Chương 1: Tính toán chu trình nhiệt động cơ

Chæång 1. TÊNH TOAÏN chu trçnh NHIÃÛT ÂÄÜNG CÅ Muûc âêch pháön tênh toaïn nhiãût âäüng cå giuïp cho sinh viãn váûn duûng kiãún thæïc âaî hoüc trong män nguyãn lyï âäüng cå âäút trong âãø tênh toaïn caïc quaï trçnh nhiãût trong âäüng cå qua âoï hiãøu roî âæåüc caïc quan hãû giæîa caïc thäng säú nhiãût âäüng cuía chu trçnh, xaïc âënh âæåüc caïc chè tiãu kinh tãú kyî thuáût vaì kiãøm nghiãûm laûi caïc kêch thæåïc cå baín cuía âäüng cå. Tæì kãút quaí tênh toaïn nhiãût sinh viãn coï thãø xáy dæûng âæåüc âäö thë cäng lyï thuyãút cuía âäüng cå. Tæì caïc säú liãûu vãö kãút cáúu vaì chè tiãu kyî thuáût cuía âäüng cå cho træåïc, sinh viãn læûa choün caïc thäng säú khaïc âàûc træng cho âiãöu kiãûn váûn haình âãø xaïc âënh caïc thäng säú nhiãût âäüng cuía tæìng quaï trçnh. Caïc thäng säú choün dæûa trãn cå såí loaûi âäüng cå, âàûc âiãøm kãút cáúu. Caïc thäng säú âæåüc kyï hiãûu nhæ trong taìi liãûu "Nguyãn lyï âäüng cå âäút trong" cuía GS Nguyãùn Táút Tiãún (NXB Giaïo duûc, 2000). Thäng säú cho træåïc cuía âäüng cå: Tãn thäng säú Kyï hiãûu Thæï nguyãn Giaï trë Cäng suáút coï êch Ne Kw Tyí säú neïn e Säú voìng quay n Voìng/ phuït Âæåìng kênh xi lanh D mm Haình trçnh piston S mm Säú xi lanh i Säú kyì t Goïc måí såïm xupaïp naûp j1 Âäü Goïc âoïng muäün xupaïp naûp j2 Âäü Goïc måí såïm xupaïp thaíi j3 Âäü Goïc âoïng muäün xupaïp thaíi j4 Âäü Loaûi buäöng chaïy Kiãøu xu païp Thäng säú choün cuía âäüng cå: Tãn thäng säú Kyï hiãûu Thæï nguyãn Giaï trë AÏp suáút khê naûp Pk MN/m2 Nhiãût âäü khê naûp Tk K Hãû säú dæ læåüng khäng khê a AÏp suáút cuäúi kyì naûp Pa MN/m2 AÏp suáút khê soït Pr MN/m2 Nhiãût âäü khê soït Tr K Âäü sáúy noïng khê naûp måïi DT Chè säú âoaûn nhiãût m Hãû säú låüi duûng nhiãût taûi z xz Hãû säú låüi duûng nhiãût taûi b xb Tyí säú tàng aïp l Hãû säú naûp thãm l1 Hãû säú queït buäöng chaïy l2 Hãû säú hiãûu âênh tyí nhiãût lt Hãû säú âiãön âáöy âäö thë jâ Caïc säú liãûu tham khaío âãø choün: Lo¹i ®éng c¬ HÖ sè d­ l­îng kh«ng khÝ a Tû sè t¨ng ¸p l §éng c¬ x¨ng 0,85 - 1,15 §éng c¬ Diesel Tèc ®é thÊp Cao tèc buång ch¸y thèng nhÊt Cao tèc buång ch¸y ng¨n c¸ch T¨ng ¸p 1,6 -2,0 1,5 - 1,9 1,2 - 1,7 1,7 - 2,2 1,7 - 2,2 1,5 - 1,8 Lo¹i ®éng c¬ xb xz pr [MN/m2] Tr [K] DT §éng c¬ Diesel 0,80 - 0,90 0,65 - 0,85 0,104 - 0,118 700 - 900 0 - 20 §éng c¬ X¨ng 0,85 - 0,95 0,85 - 0,92 0,101 - 0,118 900- 1000 20 - 40 §éng c¬ Ga 0,8 - 0,85 Choün lt theo baíng a 0,8 0,9 1,2 1,4 lt 1,13 1,17 1,14 1,11 Tênh toaïn caïc thäng säú cuía chu trçnh: Tênh quaï trçnh naûp: Tênh hãû säú khê soït gr: (1-1) Tênh hãû säú naûp hv: (1-2) Tênh nhiãût âäü cuäúi quaï trçnh naûp Ta (K): (1-3) Lo¹i ®éng c¬ hv gr Ta [K] §éng c¬ x¨ng 0,75 - 0,85 0,07 - 0,12 340 - 400 §éng c¬ Diesel 0,75 - 0,95 0,03 - 0,06 310 - 340 Tênh säú mol khäng khê âãø âäút chaïy mäüt kg nhiãn liãûu M0 (kmolKK/kgnl): Nhiªn liªu Thµnh phÇn trong 1 kg nhiªn liÖu [kg] Khèi l­îng ph©n tö mnl [kg/kmol] NhiÖt trÞ thÊp QH [kj/kg] C H O X¨ng 0,855 0,145 0 110 - 120 43.995 Diesel 0,87 0,126 0,004 180 - 200 42.530 (1-4) Tênh säú mol khê naûp måïi M1: (1-5) (âäüng cå Diesel, âäüng cå phun xàng) (âäüng cå xàng duìng bäü chãú hoaì khê) Tênh quaï trçnh neïn Tyí nhiãût cuía khäng khê (kJ/kmol.K): (1-6) Tyí nhiãût mol cuía saín pháøm chaïy (kJ/kmol.K): (1-7) Nãúu 0,7£a<1 thç: Nãúu a³1 thç: Tyí nhiãût cuía häùn håüp chaïy (kJ/kmol.K): (1-8) Coï thãø viãút dæåïi daûng: Trong âoï: ; Tênh chè säú neïn âa biãún trung bçnh n1: Choün træåïc n1, thãú vaìo phæång trçnh sau, xaïc âënh n1 bàòng phæång phaïp gáön âuïng. (1-9) Khi sai säú hai vãú nhoí hån 0,001 thç láúy giaï trë n1 âaî choün. Tênh nhiãût âäü cuäúi kyì neïn Tc (K): (1-10) Tênh aïp suáút cuäúi kyì neïn pc (MN/m2): (1-11) Lo¹i ®éng c¬ n1 pc [MN/m2] Tc [K] X¨ng 1,34 - 1,38 0,9 - 1,5 600 - 750 Diesel Buång ch¸y ng¨n c¸ch Buång ch¸y thèng nhÊt 1,34 - 1,38 1,34 - 1,42 3,5 - 6,0 3,5 - 6,0 700 - 1050 Tênh quaï trçnh chaïy Tênh DM: Âäüng cå Diesel (1-12) Âäüng cå xàng khi a³ 1 thç (1-13) khi 0,7£a< 1 thç Tênh säú mol saín pháøm chaïy M2 (kmol/kgnl): (1-14) Hãû säú biãún âäøi phán tæí lyï thuyãút. (1-15) Hãû säú biãún âäøi phán tæí thæûc tãú. (1-16) Hãû säú biãún âäøi phán tæí taûi z. (1-17) Tênh hãû säú toaí nhiãût xz taûi z: (1-18) Täøn tháút nhiãût do chaïy khäng hoìan toaìn: (1-19) a>1 thç D QH = 0(âäüng cå Diesel) a <1 thç D QH = 120.103.(1-a)M0 (âäüng cå âaïnh læía cæåîng bæïc) Tyí nhiãût mol âàóng têch trung bçnh mäi cháút taûi z. (1-20) Nhiãût âäü cæûc âaûi cuía chu trçnh Tz (K): Nhiãût âäü cæûc âaûi tênh theo phæång trçnh chaïy: (1-21) (âäüng cå âaïnh læía cæåîng bæïc) (âäüng cå Diesel) Âæa vãö daûng phæång trçnh báûc hai: Caïc hãû säú A, B, C cuía phæång trçnh xaïc âënh theo baíng: Âäüng cå A B C Âäüng cå âaïnh læía cæåîng bæïc Âäüng cå Diesel Xaïc âënh tyí säú tàng aïp