Nghiên cứu trạng thái nhiệt của của piston động cơ M504 khi lắp thay cho động cơ M503 trên tàu hải quân (Ứng dụng phần mềm Ansys) | Tiểu luận Môn Tính toán động cơ đốt trong

1 MỤC LỤC
më §ÇU.................................................................................................................2 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
I.Danh mục bảng biểu Bảng Tên bảng biểu Trang 4.1
Thông số của vật liệu chế tạo piston M504 43
II.Danh mục hình vẽ Hình Tên hình vẽ Trang 2.1
Mô hình tính toán dòng nhiệt 12 3.1
Hình dáng chung của động cơ M503A 23 3.2 Piston của động cơ M504 25 4.1
Mô hình tính toán nhiệt của piston 27 4.2
Đồ thị áp suất trong xi lanh động cơ M503A theo góc quay 35 trục khuỷu 4.3
Đồ thị nhiệt độ trong xi lanh động cơ M503A theo góc quay 36 trục khuỷu 4.4
Mô hình hình học của piston M504 39 4.5
Chia lưới mô hình tính trường nhiệt độ của piston M504 40 4.6
Trường nhiệt độ của piston động cơ M504 nhìn tổng quát 44 4.7
Trường nhiệt độ của piston động cơ M504 nhìn từ đỉnh 45 4.8
Trường nhiệt độ của piston động cơ M504 nhìn từ đáy 45 4.9
Trường nhiệt độ của piston động cơ M504 khi lấy ¼ thể tích 46 më §ÇU
§éng c¬ ®èt trong víi nh÷ng tÝnh n¨ng u viÖt cña nã, lu«n lµ lo¹i ®éng
c¬ ®îc sö dông nhiÒu nhÊt trong tÊt c¶ c¸c lÜnh vùc, ®Æc biÖt lµ trªn c¸c ph¬ng
tiÖn giao th«ng ®êng biÓn. Nã thêng ®îc trang bÞ lµm hÖ ®éng lùc chÝnh ®Ó lai 3
ch©n vÞt cña tµu, lai c¸c m¸y ph¸t ®iÖn phôc vô cho c¸c thiÕt bÞ trªn tµu hoÆc
lai c¸c b¬m, c¸c thiÕt bÞ phôc vô kh¸c...
Trong lÜnh vùc qu©n sù, ®éng c¬ ®èt trong còng ®îc sö dông lµm hÖ
®éng lùc chÝnh cho c¸c tµu H¶i qu©n.
§éng c¬ M500 mét thêi ®· tõng ®îc coi lµ niÒm tù hµo cña ngµnh thiÕt
kÕ ®éng c¬ Liªn bang X« ViÕt bëi rÊt nhiÒu tÝnh n¨ng u viÖt cña nã : kÕt cÊu
nhá gän, kh¶ n¨ng ph¸t huy c«ng suÊt lín, khèi lîng ®éng c¬ tÝnh trªn 1 ®¬n
vÞ c«ng suÊt nhá, tiªu hao nhiªn liÖu Ýt,.... Chóng ®ù¬c trang bÞ lµm hÖ ®éng
lùc chÝnh cho c¸c tµu chiÕn ®Êu cì nhá, tèc ®é cao trong lùc lîng h¶i qu©n cña
c¸c níc nh: Liªn x«, TriÒu tiªn, Ên ®é, ViÖt nam... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU I.Đặt vấn đề
ë ViÖt nam ®éng c¬ M503A ®îc sö dông trªn nhiÒu tµu chiÕn ®Êu cña
lùc lîng h¶i qu©n (tµu quÐt m×n, tµu phãng l«i, tµu tªn löa...) vµ chóng ®· ®ù¬c
ph¸t huy tèi ®a nh÷ng u ®iÓm cña m×nh trong qu¸ tr×nh t¸c chiÕn trªn biÓn.
§éng c¬ M503A lµ lo¹i ®éng c¬ ®îc sö dông lµm hÖ ®éng lùc chÝnh
trªn tµu phãng l«i 206M cña lùc lîng h¶i qu©n. MÆc dï cã rÊt nhiÒu tÝnh n¨ng
u viÖt nhng ®éng c¬ M503A còng cã nh÷ng nhîc ®iÓm nhÊt ®Þnh. §©y lµ lo¹i
®éng c¬ ®îc nghiªn cøu chÕ t¹o tõ nh÷ng n¨m thÕ chiÕn thø 2, cã kÕt cÊu rÊt
phøc t¹p, qu¸ tr×nh söa ch÷a vµ b¶o dìng rÊt khã kh¨n, phô tïng vËt t thay thÕ khan hiÕm.
§Ó kh¾c phôc ®îc nh÷ng yÕu tè kh«ng cã lîi, hÞªn nay ®· thö nghiÖm
viÖc l¾p r¸p thay thÕ piston M504 cho ®éng c¬M503A.
