MỤC LỤC

MỤC LỤC…………………………………………………………………….1

LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................1

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ IAMZ-236................4

1.1. Khái quát chung về động cơ IAMZ-236...............................................4

1.1.1. Giới thiệu khái quát về đặc điểm kết cấu của động cơ IAMZ-236..............4

1.1.2. Các thông số kỹ thuật chính.....................................................5

1.2. Phân tích đặc điểm kết cấu của động cơ IAMZ-236.............................6

1.3. Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền.............................................6

1.4. Cơ cấu phối khí và truyền động...............................................12

1.5. Các hệ thống.............................................................................16

1.6. Đánh giá chung....................................................................................31

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ IAMZ-236........32

2.1. Các số liệu phục vụ tính toán..............................................................32

2.2. Tính toán chu trình công tác................................................................34

2.2.1. Tính toán quá trình trao đổi khí...............................................34

2.2.2. Tính toán quá trình nén............................................................34

2.2.3. Tính toán quá trình cháy..........................................................35

2.2.4. Tính toán quá trình dãn nở.......................................................37

2.2.5. Kiểm tra kết quả tính toán........................................................38

2,3, Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ......... 38

2.4. Các thông số chỉ thị..................................................................38

2.5. Các thông số có ích..................................................................39

2.6. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác........................40

2.7. Dựng đặc tính ngoài của động cơ.........................................................44

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS TÍNH TOÁN TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ XY LANH ĐỘNG CƠ IAMZ-236................47

3.1. Cơ sở lý thuyết của bài toán truyền nhiệt và các phương pháp tính........47

3.1.1. Những khái niệm cơ bản của truyền nhiệt................................47

3.1.2. Các dạng cơ bản của truyền nhiệt.............................................49

3.1.3. Phương trình vi phân dẫn nhiệt................................................ 52

3.1.4. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương pháp tính………….. 57

3.1.5. Các điều kiện biên của bài toán tính trường nhiệt độ................ 61

3.2. Xây dựng mô hình cho chương trình tính toán.................................... 63

3.3. Thiết lập bài toán, xây dựng mô hình hình học........................ 63

3.4. Các giả thiết và điều kiện biên của mô hình tính toán..............66

3.5. Xác định các điều kiện biên trao đổi nhiệt của bài toán............69

3.6. Tính toán trường nhiệt độ....................................................................84

3.6.1. Giới thiệu phần mềm tính toán ANSYS...................................84

3.6.2. Xây dựng chương trình tính toán..............................................88

3.6.2.1. Nhận xét..............................................................................................95

3.6.2.2. Kết luận và kiến nghị...........................................................................101

KẾT LUẬN.................................................................................................102

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................104

PHỤ LỤC........................................................................................................105

1, Chương trình tính toán, mô phỏng chu trình công tác của động cơ IAMZ-236 bằng phần mềm Malab.............108

2. Nhiệt độ tại các nút trên xy lanh khi nhiệt độ nước làm mát là 70^oC...........111

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong từ khi ra đời đã chứng minh được nhiều tính ưu việt của nó trong các ngành cơ khí, kỹ thuật và trong thực tế. Mặc dù hiện nay có rất nhiều loại động cơ như động cơ phản lực, động cơ tuabin hơi, động cơ điện... Nhưng động cơ đốt trong vẫn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kinh tế, giao thông, vận tải, nông nghiệp, công nghiệp và quốc phòng. Tuy nhiên ở nước ta do điều kiện kinh tế còn chưa phát triển nên việc chế tạo động cơ, nhất là các động cơ mới còn gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy, đa số các động cơ hiện nay chúng ta đang sử dụng đều phải nhập từ nước ngoài. Đặc biệt là trong quân đội, các loại động cơ đốt trong do Liên Xô cũ sản xuất được dùng phổ biến. Hiện nay phần nhiều đã xuống cấp mà chưa có điều kiện nâng cấp, thay thế phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu ở nước ta.

Xuất phát từ những yếu tố trên, việc nghiên cứu phân tích đặc điểm kết cấu cũng như tính năng của động cơ nhằm khai thác tốt nhất các động cơ sẵn có, đề xuất các sáng kiến cải tiến cũng như làm nền tảng kiến thức để chế tạo các động cơ đời mới là một vấn đề đang được nhiều người quan tâm, đồng thời cũng là một vấn đề hết sức có ý nghĩa và quan trọng đối với nền kinh tế nước ta.

Động cơ IAMZ-236 là động cơ diesel 4 kỳ, có 2 dãy xy lanh, mỗi dãy 3 xy lanh bố trí hình chữ V. Động cơ IAMZ-236 được chế tạo và lắp đặt trên các xe MAZ-500, MAZ-5335 vào những năm 1967 tại các nhà máy của Liên xô cũ và đưa sang Việt nam vào những năm cuối cuộc kháng chiến chống đế quốc Mỹ. Cho đến nay chúng vẫn được trang bị trong quân đội nước ta. Do thời gian sử dụng đã lâu và lại được khai thác trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, độ ẩm không khí cao do đó trên thực tế đã xẩy ra rất nhiều hư hỏng.

Như chúng ta đã biết, trong quá trình hoạt động của động cơ, xy lanh động cơ là chi tiết làm việc trong điều kiện hết sức nặng nhọc, nó phải chịu ứng suất cơ học do tác động của lực khí thể và lực ngang, chịu ứng suất nhiệt gây ra do sự chênh lệch nhiệt độ bên trong và ngoài xy lanh, chịu sự mài mòn do ma sát với xéc măng, chịu sự ăn mòn hóa học, chịu sự ảnh hưởng của dao động... Đây là các lý do chính gây ra những hư hỏng của xy lanh trong quá trình khai thác động cơ trên thực tế. Để xác định nguyên nhân hư hỏng của xy lanh động cơ IAMZ-236 một cách chính xác cần phải có những nghiên cứu về điều kiện làm việc, tính toán trường nhiệt độ, tính toán ứng suất nhiệt và ứng suất cơ do lực khí thể sinh ra trong quá trình động cơ làm việc. Trong đó việc tính toán trường nhiệt độ của xy lanh trong quá trình làm việc là cơ sở để tính toán mức độ suy giảm sức bền cơ học của vật liệu chế tạo và mức độ biến dạng nhiệt của xy lanh. Kết quả đó không những phục vụ cho việc thiết kế chế tạo xy lanh mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định phương án hạn chế khả năng xẩy ra hư hỏng như cải tiến hệ thống làm mát, phương án bôi trơn và đưa ra những khuyến cáo cho người khai thác trong quá trình sử dụng.

