Bài tập lớn môn Tính toán động cơ đốt trong - Huỳnh Quang Thảo
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI TẬP LỚN
Môn học: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Tên nhóm: Nhóm 5
GVHD : Nguyễn Văn Trạng
HVTH : Huỳnh Quang Thảo. MSSV: 12145163
Nguyễn Thành.
MSSV:12145156
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2015
ĐỀ BÀI
Dựa vào các thông số động cơ đã cho bên dưới, tính toán nhiệt và xây dựng đồ thị công
P-V, tính toán động học và động lực học của cơ cấu Piston- Khuỷu trục- Thanh truyền, vẽ
đồ thị chuyển vị, vận tốc và gia tốc piston, dồ thị biểu diễn các lực tiếp tuyến T, lực pháp
tuyến Z, lực ngang N và đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên trục khuỷu.
Các thông số động cơ:
- Kiểu động cơ: Động cơ xăng, piston kiểu giao tâm.
- Công suất: 60 kw.
- Tỷ số nén ε =8,2.
- Số vòng quay: 2400 v/ph.
- Số xi lanh: 4.
PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT.
Bảng số liệu ban đầu của ĐCĐT
Các số liệu của phần tính toán nhiệt
TT Tên thông số
Ký hiệu
Giá trị
Đơn
vị
Ghi chú
1
Kiểu động cơ
Đ/cơ Xăng,
không tăng áp
2
3
4
5
6
Số kỳ
4
kỳ
-
i
Số xilanh
4
Góc mở sớm xupáp nạp
Góc đóng muộn xupáp nạp
Góc mở sớm xupáp xả
20
45
55
30
60
độ
độ
độ
độ
kw
v/ph
1
2
1
2
Ne
n
10 Góc đóng muộn xupáp xả
13 Công suất động cơ
14 Số vòng quay động cơ
16 Tỷ số nén
2400
8.2
A- CÁC THÔNG SỐ CẦN CHỌN:
1) Áp suất môi trường p0
Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển. Với động cơ không tăng áp ta có áp
suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:
Pk= P0 = 0,1 (Mpa)
2) Nhiệt độ môi trường T0
Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm. Với động
cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạp nên:
T0 = 270C = 300 0K
3) Áp suất cuối quá trình nạp pa
Áp suất cuối quá trình nạp pa với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong
phạm vi:
Pa = (0,8 – 0,9)p0 = 0,9.p0 = 0,09.0,1 = 0.09 (MPa)
4) Áp suất khí thải pr:
Áp suất khí thải pr có thể chọn trong phạm vi:
pr = (1,05-1,12).pk = 1,10.pk = 1,10.0,1 = 0,110 (MPa)
5) Mức độ sấy nóng môi chất
∆푻
Mức độ sấy nóng môi chất
chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay
∆푇
Diesel. Với động cơ Xăng ta chọn:
∆푇 = (0 ― 20)℃ = 20 ℃
6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr:
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Thông thường ta có thể
chọn:
T = (700 – 1000) = 900
℃
℃
r
7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt :
흀t
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí
흀t
= 0,85 -
để hiệu đính:
0.92
= 0,88
= 1.15
휆t
8) Hệ số quét buồng cháy :
흀2
Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy là:
휆2
= 1
휆2
9) Hệ số nạp thêm :
흀1
Hệ số nạp thêm
phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí. Thông thường ta có thể
휆1
chọn:
= (1,02 – 1,07) = 1.03
휆1
10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
:
z
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:
z 0,850,920,80
phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.
z
11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
:
b
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
Với các loại động cơ Xăng ta chọn:
tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.
b
b 0,850,950,9
12) Hệ số hiệu đính đồ thị công
:
d
Hệ số hiệu đính đồ thị công
các động cơ Xăng ta chọn:
phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với
d
0,920,970,97
d
B- TÍNH TOÁN CÁC QUẤ TRÌNH CÔNG TÁC:
I.Tính toán quá trình nạp:
1) Hệ số khí sót
:
r
Hệ số khí sót
được tính theo công thức:
r
2.(Tk T) pr
. .
pa
1
r
1
Tr
m
pr
pa
. . .
1
t
2
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:
m1,451,51,5
Thay số vào công thức tính
ta được:
r
1.(300 20) 0,110
1
r
.
.
0,0742
1
900
0,09
1,5
0,110
0,09
8,2.1,031,15.1.
r
nằm trong khoảng giá trị (0,05÷0,15)
T
2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp
:
a
T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp
được tính theo công thức:
a
m1
m
p
a
T T . .T .
k
t
r
r
pr
Ta
1r
T
Thay số vào công thức tính
ta được:
a
1,51
1,5
0,09
300 20 1,15.0,0742.900.