Do cã sù thay ®æi vÒ c¸c th«ng sè kÕt cÊu ®éng c¬, v× thÕ yªu cÇu ®Æt ra
tríc khi ®a ®éng c¬ vµo sö dông lµ ph¶i tÝnh to¸n l¹i c¸c th«ng sè cña chu
tr×nh c«ng t¸c, kiÓm tra l¹i c¸c chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt cña ®éng c¬... nh»m
®¶m b¶o ®éng c¬ sau khi ho¸n c¶i ho¹t ®éng an toµn vµ hiÖu qu¶. §©y lµ mét
c«ng viÖc khã kh¨n ®ßi hái nhiÒu thêi gian vµ c«ng søc nghiªn cøu, Trong
ph¹m vi ®Ò tµi cña m×nh t«i chØ tiÕn hµnh nghiªn cøu trạng thái nhiÖt cña
piston sau khi l¾p thay cho ®éng c¬ M503A mµ cô thÓ tªn ®Ò tµi cña t«i
lµ:"NGHI£N CøU TRẠNG THÁI NHIÖT CñA PISTON ®éng c¬ M504
KHI L¾P THAY CHO §éNG C¥ M503A trªn tµu HẢI QUÂN ".
Trong ®Ò tµi cña m×nh t«i cã sö dông m¸y tÝnh ®Ó hç trî cho qu¸ tr×nh
tÝnh to¸n, cô thÓ lµ sö dông phÇn mÒm ANSYS ®Ó nghiªn cøu vÊn ®Ò øng suÊt nhiÖt trong piston. 5
Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ t×m hiÓu ch¾c ch¾n sÏ kh«ng tr¸nh khái
nh÷ng sai sãt, khiÕm khuyÕt. RÊt mong ®îc c¸c thÇy híng dÉn, ®ãng gãp ý
kiÕn ®Ó t«i hoµn thiÖn thªm ®Ò tµi của mình
II.Đối tượng nghiên cứu
Sự phân bố nhiệt trên đỉnh piston M504 trong điều kiện làm việc của động cơ M503A
III.Mục đích ý nghĩa thực tiễn của đề tài 1. Mục đích
Để khảo sát trạng thái nhiệt của piston động cơ M504 khi lắp thay cho động cơ M503A
2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Để góp phần đánh giá khả năng thay thế piston của động cơ M504 cho động cơ M503A
IV. Các phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài của mình tôi sử dụng phương pháp nghiên cứu về lí thuyết
truyền nhiệt kết hợp với phương pháp chuyên gia để đánh giá.
V. Phương hướng phát triển đề tài
Tôi sẽ cố gắng nghiên cứu thêm để hoàn thiện đề tài của mình trong thời
gian tới và tôi mong muốn có thể kết hợp với các đề tài nghiên cứu khác để
đánh giá một cách toàn diện hơn. 6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
I.Cơ sở lí thuyết về trao đổi nhiệt
Cơ chế trao đổi nhiệt giữa các chi tiết với nhau diễn ra hết sức phức tạp
nhưng hiện nay cã ba d¹ng trao ®æi nhiÖt c¬ b¶n, ®ã lµ:
- Trao ®æi nhiÖt dÉn nhiÖt.
- Trao ®æi nhiÖt ®èi lu (®èi lu tù nhiªn, ®èi lu cìng bøc, ®èi lu trong m«i trêng
mét pha, ®èi lu trong m«i trêng biÕn ®æi pha). - Trao ®æi nhiÖt bøc x¹.
1. Trao ®æi nhiÖt dÉn nhiÖt.
DÉn nhiÖt ®îc thùc hiÖn b»ng chuyÓn ®éng nhiÖt cña nh÷ng phÇn tö vi
m«. Trong kim lo¹i dÉn nhiÖt ®îc thùc hiÖn b»ng chuyÓn ®éng cña c¸c ®iÖn
tö tù do, trong chÊt láng vµ chÊt r¾n dÉn nhiÖt ®îc thùc hiÖn b»ng chuyÓn
®éng nhiÖt cña nguyªn tö, ph©n tö cña nh÷ng phÇn vËt chÊt c¹nh nhau, trong
chÊt khÝ dÉn nhiÖt ®îc thùc hiÖn b»ng truyÒn n¨ng lîng khi c¸c ph©n tö khÝ
va ch¹m nhau. Kh«ng thÓ b»ng c¬ chÕ vi m« ®Ó x¸c ®Þnh lîng nhiÖt truyÒn b»ng dÉn nhiÖt [3].
Fourier ®· gi¶ thiÕt dßng nhiÖt nh dßng chÊt ch¶y kh«ng cã träng lîng
vµ h×nh thµnh ®Þnh luËt Fourier: t q gradt . . 2 W / m (2.1) n t Q F . q . F . [W] (2.2) n
Dßng nhiÖt tØ lÖ víi gradien nhiÖt ®é vµ diÖn tÝch bÒ mÆt ®¼ng nhiÖt. Trong ®ã: - lµ hÖ sè dÉn nhiÖt.