Với tiêu chí đó, qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, được sự hướng dẫn của thầy PGS.TS. ……………, tôi được giao thực hiện đồ án tốt nghiệp với nội dung: "Ứng dụng phần mềm ANSYS tính toán trường nhiệt độ xy lanh động cơ IAMZ-236"

Nội dung của đồ án bao gồm:

- Phần thuyết minh

+ Giới thiệu chung về động cơ IAMZ-236.

+ Tính chu trình công tác.

+ Ứng dụng phần mềm ANSYS tính toán trường nhiệt độ xy lanh động cơ IAMZ-236.

- Phần bản vẽ

+ Bản vẽ mặt cắt dọc động cơ IAMZ-236 (A0).

+ Bản vẽ đồ thị chu trình công tác động cơ IAMZ-236 (A0).

+ Bản vẽ mô hình trao đổi nhiệt trong xy lanh động cơ IAMZ-236(A0).

+ Bản vẽ trường nhiệt độ ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236(A0).

+ Bản vẽ đồ thị phân bố nhiệt độ ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236(A0).

Mặc dù đã cố gắng nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy, đóng góp của các đồng chí cùng toàn thể các bạn để đồ án của tôi được hoàn thiện hơn. Qua đây tôi xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS. ……………, đã hướng dẫn tận tình và duyệt đồ án, cùng toàn thể các thầy trong bộ môn Động cơ đã nhiệt  tình giúp đỡ, chỉ dẫn tôi trong quá trình hoàn thành đồ án của mình.

                                                                                Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 20...

                                                                              Học viên thực hiện

                                                                              .......................

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ IAMZ-236

1.1. Khái quát chung về động cơ IAMZ-236

1.1.1. Giới thiệu khái quát về đặc điểm kết cấu của động cơ IAMZ-236

Động cơ IAMZ-236 là động cơ diesel 4 kỳ, buồng cháy không phân chia, có 2 dãy xy lanh, mỗi dãy 3 xy lanh bố trí hình chữ V với góc nhị diện là 90^o. Ở giữa động cơ có bơm cao áp và vòi phun để cung cấp và phun tơi nhiên liệu với áp suất cao vào xy lanh động cơ. Động cơ được làm mát bằng nước lưu thông tuần hoàn cưỡng bức. Thứ tự làm việc của động cơ IAMZ-236 là 1-4-2-5-3-6.

Việc bố trí động cơ hình chữ V nói chung và động cơ IAMZ-236 nói riêng có một số ưu điểm sau:

- Cho phép tăng được số xy lanh để tăng công suất động cơ nhưng không làm tăng thêm chiều dài của động cơ.

- Cho phép hạ thấp trọng tâm và chiều cao của động cơ, do vậy việc bố trí động cơ ra đầu xe rất thuận tiện, không hạn chế tầm nhìn của lái xe.

1.1.2. Các thông số kỹ thuật chính

Các thông số kỹ thuật chính như bảng 1.1.

1.2. Phân tích đặc điểm kết cấu của động cơ IAMZ-236

1.2.1. Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền

Nhóm cơ cấu khuỷu trục thanh truyền được phân thành 2 nhóm chính:

- Nhóm các chi tiết cố định

 - Nhóm các chi tiết chuyển động

1.2.1.1. Nhóm các chi tiết cố định

a, Thân xy lanh

Thân xy lanh (hay blốc - xy lanh) được đúc liền một khối và là dạng thân chịu lực chữ V, với góc nhị diện bằng 90^o, mặt phẳng dưới được bắt với máng dầu và nằm thấp hơn so với đường tâm trục khuỷu môt khoảng 85 mm. Kết cấu này đảm bảo độ cứng vững cao và là một trong những yếu tố quan trọng đảm bảo độ bền vững cao của động cơ diesel có công suất lớn.

b, Ống lót xy lanh

Ống lót xy lanh của động cơ IAMZ-236 là loại ống lót ướt, được đúc bằng gang hợp kim có thành phần: 3,2÷3,5 C; 0,6÷0,8 Mn; 2,1÷2,4 Si; 0,2 P; 0,03÷0,08 Ti; 0,15÷0,4 Cu; 0,3÷0,45 Cr; 0,1 Ni; 0,12 S . Việc sử dụng ống lót ướt đảm bảo hiệu suất làm mát tốt, sửa chữa, thay thế được dễ dàng. Đai tựa dưới của ống lót có 3 vòng cao su làm nhiệm vụ bao kín khoang chứa nước làm mát không cho nước lọt xuống các te và ngăn dầu từ các te lên. 

1.2.1.2. Nhóm các chi tiết chuyển động

Trong các chi tiết chuyển động của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền, các chi tiết thuộc nhóm pít tông và nhóm thanh truyền là các chi tiết chịu phụ tải lớn cả cơ và nhiệt. Các chi tiết bị mài mòn nhanh gồm pít tông, xéc măng và các bạc đầu nhỏ, đầu to thanh truyền.

a, Nhóm pít tông

- Pít tông

Pít tông được chế tạo bằng hợp kim nhôm có hàm lượng silic cao. Đỉnh pít tông được làm lõm tạo thành một phần không gian buồng chay dạng tôrôit (dạng prôfin hình w). Hình dạng này kết hợp với dòng khí nạp chuyển động xoáy lốc kéo dài trong quá trình nạp và nén (do phương tiếp tuyến với dòng khí nạp như đã giới thiệu) sẽ tạo ra vận động rối cần thiết để đánh tơi chùm tia phun nhiên liệu. 

- Chốt pít tông

Được chế tạo bằng thép hợp kim có ký hiệu 12XH3A. Độ cứng bề mặt chốt đạt giá trị HRC=56÷65. Chốt pít tông được lắp với bệ chốt theo kiểu bơi, phương pháp này đảm bảo cho bề mặt chốt được mòn đều, tránh được hiện tượng kẹt chốt. Do lắp kiểu bơi nên hai đầu chốt được bố trí hai vòng hãm 1 nhằm chống lại sự dịch chuyển theo chiều trục của chốt.

b, Nhóm thanh truyền

Thanh  truyền có nhiệm vụ nối pít tông với chốt khuỷu của trục khuỷu và truyền lực từ pít tông cho trục khuỷu ở các hành trình của đông cơ. Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim 40X, được nhiệt luyện để tăng độ cứng vững.

c, Nhóm trục khuỷu

- Trục khuỷu

Trục khuỷu có nhiệm vụ tiếp nhận lực khí thể từ pít tông, lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và khối lượng chuyển động quay của các chi tiết của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền sau đó tạo thành mô men quay.

- Bánh đà

Bánh đà có nhiệm vụ tích lũy năng lượng (khi M_x > M_c) và giải phóng năng lượng (khi M_x < M_c) đảm bảo trục khuỷu động cơ quay đồng đều ở các chế độ làm việc, dùng để khởi động động cơ, giảm tải tức thời khi xe bắt đầu khởi hành và truyền mô men quay tới hệ thống truyền lực của xe.

