(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston

(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Xây dựng mô hình và đánh giá đặc tính quá trình nạp của động cơ free piston

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH QUÁ TRÌNH NẠP CỦA ĐỘNG CƠ FREE PISTON SVTH : LÊ QUỐC TÙNG MSSV: 17145384 SVTH : TÔ CHƯƠNG QUANG MSSV: 17145345 GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 LỜI CẢM ƠN “Không thầy đố mày làm nên”, câu tục ngữ ông cha truyền qua bao hệ cháu để nhắc nhở rằng, khơng trưởng thành, tiến bộ, thành cơng mà khơng có người dạy bảo, soi đường dẫn lối Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến người thầy, người cô khoa: Cơ Khí Động Lực – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh dẫn dắt, tận tình dạy bảo chúng em năm vừa qua Các thầy cô truyền cho chúng em nhiệt huyết, đam mê với ngành ô tô, truyền đạt tri thức, tảng cho bước phát triển nghiệp chúng em Bên cạnh đó, cịn niềm vui, học cách làm người trình học tập chúng em Cảm ơn thầy cô cho chúng em khoảng thời gian tuyệt vời học tập khoa Cơ Khí Động Lực Và em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Văn Trạng, giảng viên hướng dẫn nhóm chúng em thực đồ án tốt nghiệp Thầy người trực tiếp hướng dẫn, lựa chọn đưa đề tài cho chúng em, cung cấp tài liệu kiểm tra, theo dõi tiến độ thực nhóm Nhờ giúp đỡ thầy, chúng em giải khó khăn trình thực cách dễ dàng nhanh chóng, để theo kịp với tiến độ báo cáo đồ án Ngồi ra, thầy cịn truyền đạt lại kiến thức bổ ích khác q trình thực báo cáo đồ án tốt nghiệp Tuy trình thực đồ án diễn trình dịch bệnh covid diễn biến phức tạp, thầy không đặt nặng áp lực lên nhóm, nhóm cố gắng tự giác có trách nhiệm với đồ án mà nhóm thực Với tất lịng kính trọng, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy hướng dẫn chúng em Cảm ơn thầy! Em xin gửi lời cảm ơn đến bậc phụ huynh toàn lực hỗ trợ chúng em suốt bốn năm vừa qua Những người kề cạnh động viên chúng em trình học tập Cuối lời, em xin lần cảm ơn đến toàn thể cán giảng viên, nhân viên Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật tạo điều kiện tốt cho chúng em học tập phát triển thân Em xin cảm ơn! Em xin chúc cho khóa luận tốt nghiệp 2021 khoa Cơ Khí Động Lực diễn thành cơng tốt đẹp TĨM TẮT Luận văn trình bày nghiên cứu q trình mơ đánh giá q trình nạp động free piston cỡ nhỏ Nghiên cứu bao gồm q trình thiết kế lịng xi lanh piston động phần mềm CATIA V5R20 tiến hành mơ q trình nạp, đặc tính dịng chảy mơi chất (nhiên liệu khí) phần mềm ANSYS WORKBENCH đường ống nạp dựa nguyên mẫu động FPLE ( Free Piston Linear Engine) kì, xi lanh, sử dụng xăng công suất nhỏ Nhằm mục đích lập bảng thơng số để khảo sát, từ ta đánh giá phát triển hệ thống nạp, hoàn thiện nghiên cứu gần động FPLE