F - lµ diÖn tÝch bÒ mÆt ®¼ng nhiÖt. 7
t lµ gradien nhiÖt ®é. n
DÊu (-) biÓu thÞ híng dßng nhiÖt tõ nhiÖt ®é cao ®Õn nhiÖt ®é thÊp ngîc
víi híng gradien nhiÖt ®é.
Trêng nhiÖt ®é.
Trêng nhiÖt ®é lµ tæng hîp c¸c gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é t¹i c¸c ®iÓm kh¸c
nhau cña kh«ng gian kh¶o s¸t. NhiÖt ®é cña c¸c ®iÓm kh¸c nhau cã gi¸ trÞ
kh¸c nhau vµ t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau nhiÖt ®é cã gi¸ trÞ kh¸c nhau, nh vËy
trêng nhiÖt ®é phô thuéc theo thêi gian vµ kh«ng gian [14].
Trêng nhiÖt ®é kh«ng æn ®Þnh: t t(x, , y z, ) (2.3)
Trêng nhiÖt ®é æn ®Þnh: t t(x, , y z) (2.4)
Gradien nhiÖt ®é.
Gradien nhiÖt ®é lµ sù thay ®æi nhiÖt ®é trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi theo
ph¬ng ph¸p tuyÕn cña bÒ mÆt ®¼ng nhiÖt, nã lµ mét ®¹i lîng vÐct¬, chiÒu theo chiÒu t¨ng nhiÖt ®é [14]. t t t t gradt(x, y, z) n i j k n o (2.5) x y z Trong ®ã:
n - vÐct¬ ®¬n vÞ trªn ph¬ng ph¸p tuyÕn. o
i, ,jk - vÐct¬ ®¬n vÞ trªn c¸c trôc cña hÖ to¹ ®é.
MËt ®é dßng nhiÖt vµ ®Þnh luËt Fourier.
Lîng nhiÖt ®i qua mét ®¬n vÞ diÖn tÝch trong mét ®¬n vÞ thêi gian gäi lµ
mËt ®é dßng nhiÖt vµ theo ®Þnh luËt Fourier th× mËt ®é dßng nhiÖt tØ lÖ thuËn
víi gradien nhiÖt ®é (2.1). 8
HÖ sè dÉn nhiÖt.
HÖ sè dÉn nhiÖt [W /mo K] lµ lîng nhiÖt dÉn qua mét ®¬n vÞ bÒ mÆt ®¼ng nhiÖt
trong mét ®¬n vÞ thêi gian khi mµ gradien nhiÖt ®é b»ng mét ®¬n vÞ. HÖ
sè dÉn nhiÖt phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt chÊt vµ nhiÖt ®é ®îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm.
2. Trao ®æi nhiÖt ®èi lu.
Trao ®æi nhiÖt ®èi lu lµ mét d¹ng c¬ b¶n cña truyÒn nhiÖt ®îc thùc hiÖn
b»ng chuyÓn ®éng cña chÊt láng hoÆc chÊt khÝ tiÕp xóc víi bÒ mÆt ng¨n c¸ch.
ChÊt láng hoÆc chÊt khÝ ®îc gäi lµ chÊt ch¶y tiÕp xóc víi bÒ mÆt ng¨n
c¸ch thêng lµ bÒ mÆt vËt r¾n cã ®é chªnh nhiÖt ®é t¹o ra dßng nhiÖt trao ®æi
nhiÖt ®èi lu. Dßng nhiÖt trao ®æi nhiÖt ®èi lu phô thuéc tÝnh chÊt vËt lý cña
chÊt ch¶y, ®iÒu kiÖn ch¶y vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña vËt r¾n. X¸c ®Þnh dßng
nhiÖt trao ®æi nhiÖt ®èi lu theo c«ng thøc Newton - Richman [3]: Q . F . t [W] (2.6) Dßng nhiÖt riªng: Q q . 2 t [W / m ] (2.7) F Trong ®ã:
[W / m2 o K] - lµ hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi lu phô thuéc vµo tÝnh chÊt
chÊt ch¶y, ®iÒu kiÖn ch¶y, h×nh d¹ng vµ kÝch thíc vËt vµ x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm.
F [m2 ] - lµ diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt ®èi lu.
t [o C] - lµ ®é chªnh nhiÖt ®é. t t t w
f khi nhiÖt ®é v¸ch t lín h¬n nhiÖt ®é chÊt ch¶y t . w f 9 t t t f
w khi nhiÖt ®é chÊt ch¶y t lín h¬n nhiÖt ®é v¸ch t . f w
Dßng nhiÖt trao ®æi nhiÖt ®èi lu ®îc dÉn qua líp biªn tiÕp xóc gi÷a chÊt ch¶y
vµ bÒ mÆt vËt r¾n, x¸c ®Þnh theo ®Þnh luËt Fourier: t q (2.8) n n 0
Tõ biÓu thøc (2.7) vµ (2.8) ta nhËn ®îc. t . (2.9) t n
Khi biÕn ®æi nhiÖt ®é chØ theo híng y vu«ng gãc víi bÒ mÆt cña vËt, ph¬ng tr×nh cã d¹ng. . t (2.10) t y y 0
Ph¬ng tr×nh (2.9) vµ (2.10) lµ ph¬ng tr×nh vi ph©n to¶ nhiÖt ®èi lu.
