Nghiên cứu cải tiến đường nạp động cơ diesel một xilanh 16,5 hp sử dụng trong nông lâm ngư nghiệp

Nghiên cứu cải tiến đường nạp động cơ diesel một xilanh 16,5 hp sử dụng trong nông lâm ngư nghiệp Nghiên cứu cải tiến đường nạp động cơ diesel một xilanh 16,5 hp sử dụng trong nông lâm ngư nghiệp Nghiên cứu cải tiến đường nạp động cơ diesel một xilanh 16,5 hp sử dụng trong nông lâm ngư nghiệp

MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Các kết công bố vi Mục lục viii Danh sách ký hiệu khoa học/chữ viết tắt xiv Danh sách hình xviii Danh sách bảng xxiii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các nghiên cứu liên quan 1.2.1 Các nghiên cứu nước 1.2.2 Các nghiên cứu nước 11 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 40 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 40 1.5 Phương pháp nghiên cứu 41 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 42 1.7 Các nội dung chínhtrong đề tài 43 1.8 Kết luận 43 1.9 Lưu đồ thể vấn đề nghiên cứu luận án 45 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CẢI TIẾN CỤM HỌNG NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 47 2.1 Cơ sở lý thuyết động đốt 47 2.1.1 Cơng suất có ích động 47 2.1.2 Quá trình nạp hiệu suất nạp 48 viii 2.1.3 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến hiệu suất nạp đặc tính dịng khơng khí nạp động Diesel 2.1.3.1 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến hiệu suất nạp 51 51 2.1.3.2 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến tính chất dịng khơng khí nạp 55 2.1.4 Tính tốn q trình nạp động VIKYNO RV165-2 58 2.2 Cơ sở lý thuyết động lực học lưu chất tính tốn mơ Ansys – Fluent 58 2.2.1 Các phương trình bảo tồn 58 2.2.1.1 Phương trình bảo tồn khối lượng 58 2.2.1.2 Phương trình bảo tồn động lượng 60 2.2.1.3 Phương trình bảo tồn lượng 61 2.2.1.4 Phương trình Navier-Stokes 62 2.2.2 Mơ hình Cold Flow Analysis module IC Engine Ansys 64 2.2.3 Mơ hình dịng chảy rối 65 2.3 Cơ sở lý thuyết mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) 66 2.3.1 Nút 66 2.3.2 Lớp 67 2.3.3 Trọng số 67 2.3.4 Hàm kích hoạt 67 2.3.5 Quá trình lan truyền thẳng mạng nơ-ron 68 2.3.6 Quá trình lan truyền ngược mạng nơ-ron 69 2.4 Giải thuật tiến hóa vi phân 69 2.4.1 Q trình khởi tạo 70 2.4.2 Quá trình đột biến 70 2.4.3 Quá trình lai tạo 71 ix 2.4.4 Quá trình chọn lọc 71 2.4.5 Điều kiện dừng giải thuật DE 71 2.5 Kết luận 72 Chương 3: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN CỤM HỌNG NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 73 3.1 Đo đạc, đánh giá tính hoạt động động VIKYNO RV165-2 hữu 73 3.1.1 Thực nghiệm đánh giá 73 3.1.1.1 Sơ đồ thực nghiệm 73 3.1.1.2 Giới thiệu sơ lược thiết bị dùng trình thực nghiệm 74 3.1.1.3 Nguyên lý đo quy trình thực trình thực nghiệm 77 3.2 Cải tiến họng nạp bên nắp xylanh (Cổ nối lọc gió) 78 3.2.1 Sơ đồ thực nghiệm nguyên lý vận hành 81 3.2.2 Các thiết bị thí nghiệm công ty SVEAM 82 3.2.3 Phương pháp đo xử lý số liệu 83 3.2.3.1 Phương pháp đo 83 3.2.3.2 Phương pháp xử lý số liệu 84 3.3 Cải tiến biên dạng họng nạp bên nắp xylanh 3.3.1 Tham số hóa cụm họng nạp động VIKYNO RV165-2 3.3.1.1 Xác định tham số 85 85 85 3.3.1.2 So sánh mơ hình 3D cụm họng nạp dựng phương pháp hữu phương pháp tham số 91 3.3.2 Xây dựng - thực quy trình tự động tính tốn mơ kì nạp nén động VIKYNO RV165-2 thực nghiệm đối chứng 95 3.3.2.1 Xây dựng - thực quy trình tự động tính tốn mơ kì nạp nén động VIKYNO RV165-2 x 95 3.3.2.2 Thực nghiệm đối chứng kết mơ Ansys–Fluent 103 3.3.3 Tối ưu hóa cụm họng nạp động