Phần TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC 1.1 Mục đích tính toán + Mục đích việc tính toán chu trình công tác xác định tiêu kinh tế, hiệu chu trình công tác làm việc động + Kết tính toán cho phép xây dựng đồ thị công thị chu trình để làm sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền mài mòn chi tiết động + Phương pháp chung việc tính toán chu trình công tác áp dụng để kiểm nghiệm động sẵn có, động cải tiến thiết kế + Việc tính toán kiểm nghiệm động sẵn có cho ta thông số để kiểm tra tính kinh tế hiệu qủa động môi trường sử dụng chủng loại nhiên liệu thay đổi Đối với trường hợp ta phải dựa vào kết cấu cụ thể động môi trường sử dụng thực tế để chọn số liệu ban đầu + Đối với động cải tiến thiết kế mới, kết tính toán cho phép xác định số lượng kích thước xy lanh động mức độ ảnh hưởng thay đổi mặt kết cấu để định phương pháp hoàn thiện cấu hệ thống động theo hướng có lợi Khi phải dựa vào kết việc phân tích thực nghiệm động có kết cấu tương tự để chọn số liệu ban đầu + Việc tính toán chu trình công tác áp dụng cường hoá động xây dựng đặc tính tốc độ phương pháp phân tích lý thuyết chế độ tốc độ khác khảo sát 1.2 Chọn số liệu ban đầu 1-Công suất có ích định mức: Ne=300 [kW] 2- Số vòng quay phút trục khuỷu n: n = 2600 [vg/p] 3- Tốc độ trung bình pít tông CTB: S n CTB = 30 (Trong S = 150 [mm] hành trình pít tông) ⇒ CTB = 150.2600 = 13[m / s ] 1000.30 4- Số xy lanh động i: i=6 - Tỷ số hành trình pít tông đường kính xy lanh a: a= S 150 = =1 D 150 6- Tỷ số nén ε: ε = 15,8 7- Hệ số dư lượng không khí α: +Giá trị α chọn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố kiểu động cơ, phương pháp tạo hỗn hợp, chế độ sử dụng.Với động UTD-20 chế độ công suất định mức ta chọn [α]=1,4 ÷ 1,90 ; Chọn α =1,6 8- Nhiệt độ môi trường T0: Nhiệt độ trung bình nước ta thường chọn là: T0 = 240C=2970K 9- Áp suất môi trường p0: P0 Phụ thuộc vào độ cao sử dụng Thường chọn P0=0,101 [MN/m2] 10- Hệ số nạp ηv áp suất cuối trình nạp pa Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều vào yếu tố như: thành phần nhiên liệu,kết cấu hệ thống nạp khí,chế độ sử dụng [η]=0,79 ÷ 0,80 Chọn ηv= 0,8 11- Áp suất khí thể cuối trình thải cưỡng pr: Pr phụ thuộc chủ yếu vào số vòng quay trục khuỷu sức cản hệ thống thải: [Pr] =[1,06 ÷ 1,15] 105 N/m2 Chọn Pr =0,11 [MPa] 12- Nhiệt độ cuối trình thải Tr Tr phụ thuộc vào ε,n, thành phần khí hỗn hợp α,góc phun sớm [Tr] =700 ÷ 900 [0k] Chọn Tr = 800[0k] 13- Độ sấy nóng khí nạp ∆T Giá trị∆T phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng,kết cấu cách bố trí đường nạp cách bố trí đường thải,số vòng quay n, hệ số dư lượng không khí α [∆T] =10 ÷ 250K Ta chọn ∆T = 140K 14- Chỉ số nén đa biến trung bình n1 n1 phụ thuộc vào số vòng quay, kích thước xy lanh,kiểu làm