3. Trao ®æi nhiÖt bøc x¹.
Bøc x¹ nhiÖt lµ mét d¹ng c¬ b¶n cña truyÒn nhiÖt ®îc thùc hiÖn b»ng
nh÷ng sãng ®iÖn tõ. Kh¸c víi dÉn nhiÖt vµ ®èi lu (lµ d¹ng truyÒn nhiÖt tiÕp
xóc), bøc x¹ nhiÖt lµ d¹ng truyÒn nhiÖt kh«ng tiÕp xóc.
Sù truyÒn b¸ c¸c tia nhiÖt trong kh«ng gian gäi lµ sù bøc x¹ nhiÖt, qu¸
tr×nh trao ®æi nhiÖt díi d¹ng bøc x¹ gäi lµ qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt bøc x¹.
TÊt c¶ c¸c vËt trong kh«ng gian, mét mÆt biÕn néi n¨ng thµnh n¨ng lîng
bøc x¹, mÆt kh¸c l¹i hÊp thô mét phÇn n¨ng lîng bøc x¹ cña c¸c vËt kh¸c ®Ó
biÕn thµnh néi n¨ng. Khi nhiÖt ®é cña c¸c vËt b»ng nhau, n¨ng lîng ph¸t ®i vµ
hÊp thô trong mçi vËt sÏ b»ng nhau, ta nãi vËt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng.
Kh¸c víi trao ®æi nhiÖt dÉn nhiÖt vµ ®èi lu, ë ®©y qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt
bøc x¹ kh«ng chØ phô thuéc vµo ®é chªnh nhiÖt ®é mµ cßn phô thuéc vµo gi¸
trÞ tuyÖt ®èi cña nhiÖt ®é c¸c vËt. 10
II. Các phương pháp giải và điều kiện biên
1. TÝnh to¸n trêng nhiÖt ®é cña piston.
TÝnh trêng nhiÖt ®é cña c¸c kÕt cÊu cã thÓ dïng c¸c ph¬ng ph¸p sau
®©y: c¸c ph¬ng ph¸p ph©n tÝch chÝnh x¸c vµ ph©n tÝch gÇn ®óng, c¸c ph¬ng
ph¸p sè, c¸c ph¬ng ph¸p ®å thÞ, c¸c ph¬ng ph¸p t¬ng tù. C¸c ph¬ng ph¸p trªn
cã thÓ ®îc ¸p dông ®éc lËp hoÆc hîp thµnh c¸c tæ hîp kh¸c nhau. Trong néi
dung luËn v¨n cña t«i sö dông ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®Ó x¸c ®Þnh trêng nhiÖt ®é piston
1.1. Ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt.
1.1.1. ThiÕt lËp ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt.
Ph¬ng tr×nh vi ph©n dÉn nhiÖt ®îc thiÕt lËp dùa trªn c¬ së cña ®Þnh luËt
b¶o toµn n¨ng lîng, ®Þnh luËt Fourier vÒ dÉn nhiÖt. Cßn c¸c ®¹i lîng vËt lý nh hÖ sè dÉn nhiÖt [W
; nhiÖt dung riªng cña vËt liÖu J ] C[ ; khèi l- o ] . m K kg.o K kg ] îng riªng cña vËt liÖu [ m3
lµ c¸c h»ng sè vµ nguån nhiÖt bªn trong [W qv
3 ] ph©n bè ®Òu [14, 24, 26]. m 11 Z Q dQ z z Q dQ x x Q Q dQ y y y Q Q dz x z O Y dy X
H×nh 2.1: M« h×nh tÝnh to¸n dßng nhiÖt.