1.2.2. Cơ cấu phối khí và truyền động

Cơ cấu phối khí và truyền động có nhiệm vụ điều khiển thời điểm và quá trình đóng mở xu páp để thực hiện việc nạp đầy môi chất công tác và thải sạch khí thải ra khỏi xy lanh động cơ. Bố trí chung của cơ cấu phối khí và chuyền động thể hiện như trên hình 1.4. Khi cơ cấu làm việc, từ vấu cam của trục cam 1 truyền qua con đội 2, qua đũa đẩy 3, qua cò mổ 12 truyền lực cho xu páp 7 thực hiện đóng mở xu páp theo từng thời điểm làm việc của động cơ.

1.2.2.1.  Đặc điểm cấu tạo các chi tiết chính của cơ cấu phối khí

- Trục cam

Nhiệm vụ chính của trục cam là dùng để dẫn động cho các xu páp của hai dãy xy lanh động cơ. Trục cam của cơ cấu phân phối khí được bố trí trong khoang giữa hai dãy xy lanh và dẫn động cho các xu páp của cả hai dãy xy lanh.

- Con đội

Trong động cơ IAMZ-236 sử dụng các con đội con lăn dạng cần lắc lắp tự do trên trục trung gian gối trên bốn ổ đỡ. Con lăn gá trên trục 4 qua ổ bi đũa 3 trượt trên bề mặt cam của trục cam trong quá trình làm việc, do đó ma sát trượt được thay thế bằng ma sát lăn. 

1.2.2.2. Cơ cấu truyền động

Chuyển động của trục cam được truyền từ trục khuỷu của động cơ qua các bánh răng. Sau 2 vòng quay của trục khuỷu các xu páp nạp và thải được mở 1 lần và trục cam thực hiện được 1 vòng quay, cho nên số răng của bánh răng trục cam lớn hơn 2 lần số răng của bánh răng lắp trên đầu trục khuỷu.

1.2.3. Các hệ thống

1.2.3.1. Hệ thống nhiên liệu

 a, Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ chứa, lọc sạch và cung cấp nhiên liệu vào trong buồng cháy động cơ. Nhiên liệu cung cấp vào trong buồng cháy có số lượng như nhau vào những thời điểm chính xác dưới áp suất cao cần thiết để đảm bảo phun tơi nhiên liệu.

b, Các cụm chi tiết chính của hệ thống nhiên liệu

- Bầu lọc thô

Bầu lọc thô có nhiệm vụ lọc sơ bộ nhiên liệu trong hệ thống nhiên liệu của động cơ. Cấu tạo của bầu lọc thô được thể hiện trên hình 1.9.

Khi bơm thấp áp làm việc, dưới áp lực của bơm, dầu từ thùng nhiên liệu hút vào trong bầu lọc, dầu được thấm qua lưới lọc 8 rồi đi theo đường ống dẫn nhiên liệu 4 đến bầu lọc tinh.

- Bầu lọc tinh

Bầu lọc tinh có nhiệm vụ lọc sạch nhiên liệu trước khi cung cấp vào bơm cao áp. Hình 1.10 giới thiệu bầu lọc tinh của hệ thống nhiên liệu động cơ IAMZ-236.

- Bơm cao áp

Bơm cao áp có nhiệm vụ định lượng nhiên liệu chính xác và cung cấp đúng thời điểm xác định dưới áp suất cao đến các vòi phun của động cơ.

Khi trục cam bơm cao áp 12 quay, vấu cam tỳ lên con đội con lăn 15, lực tác dụng được truyền lên qua bu lông điều chỉnh đến pít tông bơm 6 và đẩy nó chuyển động đi lên. Khi vấu cam trên trục cam bơm cao áp trượt khỏi con đội con lăn 15 lò xo bơm 38 giãn ra và đẩy pít tông bơm đi xuống trở về vị trí ban đầu. Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình công tác của động cơ được điều khiển bởi 1 thanh răng ăn khớp với vành răng ép trên ống xoay có tác dụng làm xoay pít tông bơm. 

- Khớp tự động điều chỉnh góc phun sớm nhiên liệu

Khớp tự động điều chỉnh góc phun sớm nhiên liệu có nhiệm vụ tự động thay đổi thời điểm bắt đầu cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ phụ thuộc theo số vòng quay của trục khuỷu bằng cách xoay trục cam bơm cao áp một góc tương đối so với trục dẫn động.

- Vòi phun

Vòi phun có nhiệm vụ phun tơi và cung cấp nhiên liệu đều khắp vào buồng đốt của động cơ. Trên động cơ IAMZ-236 sử dụng vòi phun kiểu kim phun. Kết cấu vòi phun động cơ IAMZ-236 được thể hiện như trên hình 1.14. 

- Bộ điều tốc

Các động cơ diesel thường làm việc ở các phụ tải và số vòng quay thay đổi. Phụ tải và số vòng quay của trục khuỷu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xe, khối lượng hàng hóa vận chuyển và sức cản mặt đường. Số vòng quay của trục khuỷu không được phép vượt quá giá trị cho phép bởi sẽ dẫn đến tình trạng quá tải cho các chi tiết chuyển động của động cơ, mặt khác khi động cơ chạy không tải ở số vòng quay thấp ví dụ như khi dừng xe thì số vòng quay cần phải được ổn định.

1.2.3.2.Hệ thống bôi trơn

 a, Sơ đồ hệ thống bôi trơn

Nhiệm vụ chính của hệ thống bôi trơn là giảm mài mòn các bề mặt tiếp xúc và giảm tổn hao cơ khí do ma sát giữa các chi tiết chuyển động tương đối với nhau, bao kín khe hở các chi tiết. Ngoài ra dầu bôi trơn còn có nhiệm vụ dẫn nhiệt từ các bề mặt tiếp xúc ra ngoài và chống rỉ cho chúng. 

Trên bầu lọc thô 6 có van an toàn, khi lõi lọc bị tắc độ chênh áp suất trước và sau bầu lọc là 0,2÷0,25 MPa van an toàn mở để cho dầu đi thẳng vào đường dầu chính của động cơ không qua bầu lọc thô. Bầu lọc thô của hệ thống bôi trơn động cơ có thể giữ được các tạp chất có kích thước lớn hơn 0,08 mm.

b, Các cụm chi tiết chính của hệ thống bôi trơn

- Két làm mát dầu

Két làm mát dầu bôi trơn có nhiệm vụ duy trì nhiệt độ dầu trong các te nằm trong giới hạn cho phép 80÷85^oC. Từ các te dầu được ngăn bơm thứ hai của bơm dầu 2 cung cấp vào két làm mát dầu với áp suất không lớn hơn 0,08 MPa (0,8 kG/cm²). Nếu áp suất này lớn hơn giá trị trên thì van tiết lưu trên vỏ bơm sẽ mở và đưa dầu trở lại các te mà không qua két làm mát.