Từ đưa hướng thiết kế đường ống nạp phù hợp, đạt hiệu tốt lúc vận hành thực nghiệm Điều giúp cho trình nghiên cứu đánh giá động FPLE thuận tiện tiết kiệm chi phí thời gian so với việc thử nghiệm mơ hình Định hướng phát triển đề tài nghiên cứu phát triển động đốt free piston sử dụng nhiên liệu khí sinh học (biogas) nguồn nhiên liệu sạch, nguồn nhiên liệu tiềm năng, phù hợp với nguồn tài nguyên lớn từ nông nghiệp, chăn nuôi Việt Nam ( chất thải chăn ni gia súc) Góp phần tận dụng nguồn tài nguyên tái chế từ chất thải sinh học, khai thác nhiên liệu giảm thiểu sử dụng xăng, dầu diesel, bảo vệ môi trường mục tiêu mà nghiên cứu hướng tới Nguyên mẫu động FPLE động kì, cơng suất nhỏ, sử dụng nhiên liệu xăng hai nhóm nghiên cứu phịng thí nghiệm Trọng điểm ĐHQG – HCM Trường ĐH Bách khoa Khoa Cơ khí Động lực, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM hợp tác thực Đây kiểu Free Piston ( Piston tự – không trục khuỷu) tác nhà khoa học giới chứng minh tiềm kết cầu nhỏ gọn, dễ sữa chứa, sử dụng đa nhiên liệu, thay đổi tỉ số nén, giảm tiêu hao nhiên liệu ô nhiễm môi trường Đường ống nạp thiết kế theo thơng số kích thước họng nạp nguyên mẫu, điều kiện biên áp suất, nhiệt độ sử dụng thông số báo cáo khoa học chứng minh công bố nguyên mẫu chưa đưa vào hoạt động Dựa nguyên lí động free piston, nhóm nghiên cứu thấy động đánh lửa cưỡng hỗn hợp nhiên liệu hình thành từ bên ngồi Do đó, độ hịa trộn hỗn hợp khơng khí định phần lớn đến hiệu suất, công suất động song song với hàm lượng khí thải Độ hịa trộn hỗn hợp nhiên liệu bị ảnh hưởng yếu tố như: tính chất vật lí (tính hóa hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ bề mặt mà hỗn hợp nhiên liệu tiếp xúc (đường ống nạp, đỉnh piston, thành xilanh), chuyển động rối khí hỗn hợp đường ống xilanh kì nạp Ở luận văn này, nhóm trình bày mơ hình dịng chảy rối mơ hình chuyển hóa mô chất Species Transport phầm mềm ANSYS Fluent từ tính tốn q trình vận động hịa trộn dịng khí – nhiên liệu đường ống nạp động FPLE Đưa đánh giá thiết kế đường ống nạp cho động đạt hiệu suất tốt nhất, đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu thải MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU KHOA HỌC DANH MỤC CÁC HÌNH 10 DANH MỤC CÁC BẢNG 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 13 1.1 Lý chọn đề tài 13 1.2 Các nghiên cứu giới 14 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 19 1.4 Giới hạn nghiên cứu .19 1.5 Đối tượng nghiên cứu 19 1.6 Phương pháp nghiên cứu 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22 2.1 Động piston tự hai kì (FPLE) .22 2.1.1 Phân loại cấu tạo động piston tự hai kì 22 2.1.1.1 Piston đơn (Single-piston FPE) .22 2.1.1.2 Piston kép (Dual-piston FPE) .23 2.1.1.3 Piston đối đỉnh (Opposed-piston FPE) 