l Træåìng håüp âäüng cå âaïnh læía cæåîng bæïc: (1-22) Træåìng håüp âäüng cå Diesel thç choün theo baíng. Aïp suáút cæûc âaûi chu trçnh pz. (1-23) Lo¹i ®éng c¬ pz [MN/m2] Tz [K] X¨ng 2,8 - 6,0 2500 - 2800 Diesel 4,8 - 9,6 1900 - 2200 Tênh quaï trçnh giaín nåí: Tyí säú giaîn nåí såïm: (1-24) r = 1 (âäüng cå âaïnh læía cæåîng bæïc) (âäüng cå Diesel) Tyí säú giaîn nåí sau: (1-25) d = e (âäüng cå âaïnh læía cæåîng bæïc) (âäüng cå Diesel) Kiãøm nghiãûm laûi trë säú n2: Choün træåïc n2 thãú vaìo phæång trçnh sau, xaïc âënh n2 bàòng phæång phaïp gáön âuïng. (1-26) Trong âoï: Khi sai säú hai vãú nhoí hån 0,001 thç láúy giaï trë n2 âaî choün. Nhiãût âäü cuäúi quaï trçnh giaîn nåí Tb (K): (1-27) Aïp suáút cuäúi quaï trçnh giaîn nåí pb (MN/m2): (1-28) Kiãøm nghiãûm laûi nhiãût âäü khê soït: (1-29) Sai säú Lo¹i ®éng c¬ n2 pb [MN/m2] Tb [K] §éng c¬ x¨ng 1,23 - 1,34 0,34 - 0,49 1200 - 1500 §éng c¬ Diesel 1,15 - 1,28 0,2 - 0,6 1000 - 1200 Caïc thäng säú chè thë: Aïp suáút chè thë trung bçnh lyï thuyãút (MN/m2): Træåìng håüp âäüng cå âaïnh læía cæåîng bæïc: (1-30) Træåìng håüp âäüng cå Diesel: Aïp suáút chè thë trung bçnh (MN/m2): (1-31) Hiãûu suáút chè thë âäüng cå hi: (1-32) Suáút tiãu hao nhiãn liãûu chè thë gi (g/kw.h): (1-33) Lo¹i ®éng c¬ pi [MN/m2] gi [g/kw.h] hi §éng c¬ x¨ng 0,68 - 1,18 210 - 340 0,25 - 0,44 §éng c¬ Diesel 0,64 - 0,96 150 - 20 0,43 - 0,56 Caïc thäng säú coï êch: Täøn tháút cå giåïi pm (MN/m2 ): Theo cäng thæïc kinh nghiãûm: (1-34) Trong âoï: (m/s) Tuyì theo âäüng cå vaì tyí säú S/D, loaûi buäöng chaïy (âäüng cå Diesel) tra caïc giaï trë a, b theo baíng sau: Âäüng cå a b Âäüng cå xàng S/D ³ 1 0,05 0,0155 S/D < 1 0,04 0,0135 Âäüng cå Diesel buäöng chaïy thäúng nháút i£6 0,09 0,012 i >6 0,03 0,012 Âäüng cå Diesel buäöng chaïy xoaïy läúc 0,09 0,0138 Âäüng cå Diesel buäöng chaïy dæû bë 0,015 0,0156 Aïp suáút coï êch trung bçnh (MN/m2): (1-35) Hiãûu suáút cå giåïi (%): (1-36) Suáút tiãu hao nhiãn liãûu coï êch (g/kw.h): (1-37) Hiãûu suáút coï êch (%): (1-38) Lo¹i ®éng c¬ hm pe [MN/m2] ge [g/kw.h] he X¨ng 0,7 - 0,85 0,6 - 1,0 260 - 380 0,22 - 0,33 Diesel 0,7 - 0,9 0,55 - 0,85 200 - 285 0,3 - 0,43 Thãø têch cäng taïc cuía âäüng cå (dm3): (1-39) Kiãøm nghiãûm âæåìng kênh xi lanh (mm): (1-40) Nãúu sai lãûch thç âaût, nãúu khäng thç phaíi tênh laûi. Veî âäö thë cäng Âãø veî âæåüc âäö thë cäng cáön phaíi thæûc hiãûn nhæîng bæåïc sau: Xaïc âënh