Tiểu luận môn học động cơ đốt trong nâng cao (chương 4)

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG NÂNG CAO

GVHD: PGS-TS PHẠM XUÂN
MAI
SVTH: PNẠM NHỌC HÀ


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

CHƯƠNG 4: NHIỆT ĐỘNG HỌC CƠ
BẢN TRONG CÁC MÔ HÌNH
4.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MÔ
BUỒNG ĐỐT
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 nhaïy

Trang 2


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC
MÔ HÌNH
4.1.1
niệm
hỗnlà
hợp
hòa
trộn
trước:
HỗnKhái
hợp hòa
trộn trước
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

Hỗn hợp

(Hòa khí)

Buồng đốt
động cơ

Nhiên liệu

Trang 3


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU
4.1.2.1. Khái niệm:
TRÚC
MÔ HÌNH
Để tính toán quá trình cháy và các chu trình nhiệt
trong
của 4.1.2.
động Môi
cơ nóichất
chung công
chúng tác
ta cần
phảiĐCĐT.
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 4


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.1.2.2. Tính toán thành phần hỗn hợp trước
và sau khi cháy:
A. Khối
Tính lượng
toán môi
thành
phần
sản
chất
công
tácvật
có cháy:
trong xy lanh đầu

quá trình nén mc gồm khí nạp mới mi cho chu trình và lượng
khí xót mr của chu trình trước còn lại trong xy lanh. Tỉ lệ khí
xót x có mặt trong hỗn hợp khí mới được xác định theo
mr
biểu thức:
x =
r

mc

Trang 5


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

B. Tính thành phần hỗn hợp khí trước phản ứng.

Trang 6


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Trang 7


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

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 8


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

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 9


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

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

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC
MÔThiết
HÌNH
kế một buồng đốt cho động cơ xăng đòi hỏi
phải
có một
sự cân
nhắc
kỹ yếu
lưỡng tố
về những
tố tối
4.1.5
Tính
toán
các
ảnh yếu
hưởng
ưu. Có một số lựa chọn thiết kế đối với nắp quy lát, và
tới
quá trình hình thành hỗn hợp.
hình dạng đỉnh piston, buji, kích thước và số lượng van, và
4.1.5.1 Tính toán buồng đốt động cơ.
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
Trang
vậy nó tác động trực tiếp đến hiệu suất. Hiện tượng
kích


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.1.5.2

4.1.5.3

Tính toán các hệ số điều khiển đ

- Hiệu suất
nạp:
Truyền
nhiệt
Trị
số

octan:
Tối
ưu hóa buồng

đốt.

- Cấu hình buồng đốt
- Vị trí buji trong vùng buồng đốt

Trang


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.2 MÔ HÌNH NGỌN LỬA TRONG ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG
Phương
trìnhtích
bảo
toàn
thiết về
lập sự
hệlan
phương
trình
vi
4.2.1.
Phân
của
Zeldovich

truyền
của
phân,lửa
thường được giải bằng phương pháp số.
màng
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
4.2.2.
Nghiệm
của
các
phương trình bảo toàn:
duy
trì bởi
phản số
ứng
hoá
học.
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

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

.2.2. Nghiệm số của các phương trình bảo toà
4.2.2.1. Sự rời rạc hoá không gian

Giản đồ minh hoạ sự rời rạc hoá không gian

Trang


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.2.2.2. Giá trị ban đầu, điều kiện biên, nghiệm bình ổn

Trang


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

4.2.2.3. Phương pháp nghiệm tường minh

Trang


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Nghiệm ẩn là một ví dụ của backward coupling. Nghiệm
4.2.2.4.
Phương pháp nghiệm ẩn

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
máy
tính.
.2.2.5. Nghiệm
bán
ẩn
của
phương
trình
vi toán
phânvới
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


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

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


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Hình 4.2.6 Biểu đồ cơ chế ôxy hoá gốc
hydrocacbon C1- và C2-

Trang


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

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


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

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.

Trang