24 2.1.2 Nguyên lí làm việc động piston tự hai kì 25 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm động piston tự hai kì 26 2.1.3.1 Ưu điểm 26 2.1.3.2 Nhược điểm 27 2.2 Cơ sở lý thuyết động đốt 27 2.2.1 Công suất động 27 2.2.1.1 Công suất thị (Ni) 27 2.2.1.2 Công suất tổn thất giới trung bình (Nm) 28 2.2.1.3 Cơng suất có ích (Ne) 28 2.2.2 Quá trình nạp hiệu suất nạp động 29 2.2.2.1 Quá trình nạp động 29 2.2.2.2 Quá trình nạp động Free Piston hai kì .30 2.2.2.3 Hiệu suất nạp 30 2.2.2.4 Phương trình tổng quát xác định hiệu suất nạp .31 2.2.3 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến hiệu suất nạp 32 2.2.3.1 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến áp suất nạp 32 2.2.3.2 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến dịng khí nạp .33 a Hệ số xoáy dọc 33 b Hệ số xoáy ngang .34 2.2.3.3 Ảnh hưởng biên dạng họng nạp đến tốc độ áp suất dịng khí nạp .35 2.3 Khái qt mơ hình chảy rối xoáy lốc hệ thống nạp 36 2.3.1 Dòng chảy rối 36 2.3.2 Lý thuyết dòng chảy rối K-epsilon 36 2.3.3 Phương trình chảy rối K-epsilon .37 2.3.3.1 Mơ hình K-Epsilon (k-ε) .37 2.3.3.2 Mô hình Species Transport ( Dịng đa cấu tử) 38 2.3.4 Hỗn hợp hịa khí 38 2.4 Thông số chuyển đổi từ động đốt hai kì sang động FPLE dải tốc độ (vòng/phút) sang (rad/s) .39 2.5 Phương trình liên tục dịng khí 40 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HĨA ĐỘNG CƠ FREE PISTON .41 3.1 Mơ hình hóa hệ thống nạp động FPLE 41 3.1.1 Ứng dụng phương pháp CFD mô hình hóa hệ thống nạp động FPLE .41 3.1.2 Thiết kế mơ hình 3D phần mềm CATIA V5R20: 43 3.1.2.1 Lòng xi-lanh 43 3.1.2.2 Vị trí họng nạp 44 3.1.2.3 Hình dạng họng nạp 45 3.2 Phần mềm ANSYS WORKBENCH ( Ansys Fluent) 48 3.3 Điều kiện biên 50 3.4 Thiết lập mô ANSYS WORKBENCH module fluid flow ( Fluent) 51 CHƯƠNG 4: THÔNG SỐ KẾT QUẢ VÀ SO SÁNH 61 4.1 Ứng xử dịng hịa khí động FPLE hai kì cổng nạp, cổng xả đánh lửa thông thường 61 4.1.1 Mô hình mặt cắt ứng xử theo vận tốc cửa nạp cửa thải động FPLE trường hợp góc α với vị trí piston khác 61 4.1.1.1 Sự thay đổi vận tốc (Velocity) mặt cắt cửa nạp theo góc α với vị trí piston khác 61 4.1.1.2 Sự thay đổi vận tốc (Velocity) mặt cắt cửa thải theo góc nạp khác 63 4.1.2 Mơ hình mặt cắt ứng xử theo áp suất cửa nạp cửa thải động FPLE trường hợp góc α với vị trí piston khác 66 4.1.2.1 Sự thay đổi áp suất (Pressure) mặt cắt cửa nạp theo góc nạp khác 66 4.1.2.2 Sự thay đổi áp suất (Pressure) mặt cắt cửa thải theo góc nạp khác 68 4.1.3 Mơ hình mặt cắt ứng xử theo độ nhớt Eddy (Eddy Viscosity ) động FPLE trường hợp góc nạp α với vị trí piston khác 70 4.1.4 Mơ hình mặt cắt ứng xử theo thay đổi động rối (Turbulence Kinetic Energy ) động FPLE trường hợp góc nạp α với vị trí piston khác .72 4.1.5 Mơ hình Streamline