp mới
∆
T 20
Chỉ số đoan nhiệt m 1.45
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z
ξ
z
0,65
Hệ số lợi dụng nhiệt ại b
ξ
b
0,8
Tỷ số tăng áp suất
λ
1,5
Hệ số nạp thêm
λ
1
1,03
Hệ số quết buồn cháy
λ
2
1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
λ
t
1,1
Hệ số điền đầy đồ tthị
ϕ
d

0,98
1.3.Tính toán các thông số của chu trình

1.3.1.Tính quá trình nạp

Trang1
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1. Tính hệ số khí sót γ
r
m
a
r
t
a
r
r
k
r
p
p
p
p
T
TT
1
21
2

1

).(








−
∆+
=
λλελ
λ
γ

031.0
08,0
104,0
.1.1,103.1.20
1
.
08,0
104,0
.
700
)20300(1
45,1
1
=







−
+
=
2. Tính hệ số nạp


















−
∆+−

=
m
a
r
k
a
k
k
p
p
p
p
TT
T
1
V
1.
)(
.
)1(
1
η
λλελ
ε

7769,0
08.0
104,0
.1.1,103,1.20.
1,0

08,0
.
)20300(
300
.
1)-(20
1
45,1
1
=














−
+
=
3. Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
(K)

)1(
p
p
T.TT
T
r
m
1m
r
a
rrtk
a
γ+








γλ+∆+
=
−

78.329
)031,01(
104,0
08,0
.700.031,0.1,120300

45,1
145,1
=
+






++
=
−
(K)
4. Tính sô úmol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M
0
(kmol kk/kg nl)


495,0
32
004,0
4
126,0
12
87,0
21,0
1
3241221,0
1

0
=






−+=






++=
nl
O
HC
M
(kmol kk/kg nl)


5.Tính số mol khí nạp mới M
1

M
1
= α.M
0

(động cơ diesel)
M
1
= 1,4.0,495 = 0,693 (kmol kk/kg nl)
1.3.2. Tính quá trình nén

Trang2
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
6. Tỷ nhiệt của không khí
vkk
Cm
(kJ/kmol.K)

43,20.
2
00419,0
806,19.
2
=+=+= TT
b
aCm
v
vvkk
(kJ/kmol.K)
7. Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy
//
v
Cm
(kJ/kmol.K) :

T
b
aCm
v
vv
2
′′
+
′′
=
′′
=21,8684 (kJ/kmol.K)
α = 1,4 =>
034,21
4,1
634,1
867,19
//
=+=
v
a

0056,010.
4.1
36,184
38,427
5//
=







+=
−
v
b
8.Tỷ số của hỗn hợp cháy
/
v
Cm
(kJ/kmol.K) :

viiv
mCrCm .
∑
=
′
47325.20
031.01
8684,21.031,043,20
1
.
//
/
=
+
+
=

+
+
=
r
vrvkk
v
CmCm
Cm
γ
γ
(kJ/kmol.K)
Trong đó :

843,19
031.01
034,21.031,0806,19
1
.
=
+
+
=
+
′′
+
=
′
r
vrv
v

aa
a
γ
γ

0042324.0
031,01
0056,0.031,000419,0
1
.
//
/
=
+
+
=
+
+
=
r
vrv
v
bb
b
γ
γ
9. Tính chỉ số nén đa biến trung bình n
1

Chọn trước n
1
= 1,367 , thế vào phương trình sau, giải bằng phương mò nghiệm

36788882,1
)120.(78,329.
2
0042324,0
843,19
314,8
1
)1.(.
2
314,8
1
1367.1
1
/
/
1
1
=
++
+=
++
+=
−
−n
v
v

Ta
b
a
n
ε

sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 ta lấy giá trị đã chọn.

10. Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T
c
(K)
T
c
= T
a
.
1n
1
−
ε
= 329,78.20
(1,367-1)
= 991,31 (K)
11. Tính áp suất cuối kỳ nén p
c
(MN/m
2
)
p
c

= p
a
.
1
n
ε
= 0,08.20
1,367
=4,81 (MN/m
2
)
1.3.3.Tính quá trình cháy
12.Tính
:M
∆
Động cơ Diesel
031625,0
32
004,0
4
126,0
324
=+=+=∆
OH
M
Trang3
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
13.Tính số mol sản phẩm cháy M
2
(kmol/kgnl)

M
2
= M
1
+
M∆
= 0,693+0,031625 = 0,724625 (kmol/kgnl)
14. Hệ số đổi phân tử lý thuyết

045635,1
693.0
724625.0
1
2
0
===
M
M
β
15. Hệ số biến đổi phân tử thực tế

044263,1
031,01
031,0045635,1
1
0
=
+
+
=

+
+
=
r
r
γ
γβ
β
16. Hệ số biến đổi phân tử tại z

035964,1
8,0
65,0
.
031,01
1045635,1
1.
1
1
1
0
=
+
−
+=
+
−
+=
b
z

r
z
ξ
ξ
γ
β
β
17. Tính hệ số toả nhiệt x
z
tại z
8125,0
8,0
65,0
===
b
z
z
x
ξ
ξ
18. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
α
>1 =>
0Q
H
=∆
(động cơ diesel)
19. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z

1733.337,2076.0054533,081843,21.

//////
=+=+=
zvzvzvz
TbaCm



( )
( )
81843,20
8125,01693,0
045635,1
031,0
8125,0724625,0
8125,01.693,0.806,19
045635,1
031,0
8125,0.724625,0.034,21
)1(
)1(
1
0
2
1
/
0
2
//
//
=

−+






+
−+






+
=
−+








+
−+









+
=
z
r
z
zv
r
zv
vz
xMxM
xMaxMa
a
β
γ
β
γ
Trang4
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

( )
( )
0054533.0
8125,01.693,0
045635,1

031,0
8125,0.724625,0
8125,01693,0.0042324,0
045635,1
031,0
8125.0.724625,0.0056,0
)1.(
)1(
1
0
2
1
/
0
2
//
//
=
−+






+
−+







+
=
−+








+
−+








+
=
z
r
z
zv

r
zv
vz
xMxM
xMbxMb
b
β
γ
β
γ
20. Nhiệt độ cực đại của chu trình: TZ (K)


721,7485631,991.5,1.314,8
2
31,991.0042324,0
843,19
)031,01.(693,0
42500.65,0
314,8
2
.
)1(
.
*
18015,30)314,881843,20.(035964,1)314,8(*
00282471,0
2
0054533,0.035964,1
2

.
*
/
/
1
//
//
−=






++−
+
−
=








++−
+
−=
=+=+=

===
c
cv
v
r
Hz
vzz
vzz
T
Tb
a
M
Q
C
aB
b
A
λ
γ
ξ
β
β


Ta có phương trình bậc hai :

0CBTAT
z
2
z

=++
⇔
0721,74856.18015,30.00282471,0
2
=−+
zz
TT
⇒ T
z
= 2076,7
21 . Aïp suất cực đại chu trình p
z
p
z
= p
c
.λ = 4,81.1,5 =7,214 (MN/m
2
)
1.3.4.Tính quá trình giản nở
22.Tỷ số giản nở sớm :
Tc
T
.
zz
λ
β
=ρ
(động cơ diesel) =
4468.1

31,991
7,2076
.
5,1
035964,1
=
23. Tỷ số giản nở sau
==
ρ
ε
δ

823,13
4468,1
20
=
24. Kiểm nghiệm lại trị số n
2
Trang5
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Chọn trước n
2
= 1,23

Tính theo công thức :

)TT.(
2
b
a

)TT.().1(M
)QQ).((
314,8
1n
bz
//
z
//
vz
bzr1
HHzb
2
+++
−βγ+
∆−ξ−ξ
=−

 n2 =
210757107,1
)
823,13
7,2076
7,2076(
2
0054533.0
81843,20)
823,13
7,2076
7,2076.(044263,1).031,01(693,0
42500).65,08,0(