mát, mức độ cường hoá động [ n1] =1,32 ÷ 1,39 *Theo công thức kinh nghiệm Pê-trốp ta chọn: n1 =1,4115- Hệ số sử dụng nhiệt ξz ξz tỷ số lượng nhiệt biến thành công tổng lượng nhiệt cung cấp ban đầu [ξz] =0,65 ÷ 0,85 Ta chọn ξz = 0,75 16- Áp suất cuối trình cháy ởđộng cơdiesel pz Chọn Pz phụ thuộc phương pháp tạo hổn hợp,mức độ cường hoá động [Pz] = 7,0 ÷ 9,0 [MPa] Ta chọn Pz = 7[MPa] 17- Nhiệt trị thấp nhiên liệu QT QT lượng nhiệt toả đốt cháy hoàn toàn đơn vị khối lượng thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt hoá nước chứa sản vật cháy [QT] =42,5.106[J/kgnl] Ta chọn QT = 42,5.103[kJ/kgnl] 18- Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 n2 phụ thuộc đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy đường cháy dản nở [n2] = 1,14 ÷ 1,22 Ta chọn n2 =1,22 1.3.Tính toán trình công tác: 1.3.1 Tính toán trình trao đổi khí 1.3.1.1 Mục đích việc tính toán trình trao đổi khí xác định thông số chủ yếu cuối trình nạp (ở điểm a) áp suất pa nhiệt độ Ta 1.3.1.2 Thứ tự tính toán: ∗Xác định hệ số khí sót γr : + Giá trị γr phụ thuộc vào nhiều yếu tố tỷ số nén,số vòng quay,áp suất khí sót Pr nhiệt độ khí sót T r cuối trình thải Giá trị γr chọn theo bảng 14 [trang42-HĐĐAMHĐCĐT] γr = p r T0 0,11.297 = 0,0341 ( ε − 1) p0 Tr η v = (15,8 − 1).0,11.800 0,8 [γr ] = 0,03 ÷ 0,007 ∗Nhiệt độ trình nạp: T0 + ∆T + γ r Tr 1+ γ r Ta = [Trong :∆T = 140K; Tr = 8000k] 297 + 14 + 0,0341.800 = 327,125 + , 0341 ⇒Ta = K.[[Ta] = 310 ÷ 3400k.] ∗áp suất cuối trình nạp Pa: T (ε − 1) η v P0 (1 + γ r ) a T0 [Mpa] Pa = ε Theo số liệu cho ,thay vào ta có: 15,8 − 327,125 0,8.0,101.(1 + 0,0341) = 0,0862[ MPa ] 15 , 297 Pa= [Pa] = [0,085 ÷ 0,092] Mpa 1.3.2.Tính toán cuối trình nén: a) Mục đích việc tính toán trình nén xác định thông số áp suất pc nhiệt độ Tc cuối trình nén b) Thứ tự tính toán: ∗Áp suất cuối trình nén: n pc = pa ε = 0,0862 15,81,37= 3,7815 [Mpa] ∗Nhiệt độ cuối trình nén: Tc = Ta ε = 327,125 151,37-1= 908,274 [0K] [Tc] = [750 ÷ 900]0K n1 −1 1.3.3 Tính toán trình cháy: a) Mục đích tính toán trình cháy xác định thông số cuối trình cháy áp suất pz nhiệt độ Tz b) Thứ tự tính toán:chia làm hai giai đoạn sau: ∗ Tính toán tương quan nhiệt hoá - Mục đích việc tính toán tương quan nhiệt hoá xác định đại lượng đặc trưng cho trình cháy mặt nhiệt hoá để làm sở cho việc tính toán nhiệt động Thứ tự tính toán sau: - Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn kg nhiên liệu thể lỏng: M0 =  g C g H g O   Kmol  + −   0,21  12 32   kgnl  - Trong đó: gC, gH g0: thành phần nguyên tố tính theo khối lượng cácbon, hyđrô ôxy tương ứng chứa kg nhiên liệu Trị số thành phần nhiên liệu diesel Có thể lấy gần theo giá trị sau: gc = 0,86; gH = 0,13; g0 = 0,01  Kmol   0,86 0,13 0,01  + −  =   32  0,495  kgnl  ⇒M0= 0,21  12 - Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động ứng với kg nhiên liệu M t:  Kmol    Mt = αMo= 1,6 0,495= 0,792  kgnl  - Như lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí thực tế:  Kmol    M1 = Mt = α.Mo=0,792  kgnl  - Số mol sản vật cháy M2: g g M = αM + H + O 32  Kmol  0,13 0,01 +   32 =0,8248  kgnl  = 0,792 + - Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo: β0 = M 0,8248 = M1 0,792 = 1,0414 - Hệ số thay đổi phân tử thực tế: β= 1,0414 + 0,0341 β0 + γ r = 1,04 1+ γr = + 0,0341 ∗ Tính toán tương quan nhiệt động Thứ tự tính thông số sau: - Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình hỗn hợp công tác cuối trình nén µcvc - Để xác định µcvc ta tra bảng, xác lập quan hệ giải tích nhiệt dung riêng nhiệt độ chất khí khác hỗn hợp tính theo công thức gần Công thức tính toán gần có dạng sau: µcvc = 20,223 + 1,742.10-3 Tc  KJ   Kmol dé     KJ    =20,233 + 1,742 10-3 908,274 = 21,8025  Kmol dé  - Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình khí thể điểm z Phương pháp tính toán chung tương tự µcvc Nếu tính gần đúng, ta dùng công thức sau: µcvz = 20,098 + 0,921  1,38  −3  KJ  + 1,55 + 10 TZ   α α    Kmol dé  0,921  1,38  −3 + 1,55 + .10 TZ , ,   =20,098+  KJ   Kmol dé    - Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình điểm z:  KJ    µcpz = µcvz + 8,314  Kmol dé  -Chỉ số tăng áp λp: Pz = = 1,8511 P , 7815 c λp = [λp = 1, ÷ 2,4] - Nhiệt độ cuối trình cháy Tz xác định theo phương trình nhiệt động trình cháy sau: QT ξ Z + (8,314λ p + µ cv c )TC = βµ cpzTZ M (1 + γ r ) ⇔2,509 10-3.T2z + 30,1471 Tz – 72,7025 103 = Sau giải phương trình bậc ta nghiệm là: Tz1= -14074,4062 ; Tz2= 2058,8223 Vậy nhiệt độ cuối trình cháy Tz = 2058,8223 0K Ở động diesel có buồng cháy không phân chia: [Tz]= 1950 ÷2100 [0K] - Tỷ số dãn nở sớm ρ: ρ= βT Z 1,04.2058,8223 = 1,2752 λ P TC = 1,8511 908,274 Giá trị ρ thường nằm khoảng sau: [ρ] = 1,2 ÷ 1,7 1.3.4 Tính toán trình dãn nở Mục đích việc tính toán trình dãn nở xác định giá trị áp suất p b nhiệt độ Tb cuối trình dãn nở Ở động diesel, trình cháy kết thúc hành trình dãn nở trình dãn nở lại tính phần hành trình pít tông ứng với tỷ số dãn nở muộn δ= Vb Vz Do thông số trình dãn nở tính với δ - Áp suất cuối trình dãn nở: p ε 15,8 p b = nz δ= ≈ 12,3902 ρ = 1,2752 δ N/m2 [Trong đó: ] p = 0,3247 p b = nz 1, 22 12 , 3902 δ = [Mpa] - Nhiệt độ cuối trình dãn nở: Tb = Tz δ n −1 2058,8223 = 1183,4275 1, 22−1 12 , 3902 = [0K] Giá trị pb Tb động diesel: pb = 0,2÷ 0,4 [Mpa] Tb = 1000÷1400 [0K] 1.3.5 Kiểm tra kết tính toán -Sau kết thúc việc tính toán trình chu trình công tác, ta dùng công thức kinh nghiệm sau để kiểm tra kết việc chọn tính thông số Tb Tr = pb pr 1183,4275 0,3247 0,110 = 824,9832 0K = -Sai số trình chọn tính toán là: ∆Tr = 3,028 %