Nghiên cứu mô phỏng động cơ khi sử dụng nhiên liệu pha phụ gia vi nhũ thế hệ mới

Nghiên cứu ứng dựng phần mềm AVLBoost mô phỏng động cơ diesel D4BB sử dụng nhiên liệu diesel và diesel pha phụ gia. Nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của phụ gia vi nhũ thế hệ mới tới các thông số của quá trình cháy cũng như tính năng kỹ thuật và phát thải động cơ diesel.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI Nguyễn Hữu Tuấn Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi, email: nhtuan@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Bảng Thơng số kỹ thuật động diesel D4BB Ơ nhiễm môi trường từ phương tiện giao thông vấn đề mà nhà khoa học đã, tìm giải pháp để khắc phục thu kết tích cực Hiện có ba hướng nghiên cứu để giải vấn đề gồm hướng liên quan đến kết cấu động cơ, xử lý khí thải nhiên liệu Hai hướng kèm với giá thành cao thường phù hợp với thiết kế động mới, khó can thiệp vào động vận hành Hướng nghiên cứu liên quan đến nhiên liệu gồm sử dụng loại nhiên liệu thay cồn ethanol, biodiesel, khí sinh học, CNG, DME sử dụng phụ gia để cải thiện trình cháy nhiên liệu truyền thống Việc sản xuất nhiên liệu thay thường yêu cầu công nghệ cao, quy mô lớn để đáp ứng nhu cầu sử dụng dẫn tới chi phí đầu tư giá thành nhiên liệu cao Trong đó, phụ gia nhiên liệu phối trộn với tỷ lệ nhỏ nhiên liệu, quy mô sản xuất khơng cần lớn sử dụng động truyền thống mà không cần phải thay đổi kết cấu điều chỉnh thông số làm việc động Model động D4BB Dung tích xi lanh (cm ) 2.607 Đường kính x hành trình (mm) 91,1  100 Cơng suất lớn (Kw - vịng/phút) 59 - 4.000 Mơ-men lớn (N.m - vịng/phút) 170 - 2.200 Nghiên cứu mơ sử dụng phương trình nhiệt động học thứ để tính tốn q trình cháy động đốt Định luật nhiệt động học thứ thể mối quan hệ biến thiên nội (hay enthalpy) với biến thiên nhiệt công: d (mc u ) dV dQF   pc  d d d (1) dQw dmBB   hBB d d Quá trình truyền nhiệt từ buồng cháy qua thành buồng cháy nắp xy lanh, piston lót xy lanh tính dựa vào phương trình truyền nhiệt thể phương trình (2): Qwi  Ai  w (Tc  Twi ) (2) Mơ hình Woschni 1978 phù hợp cho động diesel sử dụng để tính tốn hệ số truyền nhiệt Mơ hình cháy sử dụng nghiên cứu mơ hình AVL MCC Tốc độ tỏa nhiệt hàm số lượng nhiên liệu (f1) lượng động học rối (f2), thể phương trình (3): dQ  CComb f1 ( M F , Q) f ( k ,V ) (3) d PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ứng dựng phần mềm AVLBoost mô động diesel D4BB sử dụng nhiên liệu diesel diesel pha phụ gia Nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng phụ gia vi nhũ hệ tới thông số q trình cháy tính kỹ thuật phát thải động diesel Đối tượng nghiên cứu động Hyundai D4BB với thông số trình bày bảng 33 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 CO sản phẩm cháy trình cháy thiếu O2, tức CO chủ yếu sinh từ trình cháy khơng hồn tồn hydro cácbon Tốc độ phản ứng tạo thành CO tính theo cơng thức:  d CO  CO    ( R1  R2 ) 1  (4)   CO   dt e   Cơ chế hình thành NOx mô Boost dựa sở Pattas Hafner Quá trình hình thành chúng thể qua sáu phương trình phản ứng theo chế Zeldovich Phát thải soot thường dựa theo chế đề xuất Hiroyasu cộng Cơ chế gọi chế hai bước, mô tả hình thành xy hố phân tử bồ hóng hai nhiều phản ứng (Hình 2) trình bày kết so sánh áp suất xy lanh mô thử nghiệm tốc độ 2000 vịng/phút