Chương 10:Chu trình động cơ đốt trong

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.1p.1

10.3 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp (Chu trình Diesel)

10.2 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (Chu trình Otto )

10.4 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

10.1 Khái niệm chung

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.2p.2

10.1 Khái niệm chungĐộng cơ đốt trong: chuyển NHIỆT NĂNG thành CÔNG

Động cơ 6 máy chữ VĐộng cơ 4 máy kiểu 2Động cơ 4 máy kiểu 1

Nguồn nóng

Nguồn lạnh

Động cơ nhiệt

Q1

Q2

W

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.3p.3

10.2 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (Chu trình Otto )

Động cơ 4 thì cấp nhiệt đẳng tích

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.4p.4

Sơ đồ nguyên lý của chu trình cấp nhiệt đẳng tích

a-1: nạp hỗn hợp

1-2: nén hỗn hợp

2-3: đốt cháy hh

3-4: hh giãn nở

4-1: Thải khí cháy

1-a: Quét khí cháy

* hỗn hợp khí có thể xem như KK, và có thể áp dụng pt khí lý tưởng

p

v

1a

2

3

4

q1

q2

T

s

1

2

3

4

q1

q2

Các tính chất của quá trình:

1-2: nén đoạn nhiệt kk vpvp 2211 =

2-3: cấp nhiệt đẳng tích3

3

2

2

Tp

Tp

=

3-4: giãn nở đoạn nhiệt kk vpvp 4433 =

p.5p.5

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

4-1: thải nhiệt đẳng tích1

1

4

4

Tp

Tp

=

( k = 1.4 : số mũ đoạn nhiệt của không khí )

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.6p.6

Nguyên tắc tính toán chu trình cấp nhiệt đẳng tích- Từ các thông số đã biết trước:

+ Biết thông số trạng thái của 1 trong 4 điểm 1, 2, 3, 4 (ví dụ p1 , T1)

+ Tỉ số nén:2

1

vv

=ε

+ Tỉ số tăng áp:2

3

pp

=λ

- Kết hợp tính chất các quá trình:

+ 1-2 và 3-4: ĐOẠN NHIỆT

+ 2-3 và 4-1: ĐẲNG TÍCH

Thông số trạng thái (p, v, T) của các điểm 1, 2, 3, 4

Nhiệt cấp q1 (kJ/kg) , nhiệt thải q2 (kJ/kg), công chu trình w (kJ/kg)

Hiệu suất nhiệt của chu trình ηt

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.7p.7

Tính toán cụ thể (giả sử biết thông số ban đầu p1, T1)Biết: - Thông số ở trạng thái 1, tỉ số nén ε , tỉ số tăng áp λ

Cần tính thông số trạng thái tại 2, 3, 4, nhiệt lượng, công và hiệu suất của chu trình

Điểm 1: biết p1, T1 )/( 3

1

11 kgm

pRT

v =

1-2 là quá trình đoạn nhiệt

Điểm 2:2

1

vv

=εbiết )/( 312 kgm

vv

ε=

kk

pvv

pp ε12

112 =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

11

1

2

112

−

−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= k

k

TvvTT ε

2

3

pp

=λĐiểm 3: biết kppp ελλ 123 ==

2-3 là quá trình đẳng tích )/( 3123 kgmvvv

ε==

112

2

323

−=== kTTpp

TT ελλ

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.8p.8

Điểm 4:

3-4 là quá trình đoạn nhiệt 11

23

4

334 p

vvp

vv

ppkk

λ=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

4-1 là quá trình đẳng tích1

114 p

RTvv ==

1

1

1

23

1

4

334 T

vvT

vv

TTkk

λ=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−−

* Nhiệt lượng cấp vào chu trình: ( ) )/(23321 kgkJTTcqq v −== −

* Nhiệt lượng thải ra của chu trình: ( ) )/(14142 kgkJTTcqq v −== −

* Công của chu trình: )/(21 kgkJqqw −=

* Hiệu suất nhiệt của chu trình cấp nhiệt đẳng tích :

( )( ) 23

14

23

14

1

21

1

11TTTT

TTcTTc

qqq

qw

v

vt −

−−=

−−

−=−

==η

Động cơ đốt trong làm việc với chu trình cấp nhiệt đẳng tích. Các thông số của chu trình như sau: p1= 1 bar, T1 = 320 K, tỉ số nén ε = 4, tỉ số tăng áp λ = 4, môi chất công tác xem gần giống không khí R = 287 J/kg.độ, k = 1.4

a) Xác định thông số tại các điểm, hiệu suất nhiệt và công của chu trìnhb) So sánh với chu trình Carno có cùng nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh

a) Điểm 1: p1 = 1 bar, T1 = 320 K )/(10*1

320*287 35

1

11 kgm

pRT

v ==

Điểm 2: ,)/( 312 kgm

vv

ε= ,12

kpp ε= 112

−= kTT ε

Điểm 3: ,23 vv = ,23 pp λ= 23 TT λ=

Điểm 4: ,14 vv = ,14 pp λ= 14 TT λ=

Công của chu trình: ( ) ( ) )/(142321 kgkJTTcTTcqqw vv −−−=−=

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.9p.9

Hiệu suất nhiệt của chu trình:23

141TTTT

t −−

−=η

b) Hiệu suất của chu trình Carno có cùng nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh: tCarno T

