III. 1.1.6.1 Tổn thất áp suất
IX.3 Lắp đặt thiết bị đo áp suất
IX.3.2. Các điểm cần lưu ý khi lắp đặt áp kế
Khi lắp đặt các áp kế để đo áp suất các chất lỏng hoặc các chất hơi có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng của không khí cần chú ý đến ảnh hưởng của cột chất lỏng phía trên điểm đo. Chúng ta biết rằng cột chất lỏng này gây nên một giá trị áp suất là p = ρgh. Vậy phải chú ý đến việc xác định sự khác nhau về chiều cao giữa điểm cần đo và vị trí lắp áp kế. Trong trường hợp không thể thay đổi được vị trí lắp áp kế cần phải chú ý tính toán giá trị trên vào kết quả đo.
Trong trường hợp lắp ráp để đo áp suất của hơi còn cần phải đặc biệt lưu tâm đến sự ngưng tụ của hơi trên áp kế vì chính nó gây ra sai số của phép đo. Khi áp suất đo tương đối lớn thì có thể bỏ qua sai số này. Song nếu áp suất đo nhỏ, ống đo lại dài, bị kéo xuống phía dưới thì ảnh hưởng này không thể bỏ qua được. Ngoài ra khi lắp phải để ống dẫn theo phương nằm ngang nhằm bảo đảm cho trong ống dẫn chỉ chứa đầy khí cần đo. Nếu đều này không bảo đảm được, nên dùng van để ngăn cách áp kế và môi trường đo. Nó cho phép thường xuyên kiểm tra sự ngưng tụ của hơi trên áp kế.
Chương 10:
ĐO NHIỆT ĐỘ X.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Nhiệt độ là một thông số biểu thị trạng thái của vật chất. Nó cho ta biết một số tính chất cơ bản của vật chất ở môi trường nhiệt độ mà vật chất đó chịu ảnh hưởng.
Nhiệt độ cho biết trạng thái nhiệt của vật thể.
Hình 10.1: Tỷ lệ nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra truyền ra ngoài theo chế độ làm việc của động cơ.
Quá trình phát triển và tối ưu hóa động cơ đốt trong luôn gắn liền với sự nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt. Trong đó đặc biệt là
quá trình truyền nhiệt giữa môi chất công tác (khí mới và khí cháy) với thành buồng cháy, vì nó ảnh hưởng quyết định tới hiệu suất, tác động đến sự tiêu hao nhiên liệu và chất lượng khí xả cũng như tỉ trọng nhiệt của các chỉ tiêu tạo ra buồng cháy, tức là tuổi thọ của động cơ. Mặt khác, sự truyền nhiệt từ môi chất đến thành buồng cháy là thông số cơ bản để phân tích và mô hình hóa quá trình cháy, là điều kiện biên trong việc tính toán tải trọng lên các chi tiết cũng như sự xuất hiện của khí xả có hại. Kết quả thực nghiệm cho thấy nhiệt lượng truyền từ khí cháy ra các chi tiết của động cơ phụ thuộc vào chế độ công tác của động cơ (phụ tải của động cơ) chiếm từ 10 – 30% nhiệt lượng của nhiên liệu tỏa ra (hình 10.1).
Mặt khác, các thông số của chu trình làm việc của động cơ thay đổi liên tục gây nên sự thay đổi nhiệt độ trong các chi tiết tạo ra buồng cháy. Sự dao động nhiệt độ này phụ thuộc vào cấu tạo động cơ, chế độ làm việc và vật liệu chế tạo với biên độ có thể đến 500C. Hình 10.2 thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của vách buồng cháy phụ thuộc vào góc quay của trục khuỷu và độ sâu của vách.