Theo ®Þnh luËt Fourier ta cã:
MËt ®é dßng nhiÖt truyÒn qua v¸ch: T q W 2 (2.11) n m
Dßng nhiÖt truyÒn qua mét diÖn tÝch F: Q q dF . W (2.12) F
Lîng nhiÖt truyÒn qua diÖn tÝch F trong mét kho¶ng thêi gian d : T Q Q d . dF d . 1 J (2.13) n F
Lîng nhiÖt dÉn vµo ph©n tè thÓ tÝch theo ph¬ng x trong thêi gian d : T dQ q dy . dz . d . dy.dz.d x1 J (2.14) x x 12 T
Lîng nhiÖt ®i ra khái ph©n tè ë nhiÖt ®é T dx: x T dQ 2 T dx dy dz . d . J (2.15) x x x
Lîng nhiÖt lu l¹i trong ph©n tè khi chØ tÝnh tíi qu¸ tr×nh dÉn nhiÖt theo ph¬ng x : 2T dQ dQ J (2.16) 1 dQ dx dy 2 . dz . d . x x x x 2
T¬ng tù lîng nhiÖt lu l¹i trong ph©n tè theo ph¬ng y vµ ph¬ng z : T 2 dQ dx.dy dz . .d J (2.17) y y 2 T 2 dQ dx dy . dz . d . J (2.18) z z 2
Dßng nhiÖt lu l¹i trong ph©n tè theo c¶ ba híng: 2T 2 T 2T dQ dQ dQ dQ dx dy . dz . d . (2.19) x y z x2 y 2 z 2
Trong ph©n tè cã nguån cung cÊp nhiÖt c«ng suÊt [W qv 3 ] , nhiÖt cung m
cÊp cho ph©n tè kÝch thíc dx, dy, dz thÓ tÝch dV dx dy . dz
. trong thêi gian d lµ: dQ q dV . d . v v J (2.20)
Lîng nhiÖt cã trong ph©n tè lµ tæng phÇn nhiÖt lu l¹i trong ph©n tè vµ
phÇn nhiÖt do nguån nhiÖt cung cÊp (dQ dQ ) . Ta gi¶ thiÕt bá qua sù biÕn ®æi v
nhiÖt vµ nhiÖt chØ lµm thay ®æi néi n¨ng cña ph©n tè. T dU C. dV . d (2.21) Ta nhËn ®îc: dU dQ dQ (2.22) v 13 Hay T T 2 T 2 2 T C. dV . d
dx.dy.dz.d q .dV.d x2 y 2 z2 v 2 2 2 T T T T qv (2.23) . 2 2 2 C x y z . C 2 §Æt a [m
] lµ hÖ sè dÉn nhiÖt, hÖ sè dÉn nhiÖt cµng lín th× sù C. s
truyÒn nhiÖt trong vËt thÓ diÔn ra cµng nhanh. Khi ®ã ta cã: 2 2 2 T T T T q a. v (2.24) 2 2 2 x y z C.
Ta sö dông ký hiÖu to¸n tö Laplac: 2 2 2 2 T T T T 2 (2.25) 2 2 x y z
th× ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt cã thÓ viÕt díi d¹ng tæng qu¸t: T q . 2 a T v (2.26) C.
Trong trêng hîp truyÒn nhiÖt kh«ng cã nguån nhiÖt bªn trong (q ) 0 , v
ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt cã d¹ng: 2 2 2 T . T T T a (2.27) 2 2 2 x y z
theo mét chiÒu x cã d¹ng: 2 T . T a (2.28) 2 x
Khi nhiÖt ®é chØ phô thuéc vµo to¹ ®é mµ kh«ng phô thuéc vµo thêi
gian (tøc lµ qu¸ tr×nh dõng) vµ kh«ng cã nguån trong th× ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt trë thµnh: 14 2 T 0 (2.29)
Trong to¹ ®é trô, ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt cã d¹ng: 2 T T 1 T 1 2 2 T T q . a v (2.30) 2 2 2 2 r r r r z . C
ë ®©y r vµ lµ b¸n kÝnh vµ gãc trong to¹ ®é trô, trôc z trïng víi trôc cña èng.
Ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt biÓu thÞ biÕn ®æi nhiÖt ®é theo thêi
gian ë mét ®iÓm bÊt kú cña vËt tû lÖ thuËn víi hÖ sè dÉn nhiÖt a .
1.1.2. C¸c ph¬ng ph¸p gi¶i ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt.
Qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt ®îc ph©n ra c¸c trêng hîp: TruyÒn nhiÖt cã
nguån trong (ph¬ng tr×nh 2.26), truyÒn nhiÖt kh«ng cã nguån trong, truyÒn
nhiÖt æn ®Þnh vµ truyÒn nhiÖt kh«ng æn ®Þnh.
* TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh kh«ng cã nguån trong (ph¬ng tr×nh 2.29): §©y
lµ bµi to¸n dÉn nhiÖt ®¬n gi¶n, trêng nhiÖt ®é kh«ng phô thuéc vµo thêi gian,
thêng ¸p dông cho c¸c bµi to¸n truyÒn nhiÖt qua c¸c v¸ch.
* TruyÒn nhiÖt kh«ng æn ®Þnh kh«ng cã nguån trong (ph¬ng tr×nh 2.27): §©y
lµ bµi to¸n thêng gÆp trong kü thuËt, vÝ dô trong qu¸ tr×nh ®èt nãng hoÆc lµm
nguéi c¸c vËt. Trong c¸c qu¸ tr×nh nµy nhiÖt ®é t¹i c¸c ®iÓm trong vËt thay ®æi
theo thêi gian, do ®ã viÖc gi¶i bµi to¸n truyÒn nhiÖt kh«ng æn ®Þnh khã kh¨n
h¬n nhiÒu so víi mét bµi to¸n truyÒn nhiÖt æn ®Þnh.