0,110
Ta
365(K)
1 0,0742
Đối với động cơ xăng, nhiệt độ khí nạp Ta = (340 ÷400)k
3) Hệ số nạp
:
v
Hệ số nạp
được xác định theo công thức:
v
1
m
1
Tk
pa
pr
pa
v
.
.
. . . .
1
t
2
1 (Tk T ) pk
Thay số vào công thức tính
ta được:
v
1
1,5
1
300
0,09
0,11
0,09
v
.
.
. 8,2.1,031,15.1.
0,836
8,2 1 300 20 0,1
M0
4) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
:
M0
Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
công thức:
được tính theo
1
C
H
O
M0
.
0,21 12 4 32
C 0,855; H 0,145;O 0
Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có:
M0
nên thay vào công thức tính
ta được:
M 0,512(kmol/kg.nl)
0
M1
5) Lượng khí nạp mới
:
M1
Lượng khí nạp mới
Trong đó: µnl = 114
được xác định theo công thức:
1
M1 .M0
nl
1
M1 0,88.0,512
0, 459(kmol / kg.nl)
114
M
6)Lượng sản vật cháy 2 : <1
C
H
0,855 0,145
M 2
0,79..M 0
0,79.0,88.0,512 0, 499(kmol / kg.nl)
12
2
12
2
II. Tính toán quá trình nén:
V) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
'
'
mc a b.T 19,8060,00209.T(kJ /kmol.do)
v
v
v
n
2) Chỉ số nén đa biến trung bình
:
1
n
Chỉ số nén đa biến trung bình
được xác định bằng cách giải phương trình:
1
8,314
n1 1
a' b' .T . n 1 1
1
v
v
a
Thay các giá trị n1 vào hai vế của phương trình cho đến khi cân bằng 2 vế (sai số
cho phép 0,2%) ta được:
n 1,37
Với
1
8,314
8,314
n 1
0,37075
1
a' b' .T . n 1 1
1
0,00419
2
1
v
v
a
19,806
.365. 8,2n 1 1
Vậy ta có sai số giữa 2 vế của phương trình là:
0.37075 0.37
n1
100% 0.198% 0.2%
0.37
p
3) Áp suất cuối quá trình nén
:
c
p
Áp suất cuối quá trình nén
Thay số ta xác định được:
4) Nhiệt độ cuối quá trình nén
được xác định theo công thức:
c
pc pa.n
1
1,37
p 0,09.8,2 1,61(MPa)
c
T
:
c
T
Nhiệt độ cuối quá trình nén
được xác định theo công thức:
c
n 1
1
T T .
c
a
Thay số ta được:
T 365.8,21,3751 795(K)
c
III. Tính toán quá trình cháy:
V) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết
Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết
:
0
được xác định theo công thức:
0
M2 0,499
0
1,08
M1 0,459
2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế
:
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế
được xác định theo công thức:
0 r
1r
Thay số ta xác được:
1,080,0742
10,0742
1,074
3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z
:
z
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z,
0 1
được xác định theo công thức:
z
z 1
.z
1r
Trong đó ta có:
Thay số ta được:
z 0,8
b 0,9
z
0,889
1,081
10,0742
z 1
.0,8891,066
T
4) Nhiệt độ tại điểm z
:
z
T
Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z
phương trình sau:
được xác định bằng cách giải
z
''
mc ,
.T z.mc .Tz
z (.QH Q)
(**)
v
c
vz
M1.
1r
Trong đó:
QH
Q 44000(kJ /kg.nl)
là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có:
H
Q
là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên
liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:
Q120.103. (1).M 120.103. 10.88 .0,5127372 (KJ /kg.nl)
o
''
vz
mc
là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công
thức:
4,19
2
4,19.795
2
''
vc
mc 19806
.T 19806
21471,5(J / kmol.K)
c
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy cuối quá trình nén:
(mcv )c (mcv" )c.r 21471,5 23395,8.0,0742
''
vc
mc
21604,4(J / kmol.K)
1r
1 0,0742
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót:
b''
1
mc'' a'' vz .T (17,9973,504.0,88).103 .(360,34252,4.0,88)105.795 23395,8(J / kmol.K)
vc
vz
z
2
2
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy tại điểm z:
b''
1
mc'' a'' vz .T (17,9973,504.0,88) .(360,34252,4.0,88)105.T
vz
vz
z
z
2
2
Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính được:
Tz =2525,3(K)
p
5) Áp suất tại điểm z: ( )
z
Ta có áp suất tại điểm z được xác định theo công thức:
pz .p
c
Trong đó λ là hệ số tăng áp :
Tz
z.
T
c
Thay số ta được:
Tz
2525,3
795
pz z. .P 1,066.
