Bài giảng Nhiệt động học: Chương 5 - Nguyễn Thế Lương

Bài giảng Nhiệt động học - Chương 5: Chu trình động cơ nhiệt, cung cấp cho người học những kiến thức như: Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong; Chu trình động cơ tuabin khí; Chu trình động cơ phản lực; Chu trình động cơ hơi nước;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhiệt động học: Chương 5 - Nguyễn Thế LươngChương 5. Chu trình động cơ nhiệt 1- ĐC nhiệt: máy biến đổi nhiệt thành công, làm việc theo chu trình thuận, môi chất: khí, hơi- Phổ biến: ĐC đốt trong (ĐCĐT), (ĐC) tuabin khí, ĐC phản lực, ĐC hơi nước5.1 Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong5.1.1 Giới thiệu chung về động cơ đốt trong- ĐCĐT: ĐC nhiệt phổ biến nhất cung cấp sức kéo cho mọi lĩnh vực kinh tế & đời sống- Tuyệt đại đa số: kiểu pistonChương 5. Chu trình động cơ nhiệt 2- Cấu tạo: piston, xylanh, thanh truyền, trục khuỷu, xupap, vòi phun/bugi…- Quá trình cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí diễn ra trong xylanh- Phân loại:• Theo nhiên liệu: xăng, diesel, khí (gas)• Theo kiểu chu trình: 4 kỳ, 2 kỳChương 5. Chu trình động cơ nhiệt 3• Theo quá trình cấp nhiệt: CT cấp nhiệt đẳng tích: ĐC a) xăng, gas, a) CT cấp nhiệt đẳng áp: ĐC diesel cổ: phun NL bằng khí b) nén cuối kỳ nén, b) CT cấp nhiệt hỗn hợp: ĐC diesel hiện tại (diesel): phun NL bằng bơm cao áp cuối kỳ c) nén, c)Chương 5. Chu trình động cơ nhiệt 4• Theo cách đốt hỗn hợp: Đốt cưỡng bức bằng tia lửa điện: ĐC xăng, ĐC gas Đốt bằng tự cháy do nén: ĐC diesel• VD: ĐC xăng 4 kỳ: nạp, nén, cháy + giãn nở, thải- Giả thiết nghiên cứu:• MC: khí lý tưởngChương 5. Chu trình động cơ nhiệt 5• Mọi quá trình đều thuận nghịch (CT thuận nghịch)• QT cháy: cấp nhiệt Q1• QT thải sản vật cháy: thải nhiệt Q2• Công nạp, thải = 0: hệ kínChương 5. Chu trình động cơ nhiệt 65.1.2 Hiệu suất nhiệt chutrình động cơ đốt trong- 1-2: Nén đoạn nhiệt• 2-3’: cấp nhiệt đẳng tích ?1?• 2-3’’: cấp nhiệt đẳng áp ?1? a) b)• 2-3’-3’’: cấp nhiệt hỗn hợp a) CT đẳng tích ?1 = ?1? + ?1? b) CT đẳng áp- 4-1: thải nhiệt đẳng tích ?2 c) CT hỗn hợp- Gọi: ?1• ? = : tỷ số nén (5-1) ?2 c)Chương 5. Chu trình động cơ nhiệt 7 ?3′• = : tỷ số tăng áp (5-2) ?2  ~ ?1? . CT đẳng áp  = 1 ?3 ?3• ?= = (5-3) ?2 ?3, Tỷ số giãn nở sớm ~ ?1? a) b) CT đẳng tích ? = 1 a) CT đẳng tích- Hiệu suất nhiệt CT hỗn b) CT đẳng áp c) CT hỗn hợp hợp (diesel, tổng quát) ?2• ? = 1 − ?1 c)Chương 5. Chu trình động cơ nhiệt 8• ?1 = ?1? + ?1?• ?1 = ? ? ?3′ − ?2 + ? ? ?3 − ?3′ = ? ? ?3′ − ?2 + ?? ? ?3 − ?3′• ?2 = ?41 = ? ? ?4 − ?1 ?2• Thay vào  ? = 1 − ?1 ?4−?1=1− (5-4) ?3′ −?2+? ?3−?3′ Tính ? ? theo ?1: CT hỗn hợpChương 5. Chu trình động cơ nhiệt 9 ?2• 1-2: đoạn nhiệt: (3-42): = ?1 ?1 ?−1 = ? ?−1 → ?2 = ?1 ? ?−1 ?2 ?3′ ?3′• 2-3’: đẳng tích: = =  → ?3′ = ?2 ?2 ?2 = ? ?−1 ?1 ?3 ?3• 3’-3”: đẳng áp: = = ? → ?3 = ?3′ ?3′ ??3′ = ?? ?−1 ?1 ?−1 CT hỗn hợp ?4 ?3• 3’’-4: đoạn nhiệt: = ?3 ?4Chương 5. Chu trình động cơ nhiệt 10 ?−1 ?−1 ?4 ??2 ? = = ?3 ?1 ? ? ?−1 → ?4 = ?3 ? ? ?−1 = ? ? ?−1 ?1 = ? ? ?1 ?• Thay vào (5-4), rút gọn:  ? ? −1 CT hỗn hợp  ?,ℎ = 1 − (5-5) ? ?−1 −1+?(?−1)Chương 5. Chu trình động cơ nhiệt 11• (4-5):  ?,ℎ ∈ ?, ?, ?, ?:• ? tăng →  ?,ℎ tăng, ít ý nghĩa: MC phải có ôxy, tức không tự do chọn MC có k lớn (VD: Ar k=1,6)• ? tăng →  ?,ℎ tăng: ĐC có tỷ số nén càng cao thì càng tiêu thụ ít NL• ĐC diesel: ? = 12-24• ? ??? : để xảy ra tự cháy do nén CT hỗn hợp• ? ??? : giới hạn sức bền chi tiếtChương 5. Chu trình động cơ nhiệt 12• , ?: xét sau- Hiệu suất nhiệt CT cấp nhiệt đẳng áp• Thay  = 1 vào (5-5): ? ? −1•  ?,? = 1 − ?−1 ...