2. C¸c ®iÒu kiÖn biªn cña bµi to¸n tÝnh trêng nhiÖt ®é.
§Ó cô thÓ ho¸ nhiÖm vô cña ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt cÇn xem xÐt
cïng víi c¸c ®iÒu kiÖn ®¬n trÞ (®iÒu kiÖn biªn)
- §iÒu kiÖn ®Çu: X¸c ®Þnh ph©n bè nhiÖt ®é bªn trong vËt ë thêi ®iÓm ban ®Çu. 15
- §iÒu kiÖn giíi h¹n: C¸c ®iÒu kiÖn t¸c ®éng qua l¹i gi÷a m«i chÊt vµ bÒ mÆt ngoµi cña vËt.
- H×nh d¹ng vµ c¸c thuéc tÝnh vËt lý cña vËt.
§iÒu kiÖn ®Çu ®îc cho díi d¹ng quy luËt ph©n bè nhiÖt ®é bªn trong vËt thÓ ë thêi ®iÓm ban ®Çu. T ( ,
x y, z, o)
f (x, y, z) (2.31)
C¸c trêng hîp riªng cña ®iÒu kiÖn giíi h¹n rÊt phong phó, nhng chóng cã thÓ
®îc chia lµm bèn nhãm c¬ b¶n nh sau:
§iÒu kiÖn biªn lo¹i 1: Cho biÕt ph©n bè nhiÖt ®é trªn bÒ mÆt cña vËt ë thêi ®iÓm bÊt kú.
Tv ( ) f (x , y , z , ) (2.32) Trong ®ã:
T ( ) - NhiÖt ®é trªn bÒ mÆt cña vËt. v
x, y, z - To¹ ®é mçi ®iÓm trªn bÒ mÆt cña vËt.
Khi nhiÖt ®é mäi thêi ®iÓm trªn bÒ mÆt vËt b»ng nhau vµ kh«ng phô
thuéc vµo thêi gian, ®iÒu kiÖn biªn tiÕp xóc lo¹i 1 cã d¹ng. T ( ) const v
§iÒu kiÖn biªn lo¹i 2: Cho biÕt mËt ®é dßng nhiÖt nh mét hµm thêi
gian víi tõng ®iÓm trªn bÒ mÆt vËt thÓ. T q ( ) T( ) (2.33) v n v Trong ®ã:
n - Ph¸p tuyÕn trong bÒ mÆt vËt thÓ.
§iÒu kiÖn biªn lo¹i 3: Cho biÕt quy luËt trao ®æi nhiÖt gi÷a bÒ mÆt vËt thÓ vµ m«i trêng. 16 T ( T ). ( ) T ( ) T ( ). (2.34) M v n v Trong ®ã:
T ( ) - NhiÖt ®é m«i trêng. M
NÕu m«i trêng kh«ng hÊp thô nhiÖt th×: t td - HÖ sè trao ®æi nhiÖt. t
- HÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi lu. td
§iÒu kiÖn biªn lo¹i 4: ThÓ hiÖn ®Æc tÝnh trao ®æi nhiÖt gi÷a bÒ mÆt
vËt thÓ víi m«i trêng trao ®æi nhiÖt gi÷a c¸c vËt cøng tiÕp xóc khi mµ
nhiÖt ®é cña c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc nh sau: T T 1 T ( ). ( ). 1 2 T2 (2.35) n n v v Khi T ( ) T ( ) 1 2
Ph¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt viÕt cïng víi ®iÒu kiÖn ®¬n trÞ gäi lµ
bµi to¸n biªn. C¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu trong c¸c bµi to¸n kü thuËt thêng thùc
hiÖn ë h×nh thøc ®¬n gi¶n nhÊt T (x, y, z, ) 0 T const o .
Theo ®ã nhiÖt ®é cña vËt tríc khi nung nãng (lµm m¸t) ë tÊt c¶ c¸c
®iÓm lµ nh nhau. §iÒu kiÖn ban ®Çu cã ¶nh hëng ®¸ng kÓ tíi tr¹ng th¸i nhiÖt
®é cña vËt cã h×nh d¸ng bÊt kú chØ trong giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh kh«ng æn
®Þnh. Trong nh÷ng giai ®o¹n tiÕp theo, sù ph©n bè nhiÖt ®é trong vËt c¬ b¶n ®-
îc x¸c ®Þnh bëi ®iÒu kiÖn giíi h¹n (®iÒu kiÖn biªn).