- Bơm dầu

Bơm dầu có nhiệm vụ cung cấp dầu dưới áp suất cao vào đường dầu chính của động cơ và đến két làm mát dầu.

1.3. Đánh giá chung

Qua phân tích ở các mục trên ta có thể đánh giá chung động cơ IAMZ-236 là một động cơ diesel thế hệ cũ. Mặc dù được chế tạo phục vụ hoạt động ở điều kiện khí hậu ôn đới xong khi đưa sang Việt Nam hoạt động trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa khá khắc nghiệt nó vẫn đáp ứng được các yêu cầu của quá trình khai thác sử dụng, cung cấp nguồn động lực quan trọng phục vụ công tác vận tải của quân đội ta trong những năm kháng chiến cũng như hiện nay.

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ IAMZ-236

2.1. Các số liệu phục vụ tính toán

Các số liệu phục vụ tính toán như bảng 2.1.

2.2. Tính toán chu trình công tác

2.2.1. Tính toán quá trình trao đổi khí

- Hệ số khí sót g_r:

Khi tính toán, giá trị của g_r được xác định theo biểu thức: g_r = 0,00366

Ở động cơ diesel bốn kỳ: g_r = 0,03 - 0,07.

- Áp suất cuối quá trình nạp p_a:

Thay số được: p_a = 0,0888 MPa

2.2.2. Tính toán quá trình nén

2.2.2.1. Mục đích của việc tính toán quá trình nén

Mục đích là xác định các thông số cuối quá trình nén như áp suất p_c và nhiệt độ T_c.

2.2.2.2. Thứ tự tính toán

- Áp suất cuối quá trình nén: 4,0197 MPa

- Nhiệt độ cuối quá trình nén: 901,2833⁰ K

2.2.4. Tính toán quá trình dãn nở

Ở động cơ diesel, quá trình cháy kết thúc trên hành trình dãn nở và quá trình dãn nở còn lại được tính trên một phần của hành trình pít tông ứng với tỷ số dãn nở muộn. Do đó các thông số của quá trình dãn nở được tính với d.

- Áp suất cuối quá trình dãn nở: p_a = 0,3770 MPa

- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở: T = 1281,1799⁰ K

Giá trị của p_b và T_b đối với các loại động cơ khác nhau như sau:

Đối với động cơ diesel:

p_b = 0,2¸0,4 Mpa

T_b = 1000 - 1400⁰K

2.3. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ

2.3.1. Các thông số chỉ thị

Đó là những thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ. Khi xác định các thông số chỉ thị, ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công mà chỉ xét các tổn thất về nhiệt.

- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p_i',  p_i = 9259 MPa

-  Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: = 178,001 g/kW.h

2.3.2. Các thông số có ích

Các thông có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ. Xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình p_co.

- Áp suất có ích trung bình: p_e = 0,6812 MPa

- Hiệu suất có ích: 0,367

Giá trị của p_e, g_e, h_e đối với các loại động cơ được giới thiệu ở bảng 21 [8].

- Mômen xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán: Me = 604,4123 N.m

Sai số tính toán của N_e: 0,69%

2.3.3. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác

2.3.3.1. Khái quát

Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước bao gồm: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ thị công chỉ thị thực tế.

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.

2.3.3.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

Ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thay chu trình thực tế bằng chu trình kín a-c-y-z-b-a. Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y và cấp nhiệt đẳng áp y-z, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá trình rút nhiệt đẳng tích b-a.

p_n, p_d, V_n và V_d : là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tích trên đường nén và dãn nở. 

Xác định các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến như bảng 2.2.

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết như hình 2.2.

2.3.3.3. Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế

Để được đồ thị công chỉ thị thực tế a’-c’-c”-z’-z”-b’-b”-b’’’-a’, ta gạch bỏ các diện tích I, II, III, IV trong đồ thị lý thuyết.

Diện tích I xuất hiện do góc phun sớm nhiên liệu gây ra. Khi đó một phần nhiên liệu được cháy trước trên đường nén nên áp suất cuối quá trình nén thực tế p’_c  cao hơn áp suất cuối quá trình nén thuần tuý p_c.

Điểm c’ nằm trên đường nén thuần tuý. Vị trí của nó được xác định bởi góc phun sớm nhiên liệu và được dựng theo vòng tròn Brích.

Diện tích III biểu diễn tổn hao của công dãn nở do xu páp thải mở sớm. Khi đó áp suất trong xy lanh giảm nhanh và quá trình dãn nở diễn ra theo đường cong thực tế.

Diện tích IV biểu diễn một phần của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí. Phần còn lại của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí (giới hạn bởi diện tích a’raa’) đã được kể đến khi xét hiệu suất cơ khí h_cơ.

Dựng điểm b” ở giữa đoạn thẳng ab. Chọn đường b”’ trên đường thải cưỡng bức sao cho đường cong không bị gấp khúc. Dựng điểm r” theo góc đóng muộn của xu páp thải nhờ vòng tròn Brích. Vẽ đường cong lượn đều từ r” lên r và đường cong lượn đều qua các điểm b’, b”, b”’ sao cho các đường cong ấy không bị gãy khúc.

2.2. Dựng đặc tính ngoài của động cơ

Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa n_min và n_max rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của N_e, M_e, G_nl, g_e

Ta có:

+ N_eđm : Công suất định mức thu được trong tính toán, [kW].

+ n_đm : Số vòng quay ứng với công suất định mức, [vg/ph].

+ N_e, M_e, g_e và G_nl : Giá trị tương ứng của công suất có ích, mô men xoắn có ích, suất tiêu hao nhiên liệu có ích và lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ  ứng với từng số vòng quay trung gian được chọn trước.

+ n : Giá trị của biến số được chọn trước, [vg/ph].

Kết quả tính toán các chỉ tiêu như bảng 2.3.

Vẽ đồ thị đặc tính ngoài với đồ thị biểu diễn M_e, g_e, G_nl để tương ứng với đồ thị N_e ta lần lượt lấy tỉ lệ xích của từng đường với m =5; 5 và 0,267.

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS TÍNH TOÁN TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ XY LANH ĐỘNG CƠ IAMZ-236

3.1. Cơ sở lý thuyết của bài toán truyền nhiệt và các phương pháp tính

3.1.1. Những khái niệm cơ bản của truyền nhiệt

3.1.1.1. Trường nhiệt độ

Giả thiết rằng nhiệt sẽ lan tỏa trong môi trường chất liên tục mà bản chất vật lý của môi chất đó sẽ được tính tới thông qua các hệ số xác định bằng thực nghiệm.