VIKYNO RV165-2 phương pháp mạng nơ-ron nhân tạo phương pháp tối ưu tiến hóa vi phân 111 3.3.3.1 Quá trình thực 111 3.3.3.2 Kết xấp xi mạng nơ-ron nhân tạo 113 3.3.4 Xây dựng mối quan hệ hệ số nạp hệ số xoáy 120 3.4 Kết luận 124 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 126 4.1 Kết đo đánh giá tính hoạt động động VIKYNO RV165-2 hữu 126 4.2 Kết cải tiến họng nạp bên ngồi nắp xylanh (cổ nối lọc gió) 127 4.2.1 Đặc tính làm việc động 127 4.2.1.1 Công suất 127 4.2.1.2 Moment 127 4.2.1.3 Suất tiêu hao nhiên liệu công suất định mức 128 4.2.2 Hệ số nạp 129 4.2.3 Nhận xét kết cải tiến hình dạng họng nạp bên ngồi nắp xylanh 129 4.3 Kết cải tiến toàn họng nạp động VIKYNO RV165-2 130 4.3.1 Kết mô phần mềm ANSYS-FLUENT 131 4.3.1.1 Kết so sánh hệ số nạp 131 4.3.1.2 Kết so sánh hệ số xoáy 134 4.3.1.3 Kết so sánh trường vận tốc, áp suất nhiệt độ 135 4.3.2 Kết thực nghiệm 145 4.3.2.1 Kết thực nghiệm đo thông số vận hành động VIKYNO RV165-2 sau cải tiến xi 145 4.3.2.2 So sánh kết thực nghiệm động hữu động VIKYNO RV165-2 sau cải tiến 146 4.3.2.3 Nhận xét kết thực nghiệm động VIKYNO RV165-2 sau cải tiến tồn hình dạng họng (bên lẫn bên nắp xylanh) 148 4.4 Kết luận 149 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 150 5.1 Kết đạt luận án 150 5.2 Đóng góp luận án 150 5.3 Hướng phát triển luận án 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO 152 PHỤ LỤC 1: TÍNH TỐN LÝ THUYẾT Q TRÌNH NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 157 PHỤ LỤC 2: GIẤY CHỨNG NHẬN HIỆU CHUẨN CÁC THIẾT BỊ ĐO CỦA CÔNG TY SVEAM 162 PHỤ LỤC 3: BẢNG KẾT QUẢ CẢI TIẾN HỌNG NẠP BÊN NGOÀI NẮP 170 PHỤ LỤC 4: SỬ DỤNG CODE JAVA SCRIPT CHO ANSYS-FLUENT 173 PHỤ LỤC 5: CODE TÍNH TỐN Q TRÌNH NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 174 PHỤ LỤC 6: SỬ DỤNG CODE C# CHO ANSYS-FLUENT 189 PHỤ LỤC 7: SỬ DỤNG UDFS FILE CHO ANSYS-FLUENT 190 PHỤ LỤC 8: SỬ DỤNG CODE TEXT USER INTERFACE (TUI) CHO ANSYS-FLUENT 192 PHỤ LỤC 9: SỬ DỤNG CODE JAVA SCRIPT CHO ANSYS-FLUENT 206 xii PHỤ LỤC 10: CODE SỬ DỤNG MATLAB 208 PHỤ LỤC 11: QUÁ TRÌNH CÀI ĐẶT VÀ CHẠY MÔ PHỎNG TRONG INTERNAL COMBUSION ENGINE CỦA ANSYS 233 PHỤ LỤC 12: GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ ĐO KIỂM ĐỘNG VIKYNO RV165-2 SAU KHI CẢI TIẾN HỌNG NẠP CỦA TRUNG TÂM KỸ THUẬT TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG 261 PHỤ LỤC 13: CODE MATLAB MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO (ANN) VÀ TIẾN HÓA VI PHÂN (DE) xiii 267 DANH SÁCH KÝ HIỆU KHOA HỌC/CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu khoa học S p : vận tốc di chuyển trung bình piston (m/s) Ap : diện tích đỉnh piston ( m )  k : hệ số lưu lượng Rpm: Vòng/phút hay v/p Hp: Horse power (Mã lực) SI: Động đánh lửa cưỡng T: Chiều cao họng nạp (mm) R: Chiều rộng góc xoắn (mm) VKN: VIKYNO KH&CN: Khoa Học Công Nghệ Max: Maximum (lớn nhất) Min: Minimum (nhỏ nhất) 𝜓: Vị trí góc bắt đầu tạo xốy DOHC: Double Overhead Cam CAD: Computer Aided Design CAM: Computer Aided Manufacturing CAE: Computer Aided Engineering LES: Lotus Engine Sinulation Ne : công suất truyền đến máy công tác dẫn động máy công tác hoạt động (kW) xiv Ni : công suất thị (kW) Nm : Công suất giới (kW) Vh : thể tích cơng tác ( m ) QH : nhiệt trị thấp nhiên liệu (kJ/kG) F : tỷ lệ nhiên liệu khơng khí  a : mật độ dịng khơng khí nạp điều kiện áp suất nhiệt độ cuối kì nạp (kG/ m ) c : hiệu suất cháy nhiên liệu (%)  m : hiệu suất giới (%) i : số xylanh n : tốc độ động (vòng/phút)  : tỷ số nén/độ phân tán động rối  : số kỳ động MCCT: Môi Chất Cơng Tác 𝜑1: góc