vận tốc dịng khí ứng xử theo thay đổi trường hợp góc nạp α với vị trí piston khác động FPLE 73_ 4.1.6 Kết tổng hợp hình ảnh mơ hình ứng xử dịng khí động FPLE thay đổi theo trường hợp góc nạp α vị trí Piston khác 75 4.2 Tính tốn so sánh thông số hiệu suất nạp 77 4.2.1 Các bước tính tốn 77 4.2.2 Bảng tính so sánh: 79 CHƯƠNG 5: 80 5.1.Kết quả: 80 5.2 Hướng phát triển: 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 83 DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU KHOA HỌC Từ viết tắt CATIA: Computer Aided Three Dimensional Interactive Appilication – Ứng dụng tương tác ba chiều máy tính hỗ trợ CFD: Computation Fluid Dynamics – Tính tốn động lực học chất lỏng CHIRON: động piston không thủy lực phát triển công ty NOAX Innas Hà Lan DCD, DCT: Điểm chết dưới, điểm chết FPE : Free Piston Engine – Động piston tự FPLE: Free Piston Linear Engine – Động piston tự tuyến tính FPLEG: Free Piston Engine Linear Generator – Động máy phát điện piston tự HCCI: Homogenerous charge compression Ignition – Sự tự cháy nén Kí hiệu khoa học ꞷ – tần số góc (rad/s) ⃗𝐽𝑖 – Thơng lượng khuếch tán 𝐸𝑖𝑗 – Biến dạng trung bình phần tử lưu chất 𝑅𝑖 – Tỉ lệ chất i sản phẩm sinh phản ứng hóa học 𝑢𝑖 , 𝑢𝑗 – Biểu thị thành phần vận tốc theo hướng tương ứng 𝜇𝑡 – Độ nhớt rối ∆T – Nhiệt độ sấy nóng khí nạp (oC) ∆T = ∆Tt – ∆Tbh ∆Tbh: Nhiệt độ giảm bay nhiên liệu ∆Tt: Nhiệt độ tăng truyền nhiệt An – tiết diện lưu thông cổ nạp động kỳ (m2) Ap – tiết diện đỉnh piston (m2) Cm – vận tốc trung bình piston (m/s) f – Tần số (Hz) F – Tỉ lệ hịa khí, F= 𝑚𝑓 𝑚𝑎 ( thường 1/14.91) Gk – Lượng khí nạp thực tế xi-lanh (kg/chu trình) i – Số xi-lanh động Li – Công thị Ml – Lượng khí nạp thực tế xi-lanh (kmol/chu trình) n – Số vịng quay động chuyển đổi sang tần số dao động (Hz) Ne – Cơng suất có ích Ni – Cơng suất thị Nm – Công suất tổn thất giới Pa – Áp suất khí cuối q trình nạp (Pa) Pi – Áp suất thị (Mpa) Pk – Áp suất khí nạp (Pa) Po – Áp suất khí trời (Pa) QH – Nhiệt trị thấp nhiên liệu (kJ/kg nhiên liệu) R – Bán kính xi-lanh(mm) S – Hành trình piston (mm) S1, S2 – Tiết diện mặt cắt đường ống (m2) Sratio – Hệ số xốy dọc T – Chu kì (s) Ta – Nhiệt độ khí cuối q trình nạp (K) Tk – Nhiệt độ khí nạp (K) Tr – Nhiệt độ khí sót (K) Tratio – Hệ số xốy ngang V1, V2 – Vận tốc dịng mơi mắt cắt đường ống (m/s) Vh – Dung tích cơng tác xi-lanh (mm) Vk – Thể tích khí nạp (m3) α – Góc tạo hai đường tâm họng nạp họng xả γr – Hệ số khí sót ε – Tỷ số nén động λl – Hệ số nạp thêm λt – Sai số tỉ nhiệt τ – Số kì động (Động piston tự hai kì: 2) ψ – Hệ số tổn thất hành trình 𝜂’v – Hệ số nạp động hai kì 𝜂c – Hiệu suất cháy 𝜂m – Hiệu suất giới 𝜂v – Hệ số nạp 𝜂v – Hiệu suất nạp 𝜌a – Mật độ khơng khí nạp (kg/m3) BIỂU ĐỒ ĐỘ NHỚT EDDY 90 115 120 125 0.0006 