Tổ hợp các giá trị nhiệt độ tức thời ở tất cả các điểm của môi chất vào một thời điểm nhất định được gọi là trường nhiệt độ. Nhiệt độ của các điểm khác nhau có giá trị khác nhau và tại các thời điểm khác nhau nhiệt độ có giá trị khác nhau, như vậy trường nhiệt độ phụ thuộc theo thời gian và không gian [2].

3.1.1.2. Gradien nhiệt độ

Tập hợp các điểm của trường nhiệt độ có cùng một nhiệt độ được gọi là mặt đẳng nhiệt. Các mặt đẳng nhiệt của một vật không cắt nhau, hoặc khép kín trong vật hoặc kết thúc trên biên của vật.

Hai bề mặt đẳng nhiệt có nhiệt độ (T) và nhiệt độ (T+DT) cách nhau theo phương pháp tuyến khoảng cách Dn và theo phương x khoảng cách Dx (hình 3.1), 

3.1.1.4. Hệ số dẫn nhiệt (l)

Hệ số dẫn nhiệt l là lượng nhiệt dẫn qua 1m² bề mặt đẳng nhiệt trong thời gian 1 giây khi gradien nhiệt độ bằng 1 K/m. Hệ số dẫn nhiệt l đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật (hoặc chất) và có thứ nguyên là W/m.^oK. Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào tính chất của vật chất và nhiệt độ được xác định bằng thực nghiệm.

Đa số vật chất có hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc nhiệt độ, sự phụ thuộc này có thể biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính: l = l₀(1+bT).

3.1.2. Các dạng cơ bản của truyền nhiệt

3.1.2.1.Dẫn nhiệt

Dẫn nhiệt được thực hiện bằng chuyển động nhiệt của những phần tử vi mô. Trong kim loại dẫn nhiệt được thực hiện bằng chuyển động của các điện tử tự do, trong chất lỏng và chất rắn dẫn nhiệt được thực hiện bằng chuyển động nhiệt của nguyên tử, phân tử của những phần vật chất cạnh nhau, trong chất khí dẫn nhiệt được thực hiện bằng truyền năng lượng khi các phân tử khí va chạm nhau. 

3.1.2.4. Tỏa nhiệt đối lưu

Tỏa nhiệt đối lưu là một dạng cơ bản của truyền nhiệt được thực hiện bằng chuyển động của chất lỏng hoặc chất khí tiếp xúc với bề mặt ngăn cách.

Chất lỏng hoặc chất khí được gọi là chất chảy tiếp xúc với bề mặt ngăn cách thường là bề mặt vật rắn có độ chênh nhiệt độ tạo ra dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu. Dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu phụ thuộc tính chất vật lý của chất chảy, điều kiện chảy và trạng thái bề mặt của vật rắn. 

3.1.4. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương pháp tính

3.1.4.1. Phân loại bài toán truyền nhiệt

Việc phân loại các phương pháp tính toán trường nhiệt độ có liên hệ mật thiết với dạng biểu diễn toán học của bài toán truyền nhiệt. Ngoài ra theo dấu hiệu chung có thể phân chia chúng thành các phương pháp phân tích chính xác và gần đúng, phương pháp số.

Căn cứ mục tiêu cuối cùng, bài toán truyền nhiệt được chia theo các dạng sau:

* Bài toán trực tiếp: Cho phương trình vi phân cơ bản, hoặc cho hệ phương trình vi phân với điều kiện biên xác định trường nhiệt độ.

* Bài toán nghịch: Cho biết trường nhiệt độ và phương trình vi phân, xác định điều kiện hoặc phân bố nhiệt ban đầu.

* Bài toán thụ động: Cho trước trường nhiệt độ và điều kiện biên cần xác định các hệ số của phương trình vi phân.

3.1.4.2. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương pháp tính

Tính trường nhiệt độ của các kết cấu có thể dùng các phương pháp sau đây: các phương pháp phân tích chính xác và phân tích gần đúng, các phương pháp số, các phương pháp đồ thị, các phương pháp tương tự. Các phương pháp trên có thể được áp dụng độc lập hoặc hợp thành các tổ hợp khác nhau.

Phương pháp giải bài toán phi tuyến được nghiên cứu ít hơn vì nó rất phức tạp, phổ biến nhất vẫn là bước chuyển từ bài toán phi tuyến sang bài toán tuyến tính. Khó khăn nhất vẫn là việc giải bài toán phi tuyến, không ổn định với sự bố trí 2, 3 số đo cho vật thể nhiều thành phần. Trong thời điểm hiện tại, phương pháp duy nhất có thể giải bài toán trên là phương pháp số, và đương nhiên phương pháp số có thể giải được các bài toán tuyến tính.

Ta có:

+ T = T(x, y, z, t) : Trường nhiệt độ cần xác định.

+ {N} = {N(x, y, z)} : Ma trận hàm dáng.

+ {T_e} = {T_e(x, y, z, t)} : Véc tơ nhiệt độ tại các nút của phần tử.

3.1.5. Các điều kiện biên của bài toán tính trường nhiệt độ

Phương trình vi phân dẫn nhiệt mô tả quá trình dẫn nhiệt tổng quát, để giải quá trình dẫn nhiệt trong kỹ thuật phải có thêm điều kiện biên hay điều kiện đơn trị.

Điều kiện biên gồm điều kiện hình học biểu thị đặc trưng hình dạng và kích thước của vật, điều kiện vật lý đặc trưng tính chất vật lý của vật, điều kiện thời gian đặc trưng cho trường nhiệt độ tại thời điểm ban đầu và điều kiện biên tiếp xúc biểu thị tác dụng tương hỗ giữa vật với môi trường bên ngoài.

Tức là nhiệt độ của vật trước khi nung nóng (làm mát) ở tất cả các điểm là như nhau. Điều kiện ban đầu có ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái nhiệt độ của vật có hình dạng bất kỳ chỉ trong giai đoạn đầu của quá trình không ổn định. Ở những giai đoạn tiếp theo, sự phân bố nhiệt độ trong vật cơ bản được xác định bởi điều kiện biên.

3.2. Xây dựng mô hình cho chương trình tính toán

Để tính toán trường nhiệt độ của xy lanh động cơ IAMZ-236 trên cơ sở ứng dụng phần mềm ANSYS trước hết ta phải đi xây dựng mô hình tính toán dưới dạng hình học. Khi thiết lập bài toán, xây dựng mô hình tính toán phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Mô hình phải phản ánh tương đối chính xác điều kiện làm việc của xy lanh.