§iÒu kiÖn biªn lo¹i 1 vµ lo¹i 2 thêng Ýt gÆp trong tÝnh to¸n tr¹ng th¸i
nhiÖt ®é cña c¸c chi tiÕt ®éng c¬ nhiÖt vµ ®éng c¬ ®iÖn. Trong thùc tiÔn tÝnh
to¸n c¸c chi tiÕt trªn ta thêng nhËn ®îc ®iÒu kiÖn biªn lo¹i 3 vµ lo¹i 4. Mét
®iÒu rÊt quan träng lµ møc ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ cuèi cïng khi tÝnh sù 17
ph©n bè nhiÖt ®é trong vËt phô thuéc phÇn lín vµo ®é chÝnh x¸c cña c¸c hÖ sè
vµ ®îc ®a ra trong ®iÒu kiÖn biªn. ViÖc chän ph¬ng ph¸p gi¶i bµi to¸n
biªn kh«ng thùc sù ¶nh hëng nhiÒu so víi viÖc lùa chän c¸c c¬ së ®Ó ®a ra c¸c gi¸ trÞ vµ .
HÖ sè dÉn nhiÖt cã thÓ dÔ dµng t×m thÊy trong c¸c s¸ch tra cøu hoÆc
x¸c ®Þnh b»ng nhiÒu ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm kh¸c nhau. ViÖc x¸c ®Þnh hÖ sè
trao ®æi nhiÖt khã h¬n rÊt nhiÒu. Gi¸ trÞ cã thÓ t×m ®îc th«ng qua gi¶i c¸c
ph¬ng tr×nh líp biªn sö dông trong lý thuyÕt truyÒn nhiÖt ®èi lu hoÆc tõ sù phô
thuéc suy réng nhËn ®îc trªn c¬ së qu¸ tr×nh thùc nghiÖm nhiÖt - vËt lý.
Ph¬ng ph¸p thø nhÊt cã thÓ thùc hiÖn khi ®¬n gi¶n ho¸ yªu cÇu c©u hái,
bëi thÕ khi tÝnh c¸c cÊu tróc phøc t¹p phÇn lín chän ph¬ng ph¸p thø hai. Tuy
nhiªn thêng thÊy tõ sù ®a d¹ng cña c¸c mèi liªn hÖ trong thùc nghiÖm vµ b¸n thùc nghiÖm.
Qua c¸c ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n trêng nhiÖt ®é cña c¸c chi tiÕt ®éng c¬ ®èt
trong, ta thÊy ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n lµ ph¬ng ph¸p cã thÓ tÝnh to¸n cho
mäi lo¹i kÕt cÊu tõ ®¬n gi¶n ®Õn phøc t¹p vµ ®Æc biÖt nã cã kh¶ n¨ng gi¶i ®îc
c¸c lo¹i bµi to¸n phi tuyÕn kh«ng æn ®Þnh, cho vËt thÓ nhiÒu thµnh phÇn, cã
kÕt cÊu phøc t¹p. Ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n cho phÐp gi¶i nhanh c¸c bµi
to¸n lín, cho kÕt qu¶ t¹i mäi ®iÓm thuéc kÕt cÊu. 3. KÕt luËn ch¬ng 2.
Trong giíi h¹n cña ®Ò tµi ®Æt ra, m« h×nh tÝnh to¸n trạng thái nhiÖt cña
piston vµ c¸c kÕt qu¶ thu ®îc ®· ph¶n ¸nh t¬ng ®èi trung thùc ®iÒu kiÖn lµm
viÖc cña piston. Tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n ta cã thÓ rót ra mét sè kÕt luËn sau:
+ Ph©n bè nhiÖt ®é phÇn ®Ønh piston biÕn thiªn kh¸ phøc t¹p, kh«ng
theo mét qui luËt nhÊt ®Þnh.
+ NhiÖt ®é lín nhÊt tËp chung ë phÇn ®Ønh chám cÇu vµ vïng lâm tiÕp
gi¸p víi mÆt ngoµi cña piston. 18
+ C¸c vÞ trÝ chÞu sự thay đổi nhiÖt lín nhÊt n»m ë lç chèt piston.
+ Bµi to¸n trường nhiệt
độ ®îc gi¶i b»ng phÇn mÒm ANSYS, theo lý
thuyÕt phÇn tö h÷u h¹n, cã thÓ tÝnh to¸n ®îc phân bố nhiÖt ë c¸c chÕ ®é t¶i
kh¸c nhau vµ c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau, khi thay ®æi th«ng sè ®Çu vµo phï hîp. 19
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ M503A,M504 VÀ SO
SÁNH PISTON CỦA HAI ĐỘNG CƠ
I. Giới thiệu chung về động cơ M503A và M504
1. TÝnh n¨ng vµ th«ng sè kü thuËt chñ yÕu cña ®éng c¬ M503A.
§éng c¬ M503 lµ lo¹i ®éng c¬ cao tèc, h×nh sao, bèn kú, cã t¨ng ¸p b»ng tua bin m¸y nÐn.