Trong động cơ đốt trong, quá trình truyền nhiệt xảy ra ở cả 3 hình thức truyền nhiệt là ĐỐI LƯU – DẪN NHIỆT và BỨC XẠ. Hình 10.3 sơ đồ hóa quá trình truyền nhiệt ở buồng cháy động cơ đốt trong.
a. Truyền nhiệt đối lưu: Quá trình truyền nhiệt đối lưu giữa môi chất công tác và vách buồng cháy cũng như vách và môi chất làm mát được giải quyết nhờ tính toán.
Đưa vào phương trình năng lượng trong tính toán chu trình làm việc của động cơ dQ/dϕ, quá trình truyền nhiệt giữa môi chất công tác và thành buồng cháy có thể xác định trên cơ sở định luật Newton:
QW = αG. A (TG – TWG)
Hình 10.2: Sự thay đổi nhiệt độ vách buồng cháy theo góc quay trục khuỷu và độ sâu vách.
Tuy vậy dòng lưu động của môi chất trong buồng cháy là DÒNG CHẢY RỐI và luôn không ổn định, thay đổi theo vị trí và thời gian với tốc độ rất cao. Quá trình này phụ thuộc vào kết cấu động cơ cũng như chế độ làm việc. Vì vậy dòng nhiệt di chuyển từ khí cháy đến vách buồng cháy là không ổn định, phụ thuộc vào từng vị trí và thời gian. Quá trình truyền nhiệt ở đây xảy ra ở dạng đối lưu cưỡng bức và được chia ra làm 2 lớp là TRAO – ĐỔI – VẬT – CHẤT ở lớp chảy rối và DẪN – NHIỆT ở lớp chảy tầng.
Hình 10.3: Quá trình truyền nhiệt trong buồng cháy động cơ.
Chính sự phức tạp này của quá trình truyền nhiệt đã gây rất nhiều khó khăn phức tạp trong việc xác định hệ số truyền nhiệt đối lưu từ khí cháy sang vách buồng cháy αG ở phương trình định luật Newton. Nhưng theo nghiên cứu cơ bản về truyền nhiệt ở động cơ đốt trong được Nusselt thực hiện lần đầu tiên vào năm 1923 cho thấy sự phụ thuộc của hệ số truyền nhiệt αG phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ cũng như tốc độ trung bình của piston. Dựa vào kết quả nghiên cứu của Nusselt và dựa vào những phương trình được xác lập trên cơ sở của lí thuyết đồng dạng của Woschno, Hokenberg và Bargeude để xác định hệ số truyền nhiệt αG.
Trong đó các hệ số và số mũ được xác định nhờ sử dụng các kỹ thuật đo hiện đại ở băng thử động cơ.
Quá trình truyền nhiệt đối lưu giữa vách buồng cháy và môi chất làm mát có thể xác định nhờ tính toán. Do quá trình này ổn định hơn nên việc tính toán cũng đơn giản:
QW = αK A (TW0 – TK)
b. Truyền nhiệt nhờ dẫn nhiệt trong vách buồng cháy:
Quá trình truyền nhiệt trong vách buồng cháy xảy ra nhờ dẫn nhiệt của vật liệu làm buồng cháy mà trong đó nhiệt độ giảm dần cho đến môi chất làm mát
W0 WK
W .A.( )
Q T T
s
= λ −
c. Bức xạ nhiệt:
Truyền nhiệt qua bức xạ trong buồng cháy động cơ đóng vai trò thứ yếu (rất nhỏ), đặc biệt trong động cơ xăng. Ở động cơ diesel, do có bức xạ của bụi nhỏ tạo ra bởi quá trình cháy không hoàn toàn nhưng nó cũng không đáng kể.
Nhiệt độ có thể đo được là nhờ có hiện tượng trao đổi nhiệt (truyền nhiệt, bức xạ nhiệt, …) giữa các vật thể có trạng thái nhiệt khác nhau và dựa vào sự thay đổi tính chất vật lí của các vật thể khi bị nung nóng hoặc làm lạnh, tức là khi nhiệt độ thay đổi.