314,8
1
)1211,1()1211.1(
=
++++−+
−
+
−−

Trong đó :
1
2
−
=
n
z
b
T
T
δ

25. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T
b
(K)
51,1106
823,13
7,2076
)1211,1(
1
2

===
−
−n
z
b
T
T
δ
(K)
26. Aïp suất cuối quá trình giản nở p
b
(MN/m
2
)
3,0
823,13
214,7
211,1
2
===
n
z
b
p
p
δ
(MN/m
2
)
27. Kiểm lại nhiệt độ khí sót

)(47,796
3,0
104,0
.51,1106
45,1
145,1
1
K
p
p
TT
m
m
b
r
brtinh
=






=









=
−
−
Sai số
%15%78,13100).
700
70047,796
( <=
−
=
−
r
rchonrtinh
T
TT
=> thỏa mãn

1.3.5.Các thông số chỉ thị
28. Áp suất chỉ thi trung bình lý thuyết (MN/m
2
)
động cơ diesel













−
−
−






−
−
+−
−
=
−− 1
1
1
2
12
1
1.
1
11
1.

1
)1(.
1
'
nn
c
i
nn
p
p
εε
λρ
ρλ
ε

Trang6
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

)/(9386,0
20
1
1.(
1367,1
1
)
20
1
1(
1211,1
4468,1.5,1

)14468,1.(5,1.
120
81,4
2
)1367,1()1211,1(
mMN=






−
−
−−
−
+−
−
=
−−
29. Aïp suất chỉ thị trung bình (MN/m
2
)
p
i
=
98,0.9386,0.
/
=
di

p
ϕ
= 0,91(MN/m
2
)
30. Hiệu suất chỉ thị động cơ η
i
4764,0
1,0.7769,0.42500
300.91,0.693,0.314,8

314,8
1
===
kvH
ki
i
pQ
TpM
η
η
31.Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g
i
(g/kw.h):
8,177
4764,0.42500
3600000
.
3600000
===

iH
i
Q
g
η
(g/kw.h)

1.3.6.Các thông số có ích
32.Tổn thất cơ giới p
m
(MN/m
2
)
Theo công thức kinh nghiệm
P
m
= a + b.C
m
+ p
r
-
p
a

Với I <6 => a= 0,09
b= 0,0138

C
m
=

)/(54,6
30
2180.09,0
30
.
sm
nS
==
=> P
m
= 0,09 + 0,0138.6,54 + 0,104 - 0,08 = 0,20425 (MN/m
2
)

33. Áp suất trung bình (MN/m
2
)
p
e
= p
i
- p
m
= 0,91- 0,20425 = 0,70575 (MN/m
2
)
34. Hiệu suất cơ giới (%)
7755,0
91,0
70575,0

===
i
e
m
p
p
η
35. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h)
2714,229
7755,0
8,177
===
m
i
e
g
g
η
(g/kw.h)
36. Hiệu suất có ích (%)
η
e
= η
m
.η
I
= 0,7755.0,4764 = 0,3695
37. Thể tích công tác của động cơ
)(
3

dm

62397,0
2180.1.70575,0
4.30.8

.30.
===
nip
N
V
e
e
h
τ
(dm
3
)
Trang7
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
38. Kiểm nghiệm đường kính xilanh (dm)
9398,0
9,0.14,3
62397,0.4
.
.4
===
S
V
D

h
t
π
(dm)
1,0002,094,09398,0 ≤=−=−=∆ DDD
t
=> thỏa mãn

1.4. Vẽ đồ thị công:
Để vẽ được đồ thị công ta thực hiện những bước sau
39. Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số nén đa biến n
1


Phương trình đường nén:
constpV
1
n
=
, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ
trên đường nén thì:

11
n
nxnx
n
cc
VpVp =
. Rút ra:
1

n
c
nx
cnx
V
V
1
pp








=
.
Đặt
i
V
V
c
nx
=
ta có
1n
c
nx
i

p
p =
n
1
là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt.
40. Xây dựng đường công áp suất trên đường giãn nở
Phương trình của đường giãn nở đa biến:
constpV
2
n
=
, do đó nếu gọi x là
điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

22
n
gnxgnx
n
zz
VpVp =
. Rút ra:
2
n
z
gnx
zgnx
V
V
1
pp









=
Chú ý rằng
cz
VV ρ=
, đặt
i
V
V
c
gnx
=
do đó
2
2
n
n
z
gnx
i
.p
p
ρ

=
n
2
là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt.