.1,61 5,45(MPa)
c
T
c
IV. Tính toán quá trình giãn nở:
1) Hệ số giãn nở sớm
:
Hệ số giãn nở sớm được xác định theo công thức sau:
z.Tz
.T
c
Với động cơ xăng ta có: ρ =1
2) Hệ số giãn nở sau :
Ta có hệ số giãn nở sau
được xác định theo công thức:
Với động cơ xăng :
8, 2
n
3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình
:
2
n2
Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình
bằng sau:
được xác định từ phương trình cân
8,314
n2 1
''
vz
.Q
z
b
b
H
''
vz
a
. T T
b
z
M . 1 .. T T
r b
2
1
z
T
Trong đó:
là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức:
b
Tz
2
Tz
2
Tb
n 1 n 1
*
QH : là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Với động cơ xăng :
*
Q Q Q 44000737236528(kJ /kg.nl)
H
H
H
Thế vào ta được:
n2 1
8,314
0,9 0,8 .36528
0,0058
2
2525,3
21,08
. 2525,3
8,2n 1
2
2525,3
0,459. 1 0,0742 .1,074. 2525,3
8,2n 1
2
Thay các giá trị n2 =(1,23-1,27) vào 2 vế phương trình đến khi cân bằng 2 vế với
sai số <2%.
Thay n2 = 1,23 ta tính dược vế phải phương trình bằng 0.23045
Vậy sai số giữa 2 vế phương trình là:
0.23045 0.23
n 2
100% 0.195% 0.2%
0.23
p
4) Áp suất cuối quá trình giãn nở
:
b
p
Áp suất cuối quá trình giãn nở
Thay số vào ta được:
được xác định trong công thức:
b
pz
pb
n
2
5,45
8,21,23
pb
0,409(MPa)
Pb = (0,34 ÷ 0.45) Mpa
5) Tính nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Nhiệt độ cuối quá trình giản nở được tính theo công thức:
T
2525,3
z
T n 1 1,231 1556,4(K)
b
2
8,2
Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr:
Điều kiện:
T 10%T
r
r
1,51
m1
P
0,11
1,5
r
T T ( ) m 1556,4.(
)
1000(K)
r
b
P
0,409
b
T 1000900
r
10%
T
1000
r
V. Tính toán các thông số chu trình công tác:
p'
1) áp suất chỉ thị trung bình
:
i
p'
Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình
được xác định theo công thức:
i
P
1
1
1
pi'
(1
)
(1
)
c
n2 1
n1 1
1 n2 1
n1 1
Trong đó:
pc pa.n
1
pz .p
Trong đó λ là hệ số tăng áp :
c
pz 5.45
3.38
(1
= >
pc 1.61
Thay số vào công thức trên ta được:
8,21,37 3,38
1
1
1
pi' 0,09.
(1
)
) 0,932(MN / m2 )
8,21,23 1 1,37 1
8,21,37 1
8,2 1 1,231
p
2) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế
:
i
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình
trong thực tế được xác định theo công thức:
'
p p.d
i
i
Với φđ = 0,97
Thay số vào công thức trên ta được:
p 0,932.0,970,904(MPa)
i
3) Hiệu suất chỉ thị
i
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị:
8,314.M1.P.Tk 8,314.0,459.0,904.300
i
i
0,28
QH .P .v
43960.0,1.0,836
k
4) Hiệu suất có ích
Chọn hiệu suất cơ giới:
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích
:
e
0,887
m
được xác định theo công thức:
e
m.i
e
Thay số vào công thức trên ta được:
0,887.0,0,280,248
e
p
5) Áp suất có ích trung bình
:
e
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo
công thức:
p m.P 0,887.0,9040,802(MPa)
e
i
g
6) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
:
i
g
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
:
i
3600
3600
gi
0,273(Kg / Kw.h)
QH .i 43960.0,28
g
8) Suất tiêu hao nhiên liệu
:
e
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:
gi
ge
m
Vậy thay số vào ta được:
0,273
0,887
ge
0,31(Kg / KW.h)
C-KẾT CẤU ĐỘNG CƠ:
1) Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:
Ne.30.