0.0005 PA.S 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 Họng nạp mở 1/2 90 115 120 125 0.000489299 0.000463715 0.000445568 0.000458681 Họng nạp mở hoàn toàn (ĐCD) 0.000419024 0.000302447 0.000312532 0.000321367 VỊ TRÍ PISTON Hình Biểu đồ thể giá trị độ nhớt Eddy Viscosity theo trường hợp góc α Độ nhớt (Eddy Viscosity) [19] đại lượng mô tả cho chuyển động hỗn loạn lương mà dịng xốy làm phát sinh ứng suất tiếp ma sát chất lỏng bên Do để có kết tốt đại lượng Eddy Viscosity phải thấp đồng nhằm giảm ma sát, từ cải thiện tốc độ cho dịng khí nạp Theo trực quan đánh giá qua hình ảnh trường hợp ta thấy trường hợp họng nạp mở 1/2 α=120 thấp đồng nhất, tối ưu tí so với trường hợp α=115 Nhưng mặt khác trường hợp họng nạp mở hồn tồn (ĐCD) mơ hình α=115 lại có giá trị Eddy thấp phân bố đồng miệng nạp thành xi lanh giúp dịng khí nạp có tốc độ cao Vậy nhìn chung phần đánh giá Eddy Viscosity trường hợp α=115 có khả quan 71 4.1.4 Mơ hình mặt cắt ứng xử theo thay đổi động rối (Turbulence Kinetic Energy ) động FPLE trường hợp góc nạp α với vị trí piston khác Vị trí Piston Họng nạp mở 1/2 Họng nạp mở hoàn toàn ( ĐCD ) α = 90 α =115 α =120 α =125 Bảng So sánh động rối (Turbulence Kinetic Energy) dịng khí nạp 72 BIỂU ĐỒ ĐỘNG NĂNG RỐI TURBULENCE KINETIC ENEGY J/KG 90 115 800 60 40 20 120 125 Họng nạp mở hoàn toàn (ĐCD) 62.4217 32.3397 52.5936 45.2929 VỊ TRÍ PISTON Họng nạp mở 1/2 90 115 120 125 36.1813 63.0022 28.5833 58.2405 Hình Biểu đồ động rối Turbulence Kinetic Energy Động rối (Turbulence Kinetic Energy) định nghĩa động trung bình đơn vị khối lượng sinh ma sát hỗn loạn phân tử dòng chảy rối Vận tốc tỉ lệ thuận với động sinh Theo quan sát trực quan vị trí họng nạp mở 1/2, trường hợp α=90 α=120 có giá trị động thấp không đồng đều, đồng nghĩa vận tốc di chuyển lịng xy lanh chậm nên khơng khả quan Hai trường hợp lại cho kết cao tương đồng nên tiếp tục xét tiếp Ở vị trí họng nạp mở hồn tồn, theo ngun tắc piston xuống, diện tích họng nạp lớn nên vận tốc vào xylanh giảm, đồng nghĩa giá trị động rối thấp trường vị trí họng nạp mở ½ Theo trực quan trường hợp α=115 với giả thuyết vừa nói nên xem khả quan 4.1.5 Mô hình Streamline vận tốc dịng khí ứng xử theo thay đổi trường hợp góc nạp α với vị trí piston khác động FPLE Vị trí Piston Họng nạp mở 1/2 Họng nạp mở hoàn toàn ( ĐCD ) 73 α = 90 α = 115 α = 120 α = 125 Bảng So sánh vận tốc dịng khí nạp thơng qua mơ hình Streamline Ở mơ hình Streamline cho thấy rõ dịng hịa khí với vận tốc quỹ đạo đường khác nên trực quan dễ đánh giá Đây cải tiến cho việc mơ hình hóa khảo sát đánh giá CFD Theo trực quan trường hợp α=115 vị trí piston thể tốt giá trị đồng vận tốc lòng xi lanh Dịng khí nạp xylanh khơng bị thất 74 nhiều qua đường cửa xã, hịa khí đảm bảo việc vận