caïc âiãøm trãn âæåìng neïn våïi chè säú neïn âa biãún n1 Phæång trçnh âæåìng neïn: , do âoï nãúu goüi x laì âiãøm báút kyì trãn âæåìng neïn thç: . Ruït ra: . Âàût ta coï n1 laì chè säú neïn âa biãún trung bçnh, xaïc âënh thäng qua tênh toaïn nhiãût. Xáy dæûng âæåìng cong aïp suáút trãn âæåìng giaîn nåí: Phæång trçnh cuía âæåìng giaîn nåí âa biãún:, do âoï nãúu goüi x laì âiãøm báút kyì trãn âæåìng giaîn nåí thç: . Ruït ra:. Chuï yï ràòng , âàût do âoï n2 laì chè säú giaîn nåí âa biãún trung bçnh, xaïc âënh thäng qua tênh toaïn nhiãût. Láûp baíng xaïc âënh âæåìng neïn vaì âæåìng giaîn nåí: Vx i Âæåìng neïn Âæåìng giaîn nåí Vc 1 ... . . . . .. . . . eVc e Xaïc âënh caïc âiãøm âàûc biãût: Choün caïc tyí lãû xêch mv vaì mp sau âoï veî hãû truûc toaû âäü (V,p). Caïc âiãøm âàûc biãût âoï laì: r(Vc,pr); a(Va,pa); b(Va,pb); c(Vc,pc); y(Vc,pz); z(Vz,pz). Chuï yï caïc quan hãû thãø têch: Va = Vc + Vh; Näúi caïc âiãøm trung gian cuía âæåìng neïn vaì âæåìng giaîn nåí våïi caïc âiãøm âàûc biãût, seî âæåüc âäö thë cäng lyï thuyãút. Duìng âäö thë Brick xaïc âënh caïc âiãøm: Phun såïm (c’ - âäüng cå Diesel), Âaïnh læía såïm (c’ - âäüng cå xàng) Måí såïm (b’), âoïng muäün (r’’) xupaïp thaíi. Måí såïm (r’), âoïng muäün (a’) xupaïp naûp. 44. Hiãûu chènh âäö thë cäng: ÅÍ âäüng cå xàng láúy aïp suáút cæûc âaûi bàòng (0,85 - 0,9) pz Xaïc âënh caïc âiãøm trung gian: Trãn âoaûn cy láúy âiãøm c’’ våïi c’’c = 1/3cy Trãn âoaûn yz láúy âiãøm z’’ våïi yz’’ = 1/2 yz Trãn âoaûn ba láúy âiãøm b’’ våïi bb’’ = 1/2ba. Näúi caïc âiãøm c’c’’z’’ vaì âæåìng giaîn nåí thaình âæåìng cong liãn tuûc taûi ÂCT vaì ÂCD vaì tiãúp xuïc våïi âæåìng thaíi. Ta seî nháûn âæåüc âäö thë cäng âaî hiãûu chènh. Hçnh 1.1 Âäö thë cäng âäüng cå xàng Hçnh 1.2 Âäö thë cäng âäüng cå Diesel Sæí duûng chæång trçnh tênh toaïn nhiãût: Chæång trçnh âæåüc viãút bàòng ngän ngæî AUTOLISP, caìi âàût trãn AUTOCAD. Chæång trçnh coï thãø tênh tæìng quaï trçnh hoàûc coï thãø chaûy táút caí caïc quaï trçnh cuìng mäüt luïc tuyì theo caïch læûa choün. Âãø thæûc hiãûn chæång trçnh, chaûy AUTOCAD. Trãn thanh Menu, nháúp chuäüt vaìo "Tênh toaïn nhiãût âäüng cå". Nãúu tênh tæìng quaï trçnh thç nháúp vaìo " Tênh tæìng quaï trçnh" Chuïng ta seî gàûp cáu hoíi: Âaî coï säú liãûu âãö chæa Choün tênh quaï trçnh naûp Choün caïc thäng säú cuía quaï trçnh naûp Ghi file säú liãûu choün våïi caïch ghi thäúng nháút nhæ : de+ + chonnap