Vh
pe.i.n
Vậy thay số vào ta được:
60.30.4
Vh
0,935(l)
0,802.4.2400
Dkn
Ta có công thức kiểm nghiệm đường kính xy lanh
:
4.Vh
Dkn
.S
Thay số vào ta được:
4.0,935
Dkn
1,09(dm) 109(mm)
3,14.1
D-DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG P-V:
1)Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công
• Điểm a: cuối quá trình nạp, áp suất Pa, thể tích Va
Vh
0,935
V
0,130(dm3)
c
1 8,21
Va = Vh + Vc = 0,935 + 0,130 = 1,065 (dm3)
• Điểm c : cuối quá trình nén
Pc = 1,61 (MPa)
Vc = 0,130 (dm3)
• ĐIểm z : cuối quá trình cháy
Pz = 5,45 (MPa)
Vz = Vc = 0,130 (dm3)
• Điểm b : điểm cuối quá trình giãn nở
Pb = 0,409 (MPa)
Vb = Va = 1,065 (dm3)
• Điểm r : cuối hành trình xả
Pr = 0,11 (MPa)
Vr = Vc = 0,130 (dm3)
2)Dựng đường cong nén:
Trong hành trình nén khí trong xi lanh bị nén với chỉ số đa biến trung bình n1 =
1,37 từ phương trình :
n
a
n
1
1
P.V P .V const
a
xn xn
Pxn, Vxn là áp suất và thể tích tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong nén
n
1,37
1
Va
1065
P P.
0,09.
xn
a
Vxn
Vxn
Bằng cách cho giá trị Vxn chạy từ Vc đến Va , bước nhảy phụ thuộc vào góc quay
5
trục khủy
theo công thức :
[độ]
1
1
Vxn F.x .R3. 1
Cos() .Cos()
Sin( ) .Sin( )
Với
=0,29
Thông số kết cấu, chọn
3)Dựng đường cong giãn nở:
Trong quá trình giãn nở, khí cháy giãn nở theo chỉ số giản nở đa biến n2=1,23 từ
phương trình
P.Vn2 P .Vxng2 const
z
z
xg
Pxg, Vxg là áp suất và thể tích tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong nén
1,23
n1
Vz
130
P P .
5,45.
xg
z
Vxg
Vxn
Bằng cách cho giá trị Vxn chạy từ Vc đến Va , bước nhảy phụ thuộc vào góc quay
5
trục khủy
theo công thức :
[độ]
1
1
Vxg F.x .R3. 1
Cos() .Cos()
Sin() .Sin()
Với
=0,29
Thông số kết cấu
4)hiệu đính đồ thị công P-V:
Các điểm đặc biệt trên đồ thị:
Gía trị
Ký hiệu [độ]
Tên gọi
Áp suất [Mpa]
1.1178
0.11
Góc/điểm đánh lửa sớm
Góc/điểm mở xupap nạp
Góc/điểm đóng xupap nạp
Góc/điểm mở xupap thải
Góc/điểm đóng xupap thải
Góc/ điểm áp suất cực đại trước hiệu
chỉnh
c'
r''
a'
b'
r'
20
25
45
55
30
0.0907
0.45
0.09
z
z'
z''
c''
b''
5.45
4.63
4.63
2.6
0.25
PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON-
KHUỶU TRỤC- THANH TRUYỀN.
A-ĐỘNG LỰC HỌC.
Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
m
Khối lượng nhóm piston
được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:
pt
m 15(g/cm2)
np
Khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền:
mA 0,3m 0,3.20 6(g/ cm2)
tt
Vậy ta xác định được khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu
thanh truyền:
mmpt mA 15621(g /cm2)
1) Lực quán tính:
Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:
P m .j m .R.2. cos .cos 2.
j
j
j
mj m.(.R)2 21.10.(.0.05452 ) 1,96kg
=0,29 ; R=54,5 mm ; =251,3 và [0;7200]
Với thông số kết cấu
2) Lực khí thể Pkt :
p f
Ta tiến hành khai triển đồ thị công P V thành đồ thị
việc tính toán sau này.
để thuận tiện cho
kt
p f
3) Xác định lực
.
p f
p f
Ta tiến hành vẽ đồ thị
p f
bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị
j
và đồ thị
kt
4) Xác định lực tiếp tuyến, lực pháp tuyến và lực ngang N:
sin
T p.
Z p.
cos
cos
cos
N p.tag()
Trong đó góc lắc của thanh truyền được xác định theo góc quay
của trục
theo biểu thức sau:
sin .sin
6) Chuyển vị piston x
4
X 1 cos . 1 cos 2.
0;2
0,29
Với
;
7)Tốc độ piston Vp
2
V R sin sin 2
p
0;2
0,29
;
Với
251,3(rad / s)
R=54,5 (mm) ;
8)Gia tốc piston Jp :
J R 2 cos .cos
p
0;2
0,29
;
Với
251,3(rad / s)
R=54.5 (mm) ;
PHỤ LỤC:
Bảng số liệu và hình vẽ đính kèm trong file EXCEL
20 trang
28/03/2022
5720
Bạn đang xem tài liệu "Bài tập lớn môn Tính toán động cơ đốt trong - Huỳnh Quang Thảo", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_tap_lon_mon_tinh_toan_dong_co_dot_trong_huynh_quang_thao.docx