tốc khí nhanh quãng đường dài xoáy lốc hỗn loạn nhiều xilanh khoảng thời gian Δt trình nạp trước cửa thải Việc xoáy lốc hịa khí đảm bảo cho việc hịa khí trộn lẫn trước vào q trình cháy, làm tăng cơng suất động Vì mơ hình cho thấy trường hợp α=115 khả quan 4.1.6 Kết tổng hợp hình ảnh mơ hình ứng xử dịng khí động FPLE thay đổi theo trường hợp góc nạp α vị trí Piston khác Vị trí Pisto n α =90 Họng nạp mở 1/2 Họng nạp mở hoàn toàn (ĐCD) 75 α =115 α =120 76 α =125 Bảng Kết tổng hợp mô Phần tổng kết hình ảnh nhìn dễ so sánh cho kết tổng hợp trường hợp Theo kết so sánh, đánh giá hình ảnh trực quan từ mục đánh giá gần trường hợp góc α=115 khả quan cho hiệu suất nạp tốt Tiếp theo, so sánh thêm thông số tính tốn để đưa kết luận cuối cho việc khảo sát 4.2 Tính tốn so sánh thơng số hiệu suất nạp 4.2.1 Các bước tính tốn Theo cơng thức (2.4) phần sở lí thuyết cơng suất có ích Ne tỉ lệ thuận với hiệu suất nạp 𝜂𝑣 Vì việc tính tốn hệ số nạp 𝜂𝑣 ảnh hưởng trực tiếp tới cơng suất có ích động Công thức tính hệ số nạp: 77 Va ηv = = ma = v Δt Vd ρ.Vd ρ.Vd Trong đó: Va : thể tích nạp (𝑚3 ) Vd : thể tích xylanh có giá trị 0,00002632969 (𝑚3 ) ma : khối lượng khí nạp (kg) ρ : khối lượng riêng hịa khí có giá trị 46,7457 (kg/𝑚3 ) v: lưu lượng khí nạp giây xylanh (kg/s) suất từ phần mềm tính tốn Ansys Mơ tả cách lấy thơng số lưu lượng khí nạp giây (Mass Flow) Hình Cách lấy thơng số lưu lượng khí nạp Δt : thời gian thực trình nạp động (s) Theo báo nghiên cứu N B Hùng [17] động hoạt động tối ưu dãi tốc độ 1980 vòng/phút., tần số f = 33Hz => vòng= 0,03s 78 => 2S ( S hành trình piston=0,029m) = 0,03s Nên vận tốc trung bình piston 𝐶𝑚 = Ta tính Δt= 𝑄𝑢ã𝑛𝑔 đườ𝑛𝑔 𝑛ạ𝑝 𝐶𝑚 = 2𝐻 1.93 2.0,029𝑚 0,03𝑠 = = 1,93 (m/s) 2.0,007 1.93 = 0.00725388(s), H(m) chiều cao cổng nạp 4.2.2 Bảng tính so sánh: Góc nạp 90 115 120 125 0.0959821 0.118374 0.109612 0.1053582 α Lưu lượng khí nạp v(kg/s) Bảng Lưu lượng khí nạp theo trường hợp góc α Dựa vào cơng thức tính hệ số nạp ta có: Góc nạp α Hệ số nạp 90 56,57% 115 69,76% 120 64,6% 125 62,09% ηv Bảng 10 Hệ số nạp theo bốn trường hợp góc α BIỂU ĐỒ HIỆU SUẤT NẠP 80.00% 69.76% 56.57% 60.00% 64.60% 62.09% 120 64.60% 125 62.09% 40.00% 20.00% 0.00% Hiệu suất nạp 90 56.57% 115 69.76% GĨC NẠP α Hình Biểu đồ hiệu st nạp Vậy dựa vào thơng số tính tốn thấy trường hợp α=115 có hệ số nạp cao khả quan 79 CHƯƠNG 5: 5.1.Kết quả: Trải qua tất trình thiết kế, mơ hình hóa khảo sát cho hệ thống nạp động FPLE kì, cổ nạp, cổ thải đánh lửa thơng thường luận văn đưa kết sau: Thông qua phần so sánh đánh giá theo phương diện trực quan hình ảnh thơng số cụ thể nhận thấy trường hợp góc nạp α=115 cho kết khả quan trường hợp lại Vậy ta kết luận thiết kế hệ thống nạp cho động FPLE kì, cổ nạp, cổ thải theo hướng góc α=115 Và