Trang8
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
41. Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở
Vx i
Đường nén Đường giãn nở
1
n
i
1
1
n
i
1
n
c
i
p
2
n
i
2
1
n
i
2

2
.
n
n
z
i
p
ρ
0.0328 1 1 1 4.81 1 1 11.28316221
0.0656 2 2.579336501 0.3877 1.8648 2.315 0.432 4.873977352
0.0984 3 4.489776838 0.2227 1.0713 3.7826 0.2644 2.98288831
0.1312 4 6.652976787 0.1503 0.723 5.3591 0.1866 2.10540758
0.164 5 9.025930725 0.1108 0.5329 7.0219 0.1424 1.606860431
0.1968 6 11.58064528 0.0864 0.4153 8.7567 0.1142 1.28851556
0.2296 7 14.29713509 0.0699 0.3364 10.554 0.0948 1.069096986
0.2624 8 17.16026587 0.0583 0.2803 12.406 0.0806 0.909471004
0.2952 9 20.15809606 0.0496 0.2386 14.308 0.0699 0.788575269
0.328 10 23.28091258 0.043 0.2066 16.255 0.0615 0.694114044
0.3608 11 26.5206278 0.0377 0.1814 18.244 0.0548 0.618449567
0.3936 12 29.87038108 0.0335 0.161 20.272 0.0493 0.556598899
0.4264 13 33.32426371 0.03 0.1443 22.335 0.0448 0.505179166
0.4592 14 36.8771224 0.0271 0.1304 24.432 0.0409 0.461816856
0.492 15 40.52441471 0.0247 0.1187 26.561 0.0376 0.424799813
0.5248 16 44.26210013 0.0226 0.1087 28.72 0.0348 0.392863365
0.5576 17 48.08655621 0.0208 0.1 30.908 0.0324 0.365054064
0.5904 18 51.99451296 0.0192 0.0925 33.123 0.0302 0.340640144
0.6232 19 55.98300063 0.0179 0.0859 35.365 0.0283 0.319051081
0.656 20 60.04930759 0.0167 0.0801 37.631 0.0266 0.299835815
42. Xác định các điểm đặc biệt
Chọn các tỷ lệ xích µ

v
và µ
p
sau đó vẽ hệ trục toạ độ (V,p).
Các điểm đặc biệt đó là:
r(V
c
,p
r
); a(V
a
,p
a
); b(V
a
,p
b
);
c(V
c
,p
c
); y(V
c
,p
z
); z(V
z
,p
z

).
Chú ý các quan hệ thể tích: V
a
= V
c
+ V
h
;
S
4
D
V;
1
V
V
2
h
h
c
π
=
−ε
=
Trang9
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Tại điểm r V
c
0,0328
p
r

0,104
Va 0,65677
p
a
0,08
V
a
0,65677
p
b
0,3
Vc 0,0328
p
c
4,81
Vc 0,0328
p
z
7,14
Vz 0,0475
p
z
7,214
43. Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm
đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết
44. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm
Phun sớm (c’ - động cơ Diesel)
Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải
Mở sớm (r’), đóng muộn (a’) xupáp nạp
45. 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’’ = 1/2 yz
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
Trang10
Tại điểm c’’
Vc
0,0328
p
c"
7,214
Tại điểm z’’
V
z"
0,0475
p
z
7,214
Tại điểm b’’
Va
0,656
p
b"
0,18996
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Trang11
BAÌI TẬP LỚN NGUYÃN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
n2

PV

= const
n1
PV

= const
B
0.6
0.4
0.2
12
9
6
3
0
V
c
V
h
V
a
c
2
p
(

MN/m )
V
(dm )

a''
a
b''
b
c'
z
z''
y
c''
r
pa
3
Trang12