- Đơn giản, cho phép thực hiện giải bài toán trên cấu hình máy tính hiện có.

3.2.1. Thiết lập bài toán, xây dựng mô hình hình học

Khi động cơ làm việc, đối với ống lót xy lanh động cơ xẩy ra đồng thời các quá trình trao đổi nhiệt sau:

- Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu giữa môi chất công tác với mặt gương xy lanh.

- Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ của khí cháy với mặt gương xy lanh.

- Quá trình trao đổi nhiệt dẫn nhiệt tiếp xúc động giữa xéc măng với mặt gương xy lanh.

- Quá trình trao đổi nhiệt dẫn nhiệt giữa lưng ống lót xy lanh với khối thân xy lanh.

- Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu giữa ống lót với nước làm mát.

3.2.2. Các giả thiết và điều kiện biên của mô hình tính toán

3.2.2.1. Các giả thiết

Sự trao đổi nhiệt trên bề mặt các chi tiết hình thành buồng cháy là quá trình rất phức tạp và không ổn định. Việc tìm hiểu rõ quá trình đó còn nhiều khó khăn vì những lý do sau đây:

- Sự không xác định lớp biên của bề mặt buồng cháy gây ra sự thiếu hẳn bức tranh về dòng chảy của môi chất công tác trong khi nghiên cứu. Cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ về tính chuyển động của pít tông và các điều kiện tạo ra dòng chảy trong buồng cháy.

- Sự dao động của thành buồng cháy tạo ra điều kiện đặc biệt của chảy rối trong thể tích làm việc của động cơ. Nó tăng cư­ờng trao đổi nhiệt đồng thời làm giảm ổn định lớp biên.

3.2.2.2. Các điều kiện biên của mô hình bài toán xác định trường nhiệt độ của xy lanh động cơ IAMZ-236

Khi giải bài toán trao đổi nhiệt bên trong xy lanh động cơ người ta thường thay thế chế độ trao đổi nhiệt không ổn định có chu kỳ của quá trình thực bằng một số điều kiện ổn định. Các thông số đặc trưng cho các điều kiện này được suy ra từ điều kiện cân bằng dòng nhiệt cục bộ không ổn định theo thời gian trong quá trình thực và dòng nhiệt cục bộ trong quá trình giả thiết.

* Điều kiện biên thời gian.

Đối với tất cả các loại động cơ đốt trong, việc tính toán trạng thái nhiệt, trạng thái ứng suất và biến dạng thường được khảo sát ở chế độ công suất định mức N_eđm tương ứng với số vòng quay định mức n_N. Vì ở chế độ làm việc này nhiệt độ của các chi tiết máy chịu phụ tải nhiệt lớn thường đạt giá trị lớn nhất, đặc biệt với các động cơ tăng áp.

* Điều kiện biên tiếp xúc.

Các điều kiện biên tiếp xúc cơ bản biểu diễn sự tương tác về nhiệt của bề mặt chi tiết và môi trường xung quanh. Đối với bài toán tính toán trường nhiệt độ của xy lanh động cơ IAMZ-236 ta có thể sử dụng các điều kiện biên tiếp xúc loại 3 và loại 4 như đã được trình bày ở mục 3.1.5.

3.2.3. Xác định các điều kiện biên trao đổi nhiệt của bài toán

Theo mô hình hình học đã được xác định (hình 3.4) ta có thể xác định những biên trao đổi nhiệt với ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236 gồm:

- Biên trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh với hỗn hợp khí cháy trong buồng cháy.

- Biên trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh và pít tông.

- Biên trao đổi nhiệt giữa thành ngoài ống lót xy lanh với nước làm mát.

- Biên trao đổi nhiệt giữa vai tựa trên ống lót xy lanh với thành khối thân xy lanh.

- Biên trao đổi nhiệt giữa vai tựa dưới ống lót xy lanh với thành khối thân xy lanh.

- Biên trao đổi nhiệt giữa thành ngoài ống lót xy lanh với không khí trong các te.

3.2.3.1. Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh với hỗn hợp khí cháy trong buồng cháy

Quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt gương xy lanh với hỗn hợp khi cháy trong buồng cháy bao gồm trao đổi nhiệt đối lưu và trao đổi nhiệt bức xạ. Lư­ợng nhiệt trao đổi thông qua bức xạ nhiệt của khí cháy và của ngọn lửa phụ thuộc vào mật độ, áp suất riêng phần của khí cháy, trạng thái khí. Theo giáo s­ư Diachencô thì l­ượng nhiệt bức xạ chỉ chiếm khoảng 3÷5% của toàn bộ l­ượng nhiệt trao đổi [10]. Do đó khi tính toán ta xét đến trao đổi nhiệt bức xạ thông qua phần bổ sung của hệ số toả nhiệt đối l­ưu.

Ta có:

+ D : Đường kính xy lanh, [m].

+ P : Áp suất của môi chất trong buồng cháy, [Pa].

+ T : Nhiệt độ của môi chất trong buồng cháy, [^oK].

+ C₁ = 2,28 + 0,308.C_u/C_m

+ C₂ = 0,00324 : đối với động cơ buồng cháy thống nhất.

+ C_m­ : Tốc độ trung bình của pít tông, [m/s].

+ C_u : Tốc độ xoáy lốc của hỗn hợp không khí trong buồng cháy, [m/s].

Để đặt tải lên mô hình được chính xác ta chia buồng cháy động cơ ứng với quá trình pít tông chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới trong hành trình cháy giãn nở thành 5 vùng, các hành trình tiếp theo sẽ lặp lại tại các vị trí đó:

- Vùng 1: Từ khi pít tông ở điểm chết trên j = 360^o, S = 0 mm đến khi j = 407^o, S = 26,5 mm. Ta có hệ số trao đổi nhiệt a_S1 và nhiệt độ T_S1.

- Vùng 2: Từ khi j = 407^o, S = 26,5 mm đến khi j = 450^o, S = 79 mm. Ta có hệ số trao đổi nhiệt a_S2 và nhiệt độ T_S2.

- Vùng 3: Từ khi j = 450^o, S = 79 mm đến khi j = 480^o, S = 112 mm. Ta có hệ số trao đổi nhiệt a_S3 và nhiệt độ T_S3.

- Vùng 4: Từ khi j = 480^o, S = 112 mm đến khi j = 510^o, S = 133 mm. Ta có hệ số trao đổi nhiệt a_S4 và nhiệt độ T_S4.

Kết quả tính toán, mô phỏng diễn biến của áp suất và nhiệt độ của chu trình công tác động cơ được biểu diễn dưới dạng đồ thị .