từ xây dựng quy trình thiết kế khảo sát có tính áp dụng cao nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu phát triễn hệ thống nạp để nâng cao hiệu suất cho động FPLE nói riêng tiến xa lĩnh vực mơ hình hóa khảo sát khác 5.2 Hướng phát triển: Do giới hạn luận văn nên đưa vài phương án thiết kế dựa thông số động thực nghiệm có sẵn, điều kiện biên từ báo khoa học có trước tính tốn hạn hẹp kiến thức kèm theo điều kiện cho phép tài nguyên máy tính nên kết khơng hồn hảo mong muốn luận văn Tuy nhiên, hệ thống nạp động FPLE cịn có nhiều cách để thiết kế khảo sát nhiều điều kiện khác động nhằm tối ưu hóa động tương lai Mong muốn tương lai có nhiều tài ngun máy tính thơng tin thống để việc nghiên cứu mơ hình hóa khảo sát xác bao quát nhằm phục vụ thực dụng rộng rãi thực tế 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Pescara RP Motor compressor apparatus, US Patent 1,657,641, 1928 Achten, P., "A Review of Free Piston Engine Concepts," SAE Technical Paper 941776, 1994 Clark N, Nandkumar S, Atkinson C, Atkinson R, McDaniel T, Petreanu, S et al Modelling and development of a linear engine, ASME Spring Conference, Internal Combustion Engine Division, 1998:30(2):49–57 Achten PAJ, van den Oever JPJ, Potma J, Vael GEM Horsepower with brains: The design of the Chiron free piston engine, SAE Paper 2000-01-2545, 2000 R.Mikalsen, Anthony.P.Roskilly, “The design and simulation of a two-stroke free-piston compression ignition engine for electrical power generation “ - Applied Thermal Engineering, 2008 R.Mikalsen, Anthony.P.Roskilly, “The control of a free-piston engine generator Part 1: Fundamental analyses and Part 2: Engine dynamics and piston motion control”, 2010 M Razali Hanipah, R.Mikalsen, A.P.Roskilly, “Recent commercial freepiston engine developments for automotive applications” – Applied Thermal Engineering, 2015 Yaodong Wang, Lin Chena, BoruJia, Anthony Paul Roskilly, “Experimental study of the operation characteristics of an air-driven free-piston linear expander” – Applied Energy, 2017 Guo Chendong, Zhengxing Zuo, Boru Jiaa, Zhang Ziwei, Feng Huihua, A.P.Roskilly “Parametric analysis of a dual-piston type free-piston gasoline engine linear generator” – Applied Energy, 2018 10 Ngơ Ích Sơn, “Tổng quan mô CFD ứng dụng công nghiệp” – CFDways Blog, 2020 11 Yining Wu, Yang Wang, Xudong Zhen, Shuai Guan, Jiancai Wang, “Threedimensional CFD (computational fluid dynamics) analysis of scavenging process in a two-stroke free-piston engine” – Energy, 2014 12 Shuaiqing Xu, Yang Wang, Tao Zhu, Tao Xu, Chengjun Tao, “Numerical analysis of two-stroke free piston engine operating on HCCI combustion” – Applied Energy, 2011 13 Eythor Sigurdsson, Kristian Mark Ingvorsen, Michael Vincent Jensen, S