Tηη >−=

3

11

Ví dụ 1: ví dụ 10.1 sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật”

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.10p.10

10.3 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp (Chu trình Diesel)

Điểm khác biệt giữa động cơ Diesel và động cơ Otto (xăng):

Không khí được nén đến nhiệt độ 600-800oC cao hơn nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu nhiênliệu được phun sương vào xylanh có sẵn KK nóng và tự bốc cháy

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

8/2008

p.11p.11

Sơ đồ nguyên lý của chu trình cấp nhiệt đẳng áp

v

q2

p

1a

2 3

4

q1 T

s

1

2

3

4

q1

q2

1-2: nén đoạn nhiệt kk vpvp 2211 =

2-3: cấp nhiệt đẳng áp3

3

2

2

Tv

Tv

=

3-4: giãn nở đoạn nhiệt kk vpvp 4433 =

4-1: thải nhiệt đẳng tích1

1

4

4

Tp

Tp

=

( k = 1.4 : số mũ đoạn nhiệt của không khí )

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.11p.11

Thông số đặc trưng:

Tỉ số nén:2

1

vv

=ε

Tỉ số giãnnở sớm:

2

3

vv

=ρ

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.12p.12

Tính toán cụ thể (giả sử biết thông số ban đầu p1, T1)Biết: - Thông số ở trạng thái 1, tỉ số nén ε = v1/v2 , tỉ số giãn nở sớm ρ = v3/v2

Điểm 1: biết p1, T1 )/( 3

1

11 kgm

pRT

v =

Điểm 2: ,12 ε

vv = ,12kpp ε= 1

12−= kTT ε

Điểm 3: ,123kppp ε==,23 vv ρ= 1

123−== kTTT ερρ

Điểm 4: ,14 vv = ,14kpp ρ= 14 TT kρ=

* Nhiệt lượng cấp vào chu trình: ( ) )/(23321 kgkJTTcqq p −== −

* Nhiệt lượng thải ra của chu trình: ( ) )/(14142 kgkJTTcqq v −== −

* Công của chu trình: ( ) ( )[ ] )/(111121 kgkJkTcqqw kk

v −−−=−= − ρρε

Hiệu suất nhiệt củachu trình cấp nhiệtđẳng áp:

( )111 1

1 −−

−== − ρερη k

k

t kqw

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.13p.13

Ví dụ 2: ví dụ 10.2 sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật”

Tính hiệu suất nhiệt ηt và thông số tại các điểm đặc trưng của chu trình cấp nhiệt đẳng áp với tỉ số nén ε = 10, tỉ số giãn nở sớm ρ = 2, môi chất được xem tương tự không khí. Biết thông số trạng thái đầu p1 = 1 bar và T1= 400 K.

Điểm 1: biết p1, T1 )/( 3

1

11 kgm

pRT

v =

Điểm 2: ,12 ε

vv = ,12kpp ε= 1

12−= kTT ε

Điểm 3: ,123kppp ε==,23 vv ρ= 1

123−== kTTT ερρ

Điểm 4: ,14 vv = ,14kpp ρ= 14 TT kρ=

* Nhiệt lượng cấp vào chu trình: ( ) )/(23321 kgkJTTcqq p −== −

* Nhiệt lượng thải ra của chu trình: ( ) )/(14142 kgkJTTcqq v −== −

* Hiệu suất nhiệt của chu trình tính theo 1 trong 2 công thức:

1

21qq

t −=η( )1

11 1 −−

−= − ρερη k

k

t khoặc

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.14p.14

10.4 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

v

p

1

2

4

5

q1p3

q2

q1v

T

s

1

2

34q1v

q2

5

q1p

Để tính toán chu trình cấp nhiệt hỗn hợp cần biết thông số trạng thái 1 điểm và 3 thông số đặc trưng của chu trình gồm:

Tỉ số nén :2

1

vv

=ε

Tỉ số tăng áp :2

3

pp

=λ

Tỉ số giãn nở sớm:2

4

3

4

vv

vv

==ρ

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.15p.15

Tính toán cụ thể (giả sử biết thông số ban đầu p1, T1)Biết: - Thông số ở trạng thái 1, tỉ số nén ε = v1/v2 , tỉ số tăng áp λ = p3/p2 ,

và tỉ số giãn nở sớm ρ = v4/v3

Điểm 1: biết p1, T1 )/( 3

1

11 kgm

pRT

v =Điểm 2: ,1

2 εvv = ,12

kpp ε= 112

−= kTT ε

Điểm 3: ,13kpp ελ=,1

23 εv

vv == 113

−= kTT ελ

Điểm 4: ,14 ε

ρ vv = ,134

kppp ελ== 114

−= kTT ελρ

Điểm 5: ,15 vv = ,15kpp ρλ= kTT ρλ 15 =

* Nhiệt lượng cấp vào chu trình: kgkJTTcTTcqqq pvpv /)()( 3423111 −+−=+=

* Nhiệt lượng thải ra của chu trình:* Công của chu trình: kgkJqqw /21 −=* Hiệu suất nhiệt của chu trình:

( ) kgkJTTcq v /152 −=

( ) ( )[ ] 11 11

11 −−+−−

−== k

k

t kqw

ερλλρλη