Câu 20. Viết phương trình cân bằng nhiệt trong động cơ Diesel tàu thủy và giải thích các thành phần trong phương trình.

Cân bằng nhiệt trong diesel tàu thủy.

Nếu nhiệt trị thấp của nhiên liệu là QH, khi cháy sinh ra nhiệt l­ợng là Qt, thì nó đ­ợc phân chia theo công thức sau:

Qt = Qe + Qkx + Qlm + Qcg + Qcl

ở đây:Qe :là nhiệt l­ợng biến thành công có ích.

          Qkx: là nhiệt l­ợng do khí xả mang ra

          Qlm:là nhiệt l­ợng mất mát cho môi tr­ờng làm mát

          Qcg:là nhiệt l­ợng do dầu nhờn mang ra

          Qcl:là phần nhiệt l­ợng không tính đ­ợc (do bức xạ, cháy không hoàn toàn,…)

Sau đây ta xác định từng thành phần trong ph­ơng trình cân bằng nhiệt vừa nêu trên.

1) Nhiệt l­ợng t­ơng ứng sinh công có ích:     Qe =ηe.QH

2) Nhiệt l­ợng mất mát do khí xả mang đi:   Qkx = Gkx.Cpkx.Tkx – Gkk.Cpkk.Tkk

- Gkx, Gkk: khối l­ợng khí xả, không khí cung cấp cho cháy 1kg nhiên liệu

Gkk =α.φ.Lo

Gkx =α.φ.Lo+ 1

-          Lo : l­ợng không khí lý thuyết cần đốt cháy 1 kg nhiên liệu.

Lo=1/0,21.(C/12+H/4+S/32-O/32)μ  hoặc

Lo=1/(0,21(1-φ1.PH/Po)).(C/12+H/4+S/32-O/32)μ

Trong đó:

C, H, S, O : là thành phần cácbon, hydro, l­u huỳnh, oxy có trong nhiên liệu.

φ1 : độ ẩm môi tr­ờng.

PH, Po : áp suất riêng phần hơi n­ớc và khí quyển.

μ: hệ số d­ l­ợng không khí quét phụ thuộc kết cấu động cơ.

Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp: μ= 1,03 – 1,05.

Đối với động cơ 4 kỳ có tăng áp :      μ = 1,1 – 1,2.

Đối với động cơ 2 kỳ quét thẳng :       μ = 1,3 – 1,5.

Đối với động cơ 2 kỳ quét vòng :        μ = 1,5 – 1,8.

α: hệ số d­ l­ợng không khí.

α1 = μ.α : là hệ số d­ l­ợng không khí tổng hợp.

Cpkk, Cpkx : tỉ nhiệt đẳng áp của không khí và khí xả xác định theo công thức:

Cpkk = 0,9852 + 0,000934.tkk

Cpkx = 1,03 + 0,000126.tkx

tkx, tkk, Tkx, Tkk : nhiệt độ khí xả, không khí tính theo oC và oK

Cuối cùng ta có thể viết :           Qkx = (α1.Lo + 1).Cpkx.Tkx - α1.Lo.Cpkk.Tkk

Tổn thất nhiệt cho khí xả không bằng tổn thất năng l­ợng cùng tên với nó vì tổn thất năng l­ợng còn tính đến quy trình cháy rớt trên đ­ờng dãn nở do đó dẫn đến mất mát trên đ­ờng dãn nở.

3) Nhiệt l­ợng do n­ớc làm mát mang đi:

Qlm=Gn.Cn(tn^r-tn^v)/Gnl

Trong đó: Gn : khối l­ợng n­ớc tuần hoàn làm mát (Kg/h)

            Cn : tỉ nhiệt của n­ớc

            tn^v, tn^r : nhiệt độ n­ớc vào và ra khỏi động cơ.

Tổn thất này phụ thuộc vào kiểu loại động cơ, cách thức làm mát cũng nh­ công chất làm mát cho các chi tiết khác nhau của động cơ. Đối với động cơ cỡ lớn có các nhánh làm mát khác nhau có thể chia ra:

Qlm = Qlmxl + Qlmpis + Qlmcl

Qlmxl, Qlmpis, Qlmcl: nhiệt l­ợng n­ớc (dầu) làm mát xi lanh, piston, và ở những chỗ còn lại bao quanh khu buồng đốt mang đi. Ngoài ra con có động cơ làm mát vòi phun, không khí tăng áp…

4) Nhiệt l­ợng do dầu nhờn mang đi:

Qcg=Gdn.Cdn(tdn^r-tdn^v)/Gnl

Trong đó: Gdn : khối l­ợng dầu nhờn tuần hoàn (Kg/h)

            Tdn^v, tdn^r : nhiệt độ dầu nhờn vào và ra khỏi động cơ

            Gnl : l­ợng nhiên liệu chi phí cho 1 giờ (Kg/h)

Có thể chia nhỏ tổn thất cơ giới ra nh­ ở ổ đỡ, nhóm piston – xilanh.

Tổn thất cho môi tr­ờng làm mát (n­ớc hay dầu) phân tích trên ph­ơng diện cân bằng nhiệt không bằng tổn thất thực sự mà phải tính phần nhiệt do khí xả truyền cho môi tr­ờng làm mát.

Ph­ơng trình cân bằng nhiệt còn có thể viết nh­ sau:

                   1 = ql + qkx + qlm + qcg + qcl

hoặc:           Qt = Ql + Qkx + Qlm^xl + Qlm^pis + Qcg + Qcl  

                   1 = ql + qkx + qlm^xl + qlm^pis + qcg + qcl

Các giá trị q tính bằng %.

Việc chia nhỏ các thành phần ra sẽ dễ tính và phân tích. Tuy nhiên thực tế cho rằng việc tính chính xác rất khó khăn vì ở phần này sẽ chuyển qua cho phần khác.

Bằng các công trình thực nghiệm các bảng 9, 10, 11 cho ta thấy các số liệu về các thành phần trong ph­ơng trình cân bằng khác nhau tùy thuộc kiểu loại động cơ, kết cấu các hãng và cách thức sử dụng công chất làm mát…