chuẩn bị nạp 𝜑2 : góc nạp thêm 1 : hệ số nạp thêm pa : áp suất xylanh vào cuối kì nạp – đầu kì nén (MPa) p0 : áp suất khí (MPa) v : hiệu suất nạp (%) pk : áp suất trước xúpap nạp (MPa) Tk : nhiệt độ trước xúpap nạp (K) M1: khối lượng khí nạp thực tế chu trình (kG/chu trình) xv Mh : khối lượng khí nạp lý thuyết chu trình (kG/chu trình)  : khối lượng riêng khơng khí điều kiện bình thường (kG/ m )  k : khối lượng riêng không khí đường nạp (kG/ m )  r : hệ số khí sót T : nhiệt độ sấy nóng khí nạp (K) pr : áp suất khí xót (MPa) Tr : nhiệt độ khí sót (K) pa : tổn thất áp suất trình nạp (MPa) β : hệ số xét ảnh hưởng giảm tốc dòng khí nạp  kn : hệ số (tổn thất) cản họng nạp quy dẫn tốc độ khí nạp hd : tổn thất lượng dọc đường ống (m) Sr : hệ số xoáy dọc Tratio: hệ số xoáy ngang Vtt : vận tốc dịng khơng khí thực tế vào xylanh (m/s) D: đường kính xylanh (m) k : lượng rối 𝑢𝑖 : vận tốc theo phương (m/s) 𝜇𝑡 : độ nhớt (Pa.s) 𝐸𝑖𝑗 : biến dạng trung bình phần tử lưu chất V alt : thể tích nạp lý thuyết ( m /s ) ma : khối lượng khơng khí nạp thực tế (kG/s) xvi Các chữ viết tắt TUI : Text User Interface (Giao diện người dùng) SVEAM : Southern Vietnam Engine Agricultural Mechinery (Công ty TNHH-MTV Động Cơ Và Máy Nông Nghiệp Miền Nam (VIKYNO & VINAPPRO) VEAM : Vietnam Engine Agricultural Mechinery (Tổng Công Ty Máy Động Lực Và Máy Nông Nghiệp Việt Nam) ĐCT : Điểm Chết Trên ĐCD : Điểm Chết Dưới ICE : Internal Combusion Engine (Động đốt trong) GQTK : Góc quay trục khuỷu KUBOTA : nhà sản xuất máy kéo thiết bị nặng có trụ sở Osaka, Nhật Bản Công ty thành lập năm 1890 IVO : Điểm mở van nạp IVC : Điểm đóng van nạp EVO : Điểm mở van xả EVC : Điểm đóng van xả CFD : Computational Fluid Dynamics (Tính tốn động lực học) ANN : Artificial Neural Network (Mạng nơ-ron nhân tạo) DE : Differential Evolution (Giải thuật tiến hóa vi phân) MSE : Mean square error MAPE : Mean Absolute Percentage Error xvii Hình 41 Timestep Scaled Residuals with 100 Iterations Hình 36 cho thấy phân tách hình học việc chia lưới phù hợp để giải hội tụ Với 1000 vịng lặp mơ hình cho kết hội tụ chặt chẽ với giá trị sai số bé 10-6 Cụ thể giá trị sai số vòng lặp 1000 gồm continuity, x-velocity, y velocity, z velocity, energy, k, epsilon theo thứ tự hình 41 (số 1000 số vịng lặp) Hình 42 Giá trị sai số vịng lặp 1000 Tuy nhiên mơ hình q nhiều bước giải nên số vòng lặp lớn bước giải làm tiến trình giải tốn thời gian Do sai số khoảng 10-5 chấp nhận mô xem hội tụ tốt Quá trình giải với mức độ hội tụ diễn khoảng 170 máy tính cơng ty (CPU: 2.91 GHz/12 cores/24 Mb cache) 259 Hình 43 Scaled Residual (at CA 360.020) 260 Phụ lục 12 GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ ĐO KIỂM ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 SAU KHI CẢI TIẾN CỤM HỌNG NẠP CỦA TRUNG TÂM KỸ THUẬT TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG 261 262 263 264 265 Hình Giấy chứng nhận kết thực nghiệm động VIKYNO RV165-2 sau cải tiến cọm họng / xúpap nạp bên lẫn bên nắp xilanh tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng TRUNG TÂM KỸ THUẬT VÀ ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG 266 Phụ lục 13 CODE MATLAB MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO (ANN) VÀ TIẾN HÓA VI PHÂN (DE) Code để đọc liệu huấn luyện mạng nơ-ron nhân tạo Sau huấn luyện xong, mạng nơ-ron lưu lại với tên dạng “model…mat” %%%lop an la clc clear all; close all; dataa=xlsread('data100.xlsx','a1:f100'); inputs = dataa(:,1:end-1)'; targets =dataa(:,end)'; performance = 9999; i=0; while performance>.4 && i