3.2.3.3.3. Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa thành ngoài ống lót xy lanh với nước làm mát

Quá trình trao đổi nhiệt giữa thành ngoài ống lót xy lanh với nước làm mát là quá trình trao đổi nhiệt đối lưu. Quá trình này bao gồm trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên và trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. Quá trình làm việc của động cơ nước làm mát liên tục được chảy trong các áo nước và đường ống tạo thành một vòng tuần hoàn kín dưới tác dụng của bơm nước. Do đó các quá trình trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên là không đáng kể, khi tính toán quá trình trao đổi nhiệt giữa thành ngoài ống lót xy lanh với nước làm mát ta bỏ qua trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên mà chỉ tính đến trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức.

3.2.3.4. Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa vai tựa trên ống lót xy lanh với thành khối thân xy lanh

Quá trình trao đổi nhiệt tại khu vực vai tựa trên của ống lót xy lanh bao gồm trao đổi nhiệt giữa môi chất công tác với mặt gương xy lanh, trao đổi nhiệt dẫn nhiệt giữa thành ngoài với thành khối thân xy lanh, quá trình trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa thành khối thân xy lanh với không khí bên ngoài động cơ và quá trình trao đổi nhiệt đối lưu giữa thành khối thân xy lanh với nước làm mát. Trên thực tế, còn có quá trình trao đổi nhiệt dẫn nhiệt giữa các thành của các xy lanh cạnh nhau với khối thân nhưng do khi đó bài toán trao đổi nhiệt trở lên rất phức tạp bởi không xác định được nhiệt độ của môi chất trong các xy lanh bên cạnh. 

Ta có:

+ q : Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách, [W/m²].

+ a_mc : Hệ số trao đổi nhiệt giữa hỗn hợp môi chất công tác với mặt gương xy lanh, [W/m².^oK].

+ a_n : Hệ số trao đổi nhiệt giữa nước làm mát với thành khối thân xy lanh, [W/m².^oK].

+ l_xl : Hệ số dẫn nhiệt của thành xy lanh, [W/m.^oK].

+ l_th : Hệ số dẫn nhiệt của thành khối thân xy lanh, [W/m.^oK].

+ d_xl : Chiều dày của thành xy lanh, [m].

+ T_t1 : Nhiệt độ thành trong xy lanh, [^oK].

+ T_t2 : Nhiệt độ thành ngoài xy lanh, [^oK].

+ T_t3 : Nhiệt độ thành khối thân xy lanh tiếp xúc với nước làm mát, [^oK].

3.2.3.5. Điều kiện biên trao đổi nhiệt giữa vai tựa dưới ống lót xy lanh với thành khối thân xy lanh

Quá trình trao đổi nhiệt tại khu vực giữa vai tựa dưới ống lót xy lanh với thành khối thân xy lanh bao gồm rất nhiều quá trình phức tạp như quá trình trao đổi nhiệt giữa pít tông với mặt gương xy lanh, trao đổi nhiệt tiếp xúc giữa thành xy lanh với thành khối thân xy lanh, trao đổi nhiệt tiếp xúc giữa thành khối thân xy lanh với thành xy lanh của máy bên cạnh và trao đổi nhiệt đối lưu giữa thành khối thân xy lanh với không khí bao quanh.

3.3.  Tính toán trường nhiệt độ

3.3.1. Giới thiệu phần mềm tính toán ANSYS

3.3.1.1. Giới thiệu chung

ANSYS là phần mềm công nghiệp vạn năng dựa trên cơ sở của phư­ơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích và tính toán các bài toán Vật lý - Cơ học. Thực chất của ph­ương pháp phần tử hữu hạn là sử dụng ph­ương pháp rời rạc hoá, chuyển các ph­ương trình vi phân, ph­ương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số để giải các bài toán trên.

3.3.1.2. Kết cấu ch­ương trình

Về mặt cấu trúc, ANSYS chia ra thành 3 môđun lớn đó là:

- Môđun tiền xử lý (preprocessing).

- Môđun giải (solution).

- Môđun hậu xử lý (postprocessing).

a, Môđun tiền xử lý (preprocessing)

Môđun này cho phép ng­ười sử dụng có thể chuẩn bị những thao tác cần thiết để chuẩn bị cho quá trình giải bao gồm: xây dựng mô hình hình học, xác định kiểu phần tử, lựa chọn mô hình vật liệu, chia l­ưới phần tử hữu hạn, điều khiển l­ưới và đặt bài toán tiếp xúc.

b, Môđun giải (solution)

Môđun này cho phép xác định các loại tải trọng cũng như­ các điều kiện biên có thể áp đặt vào mô hình, sau đó tiến hành giải.

- Đối với bài toán nhiệt, tải có thể là nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt, nhiệt đối lưu...

- Tải trọng nhiệt áp đặt vào mô hình trong ANSYS đ­ược chia thành một số dạng cơ bản: nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ xung quanh, tốc độ dòng nhiệt.

- Điều kiện ràng buộc các bậc tự do trong bài toán nhiệt là ràng buộc về nhiệt độ.

c, Môđun hậu xử lý (postprocessing)

Hậu xử lý là khâu rất quan trọng trong b­ước phân tích bài toán, bởi vì sau khi tính toán mô phỏng cần phải biết các kết quả tính toán có phù hợp với thực tế hay không, tr­ường phân bố nhiệt độ trong vật thể phân bố thế nào, mô hình lưới phần tử hữu hạn đã tối ­ưu hay ch­ưa.

3.3.2. Xây dựng chương trình tính toán

3.3.2.1. Sơ đồ thuật toán

Sơ đồ thuật toán như hình 3.3.

3.3.2.2. Chương trình tính

1- Khởi động chương trình ANSYS, chỉ ra thư mục làm việc Directory và jobname.

2- Chọn hệ đơn vi đo.

/UNITS,MKS

3- Đặt kiểu phân tích nhiệt.

Main > Preferences... > Thermal > OK.

4- Chọn kiểu phần tử.

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Thermal solid > Tet 10node 87.

6- Xây dựng mô hình hình học.

Main Menu > Preprocessor > Modeling  > Create > Volumes > Cylinder > By Dimensions. (Nhập các thông số kích thước của ống lót xy lanh).

Main Menu > Preprocessor > Modeling  > Operate > Booleans > Add > Volumes > Pick All.

12- Thoát khỏi ANSYS.

Toolbar > QUIT.

+ Chọn “Save Everything”.

+ [OK].

3.4. Nhận xét

Từ kết quả trường nhiệt độ và bảng nhiệt độ tại các nút ta vẽ được đồ thị phân bố nhiệt độ theo các phương hướng kính và đồ thị phân bố nhiệt độ dọc theo chiều dài ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236 khi động cơ làm việc ở chế độ công suất định mức và nước làm mát bao quanh thành xy lanh đạt giá trị trung bình là 70^oC.