có mơmen lớn 147,1Nm Kết cho thấy sai lệch áp suất lớn mơ thử nghiệm nhiên liệu 1,3% Hình Kết kiểm chứng đường áp suất xy lanh Hình Kết kiểm chứng phát thải Hình trình bày kết so sánh phát thải mơ thử nghiệm tốc độ có mơmen lớn 2000 vòng/phút Thay đổi kết phát thải CO, NOx, Soot mô thử nghiệm 2,8%, 4,7%, 3,3% Hình Xây dựng mơ hình mơ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Dựa thông số kết cấu nguồn tài liệu liên quan, mơ hình mơ động thể Hình Kết kiểm chứng hai mơ hình cách so sánh đường áp suất xy lanh phát thải hình 2, Với nhiên liệu pha phụ gia vi nhũ hệ mới, thông số cháy hệ số nhân động học mơ hình phát thải điều chỉnh đảm bảo sai số mô thực nghiệm sai lệch từ 2% đến 5%, đảm bảo độ tin cậy mơ hình để thực nghiên cứu 3.1 Ảnh hưởng phụ gia tới tính kỹ thuật động Công suất động sử dụng nhiên liệu DO-phụ gia lớn động sử dụng nhiên liệu DO Tính tồn dải tốc độ, công suất tăng 2,7%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,6% Với lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình nhiên liệu kết điều chỉnh mô hình DO-phụ gia có hệ số cháy hiệu mơ hình DO 34 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Hình Diễn biến phát thải NOx Hình Cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu Hình thể động sử dụng nhiên liệu DO-phụ gia có phát thải NOx động dùng nhiên liệu DO Tính trung bình tồn dải tốc độ, độ giảm 10,0% Hình Diễn biến áp suất xy lanh Hình so sánh diễn biến áp suất xy lanh động sử dụng nhiên liệu DO DO-phụ gia tốc độ 2000 v/ph, có mơmen lớn 147,1Nm Kết cho thấy nhiên liệu DO-phụ gia có áp suất lớn cao nhiên liệu DO 1,1% Hình Diễn biến phát thải Soot Kết cho thấy, phát thải độ khói động dùng nhiên liệu DO-phụ gia giảm so với nhiên liệu DO Tính trung bình tồn dải tốc độ, độ giảm 4,8% 3.2 Ảnh hưởng phụ gia tới hàm lượng phát thải động KẾT LUẬN Theo kết mơ cho thấy, tính trung bình tồn dải tốc độ, cơng suất tăng tăng trung bình 2,7%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,6% Các phát thải CO, NOx độ khói giảm sử dụng nhiên liệu diesel pha phụ gia vi nhũ hệ Tính trung bình tồn dải tốc độ, độ giảm 10,7%, 10,0% 4,8% Kết mô cho thấy nhiên liệu pha phụ gia vi nhũ hệ có hiệu cải thiện tính kỹ thuật phát thải động diesel Từ kết dễ dàng nhận thấy phát thải CO động dùng nhiên liệu DOphụ gia giảm đáng kể động dùng nhiên liệu DO Tính trung bình tồn dải tốc độ, độ giảm 10,7% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AVL-BOOST (2011), Theory AVLBOOST, AVL-BOOST [2] Hyundai (2009), Automotive diesel engines catalogue, Perez Wholesale Distributor, Inc Hình Diễn biến phát thải CO 35 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 36 ... số mô thực nghiệm sai lệch từ 2% đến 5%, đảm bảo độ tin cậy mơ hình để thực nghiên cứu 3.1 Ảnh hưởng phụ gia tới tính kỹ thuật động Cơng suất động sử dụng nhiên liệu DO -phụ gia lớn động sử dụng. .. 4,8% Kết mô cho thấy nhiên liệu pha phụ gia vi nhũ hệ có hiệu cải thiện tính kỹ thuật phát thải động diesel Từ kết dễ dàng nhận thấy phát thải CO động dùng nhiên liệu DOphụ gia giảm đáng kể động. .. 978-604-82-3869-8 Hình Diễn biến phát thải NOx Hình Cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu Hình thể động sử dụng nhiên liệu DO -phụ gia có phát thải NOx động dùng nhiên liệu DO Tính trung bình tồn dải tốc độ,