§éng c¬ cã hai kiÓu quay ph¶i vµ quay tr¸i phô thuéc vµo chiÒu quay cña trôc
trÝch c«ng suÊt. Sù kh¸c biÖt vÒ kÕt cÊu cña hai kiÓu ®éng c¬ nµy lµ ë chç kiÓu
®éng c¬ quay tr¸i th× bé gi¶m tèc cña ®éng c¬ cã thªm mét b¸nh r¨ng trung
gian ®Ó t¹o chiÒu quay ngîc l¹i cho trôc lÊy c«ng suÊt. Theo qui íc, chiÒu
quay cña ®éng c¬ ®îc x¸c ®Þnh khi nh×n tõ phÝa trôc lÊy c«ng suÊt. Trôc lÊy
c«ng suÊt quay theo chiÒu kim ®ång hå lµ mÉu ®éng c¬ quay ph¶i, ngîc chiÒu
kim ®ång hå lµ mÉu ®éng c¬ quay tr¸i. B¶y bloc xi lanh cña ®éng c¬ ®îc xÕp
theo h×nh sao, gãc gi÷a c¸c bloc xi lanh lµ 51025'43' ', cã mét bloc xi lanh ®îc
bè trÝ ë mÆt ph¼ng th¼ng ®øng.
C¸c th«ng sè kü thuËt chñ yÕu cña ®éng c¬ nh sau:
+ Ph©n bè c¸c xi lanh: h×nh sao 7 khèi (bloc) + Sè xi lanh : 42
+ Thø tù c¸c bloc vµ bloc b¬m nhiªn liÖu : tõ 1-7 theo chiÒu kim ®ång
hå nÕu nh×n tõ phÝa tua bin t¨ng ¸p
+ Thø tù c¸c xi lanh: tõ 1-6 tÝnh tõ tua bin t¨ng ¸p. + §êng kÝnh xi lanh: 160mm + Hµnh tr×nh piston :
- C¸c xi lanh cã tay biªn chÝnh(bloc III): 170mm
- C¸c xi lanh cã tay biªn phô: Bloc II vµ IV: 174,8mm Bloc I vµ V : 178,1mm Bloc VI vµ VII: 171,98mm 20
+ ThÓ tÝch c«ng t¸c cña tÊt c¶ c¸c xi lanh: 147,1 lÝt + Tû sè nÐn : 13 0,5
+ ChiÒu quay cña trôc khuûu : Ngîc chiÒu kim ®ång hå(khi nh×n tõ mÆt bÝch lÊy c«ng suÊt).
+ChiÒu quay cña mÆt bÝch lÊy c«ng suÊt:
- §éng c¬ quay ph¶i: Cïng chiÒu kim ®ång hå.
- §éng c¬ quay tr¸i: Ngîc chiÒu kim ®ång hå
+ Bé ly hîp: cho phÐp ng¾t trôc ch©n vÞt khái ®éng c¬ khi ®éng c¬
kh«ng lµm viÖc, cã bé ®ång tèc ma s¸t liªn kÕt cøng ë chÕ ®é tiÕn vµ bé
truyÒn ®éng b¸nh r¨ng hµnh tinh ë chÕ ®é lïi.
+ ¸p suÊt khÝ nÐn ®iÒu khiÓn ly hîp: (85-150).105N/m2.
+ Thêi gian thùc hiÖn ®iÒu khiÓn ly hîp tõ chÕ ®é tiÕn sang lïi: kh«ng qu¸ 8 gi©y.
+ Bé gi¶m tèc: KiÓu mét cÊp, c¸c b¸nh r¨ng kiÓu r¨ng th¼ng. ë ®éng c¬
quay tr¸i cã thªm b¸nh r¨ng trung gian ®Ó t¹o chiÒu quay ngîc l¹i cho mÆt bÝch lÊy c«ng suÊt.
+ Tû sè truyÒn tõ trôc khuûu tíi mÆt bÝch c«ng suÊt: - ChÕ ®é tiÕn: 0,514 - ChÕ ®é lïi : 0,412
+ ¸p suÊt khÝ sau m¸y nÐn ë chÕ ®é c«ng suÊt cùc ®¹i khi nhiÖt ®é m«i
trêng lµ +200C vµ ¸p suÊt khÝ quyÓn lµ 760mmHg: Lín h¬n 2,1x105N/m2.
+ §éng c¬ ho¹t ®éng æn ®Þnh khi:
- Khi cã ®é nghiªng thêng xuyªn gi÷a trôc khuûu víi mÆt ph¼ng
ngang, dèc vÒ phÝa bé ly hîp: kh«ng qu¸ 150
- Khi cã ®é nghiªng thêng xuyªn vÒ phÝa thµnh ®éng c¬: kh«ng qu¸ 150
- Khi cã ®é nghiªng t¹m thêi gi÷a trôc khuûu víi mÆt ph¼ng
ngang, dèc vÒ phÝa ly hîp: kh«ng qu¸ 200