Kết quả thu được cho biết nhiệt độ cao nhất của ống lót xy lanh là 355,933^oC tại bề mặt gương xy lanh, vùng buồng cháy xung quanh điểm chết trên. Nhiệt độ thấp nhất đạt 73,642 ^oC tại mặt lưng khu vực vai tựa dưới tiếp xúc với thành khối thân xy lanh. Phân bố nhiệt độ giảm dần từ mặt gương ra mặt lưng ống lót theo phương hướng kính và giảm dần từ trên xuống dưới theo phương dọc ống lót.

Tại mặt cắt khu vực đi qua vai tựa trên có nhiệt độ phía trong là 369,7^oC, nhiệt độ phía ngoài là 215,3^oC, độ chênh lệch nhiệt độ tại khu vực này có giá trị 154,4^oC.

Tại mặt cắt khu vực ống lót tiếp xúc với nước làm mát có nhiệt độ phía trong là 143,4^oC, nhiệt độ phía ngoài là 119,5^oC, độ chênh lệch nhiệt độ tại khu vực này là 23,9^oC.

Tại mặt cắt khu vực đi qua vai tựa dưới có nhiệt độ phía trong là 145,5^oC, nhiệt độ phía ngoài là 111,7^oC, độ chênh lệch nhiệt độ tại khu vực này là 33,8^oC.

Nhiệt độ khu vực thành ngoài ống lót xy lanh tại khu vực tiếp xúc với nước làm mát là từ 110÷120^oC.

3.5. Kết luận và kiến nghị

Trường nhiệt độ của ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236 được tính toán theo mô hình trao đổi nhiệt cho kết quả tương đối sát với các kết quả thực nghiệm đã được xác định trên lý thuyết.

Ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236 làm việc trong điều kiện chịu tải trọng nhiệt cao do đó trong quá trình vận hành khai thác động cơ cần lưu ý một số vấn đề sau:

- Qua kết quả tính toán ta thấy rằng khu vực mặt gương xy lanh ở vùng buồng cháy xung quanh điểm chết trên là vùng có nhiệt độ cao nhất. Do đó cần phải có biện pháp nâng cao khả năng làm mát cho xy lanh tại khu vực này.

- Không nên vận hành động cơ ở chế độ công suất định mức trong thời gian quá lâu sẽ làm gia tăng tải trọng nhiệt quá mức, làm xấu điều kiện làm việc và gây ra các hư hỏng cho xy lanh cũng như các chi tiết của động cơ.

KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu, thu thập tài liệu, vận dụng các kiến thức đã học vào tính toán nội dụng của đồ án dưới sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. …………….. cùng với sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn Động cơ và các bạn học viên trong lớp, đến nay đồ án của tôi đã hoàn thành với các nội dung sau:

1. Nghiên cứu đặc điểm kết cấu chung của các cơ cấu, các hệ thống trên động cơ IAMZ-236.

2. Tính toán chu trình công tác của động cơ IAMZ-236 ở chế độ N_eđm.

2. Xác định các phương pháp và lựa chọn được phương pháp tính toán trường nhiệt độ của các chi tiết trong động cơ đốt trong.

3. Xây dựng mô hình tính toán, xác định các điều kiện biên của mô hình và xây dựng chương trình tính toán trường nhiệt độ của ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236 bằng phần mềm ANSYS.

4. Khảo sát sự thay đổi của trường nhiệt độ ống lót động cơ IAMZ-236 khi thay đổi điều kiện làm việc của hệ thống làm mát.

Tính toán trường nhiệt độ của ống lót xy lanh động cơ có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình thiết kế và khai thác động cơ. Bài toán cho phép ta xác định được phân bố nhiệt độ tại các vùng trên ống lót xy lanh, đồng thời đây cũng là cơ sở của bài toán tính toán ứng suất nhiệt của chi tiết từ đó kiểm tra, khảo sát được khả năng làm việc tại các chế độ của động cơ.

Trong nội dung của đồ án tôi đã sử dụng phần mềm MATLAB phục vụ cho quá trình tính toán chu trình công tác của động cơ từ đó xác định được điều kiện biên của mô hình tính toán và đưa mô hình vào tính toán trường nhiệt độ của ống lót xy lanh động cơ IAMZ-236 bằng phần mềm ANSYS. Kết quả thu được cho ta phân bố trường nhiệt độ của chi tiết bằng hình ảnh trực quan và bảng nhiệt độ tại các nút phân bố đều trên chi tiết.

Hạn chế của đồ án là chỉ tính toán khảo sát được ở một chế độ làm việc của động cơ, mô hình tính toán còn bỏ qua các kết cấu phức tạp so với kết cấu thực của chi tiết, các giả thiết phục vụ cho tính toán điều kiện biên của bài toán chưa hoàn toàn sát với điều kiện thực tế.

Việc thực hiện nội dung đồ án đã giúp tôi hiểu sâu hơn về kiến thức chuyên nghành, bước đầu sử dụng các phần mềm mô phỏng và tính toán phục vụ cho học tập và công tác sau này.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. …………….. cùng các thầy trong bộ môn Động cơ, các đồng chí ở phòng kỹ thuật của nhà máy Z157 đã cung cấp cho tôi các tài liệu cần thiết, cảm ơn các đồng chí học viên trong lớp đã có những ý kiến bổ ích giúp tôi hoàn thành tốt đồ án của mình.

Trong quá trình thực hiện đồ án với sự nỗ lực, cố gắng của bản thân cùng với sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy tôi đã hoàn thành đúng tiến độ. Tuy vậy, do đây là đề tài mang tính tổng hợp của nhiều lĩnh vực chuyên nghành, quá trình thực hiện cần sử dụng nhiều số liệu tính toán không có sẵn trong tài liệu. Mặt khác, do trình độ, kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên nội dung của đồ án chắc chắn không tránh khỏi các khuyết điểm. Vì vậy, tôi rất mong được sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy trong bộ môn, các đồng chí và các bạn để nội dung đồ án tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng, Lý thuyết phần tử hữu hạn (tập I,II), NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội 2001.

2. Lê Công Cát, Kỹ thuật nhiệt, Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 2003.

3. Lại Văn Định, Vy Hữu Thành, Kết cấu tính toán động cơ đốt trong (phần I, II), Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 2003.

4. Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Trọng Giảng, ANSYS và Mô phỏng số trong công nghiệp bằng phần tử hữu hạn, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2003.

5. Hà Quang minh, Lý thuyết động cơ đốt trong, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội 2002.

6. Hà Quang Minh, Vũ Anh Tuấn, Trang bị xe Quân sự (phần II), Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 1998.

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"