Mayer, S Matlok, Jens Honore Walther “Numerical analysis of the scavenge flow and convective heat transfer in large two-stroke marine diesel engines” – Applied Energy, 2014 14 Tommaso Savioli, “ CFD analysis of 2-Stroke engines” – Energy Procedia, 2015 15 M.M.Noor, “ CFD Simulation and Validation of the In-Cylinder within a Motored Two Stroke SI Engine” – International Conference on Science & Technology: Applications in Industry & Education, 2008 81 16 Dalibor Jajcevic, Raimund Almbauer, Stephan Schmidt, Glinsner Karl, “Simulation Strategy and Analysis of a Two-Cylinder Two Stroke Engine Using CFD Code Fluent” – European Automotive Simulation Conference 17 Nguyen Ba Hung, Sung Jaewon, Ocktaeck Lim, “ A Study of the Scavenging Process in a Two-stroke Free Piston Linear Engine using CFD” – Energy Procedia, 2017 18 El Tahry, “ k-epsilon equation for compressible reciprocating engine flows” – Journal of Enegy, 1983 19 “Eddy Viscosity” – Glossary Of Meteorology, “https://glossary.ametsoc.org/wiki/Eddy_viscosity?fbclid=IwAR1r7J8UMqBHVFTw5uDwfXFoPupBA6bJj0vkAhc-AXCLFbLK7pYp4AQiss” 82 PHỤ LỤC Vận tốc nạp (m/s) Góc nạp α Vị trí Piston 90 115 120 125 Họng nạp mở 1/2 28.2567 29.0012 28.8652 28.5136 Họng nạp mở hoàn toàn (ĐCD) 26.0396 26.1384 25.9861 26.2041 Vận tốc thải (m/s) Góc nạp α Vị trí Piston 90 115 120 125 Họng nạp mở 1/2 31.8267 30.2507 29.8389 30.2549 Họng nạp mở hoàn toàn (ĐCD) 30.1247 26.305 27.5843 28.5675 Áp suất nạp (Pa) Góc nạp α Vị trí Piston 90 115 120 125 Họng nạp mở 1/2 13668.8 12332.5 11832.5 11349.2 Họng nạp mở 6095.45 4145.72 4119.85 4051.17 hoàn toàn (ĐCD) Áp suất thải (Pa) Góc nạp α Vị trí Piston 90 115 120 125 Họng nạp mở 1/2 19.1013 12.8165 12.772 8.38258 Họng nạp mở 17.1736 9.0674 9.20066 10.6407 hoàn toàn (ĐCD) 83 Eddy Viscosity (Pa.s) Góc nạp α Vị trí Piston 90 Họng nạp mở 1/2 0.000489299 Họng nạp mở 0.000419024 115 120 125 0.000463715 0.000445568 0.000458681 0.000302447 0.000312532 0.000321367 hoàn toàn (ĐCD) Động rối Turbulence Kinetic Energy (Jun/Kg) Góc nạp α Vị trí Piston 90 115 120 125 Họng nạp mở 1/2 36.1813 63.0022 28.5833 58.2405 Họng nạp mở 62.4217 32.3397 52.5936 45.2929 hoàn toàn (ĐCD) 84 S K L 0 ... piston hoạt động ổn định 2.2 Cơ sở lý thuyết động đốt 2.2.1 Công suất động 2.2.1.1 Công suất thị (Ni) Là công thị Li tạo giây hay tốc độ thực cơng thị động Nói cách khác, công suất thị công động. .. Quá trình nạp hiệu suất nạp động 29 2.2.2.1 Quá trình nạp động 29 2.2.2.2 Quá trình nạp động Free Piston hai kì .30 2.2.2.3 Hiệu suất nạp 30 2.2.2.4 Phương trình. .. khóa luận tốt nghiệp 2021 khoa Cơ Khí Động Lực diễn thành cơng tốt đẹp TĨM TẮT Luận văn trình bày nghiên cứu q trình mơ đánh giá trình nạp động free piston cỡ nhỏ Nghiên cứu bao gồm trình thiết