Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNG

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNGNghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ CNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ PHUN NHIÊN LIỆU ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ CNG Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS Trần Đăng Quốc PGS.TS Cao Hùng Phi HÀ NỘI – 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, cơng bố theo quy định Kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực phù hợp với thực tiễn Việt Nam chưa cơng bố cơng trình khác TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Người hướng dẫn Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh TS Trần Đăng Quốc PGS.TS Cao Hùng Phi Hồ Hữu Chấn i LỜI CẢM ƠN Lời cho phép gửi lời cảm ơn chân thành đến Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cơ khí, Phịng đào tạo, Khoa Cơ khí động lực, Nhóm chun mơn Hệ thống động lực ô tô, giúp đỡ hỗ trợ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Đăng Quốc PGS.TS Cao Hùng Phi, hai người thầy hướng dẫn tơi tận tình, chu đáo chun mơn q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, khoa Cơ khí động lực tạo điều kiện, động viên thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến q thầy, cơ, cán Khoa Cơ khí động lực, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long hỗ trợ, động viên tơi q trình học tập, nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô phản biện, thầy cô Hội đồng đánh giá luận án đồng ý đọc duyệt đóng góp ý kiến quý báu để tơi hồn chỉnh luận án đưa định hướng nghiên cứu tương lai Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người ln động viên khuyến khích tơi suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án Nghiên cứu sinh Hồ Hữu Chấn iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xiii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv MỞ ĐẦU i Lý chọn đề tài ii Mục tiêu luận án iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu iv Phương pháp nghiên cứu v Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài vi Các điểm luận án vii Bố cục luận án CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhiên liệu thay Nhiên liệu sinh học (Biofuel) Nhiên liệu hydrogen 1.2 Tổng quan nhiên liệu khí thiên nhiên 10 Đặc tính nhiên liệu khí thiên nhiên 10 Nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) 13 Nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) 14 1.3 Các nghiên cứu động đốt sử dụng khí thiên nhiên nén 15 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 16 Động sử dụng lưỡng nhiên liệu 19 Động CNG chuyển đổi từ động xăng 21 Động CNG chuyển đổi từ động diesel 22 1.4 Tổng quan nghiên cứu động sử dụng khí thiên nhiên 23 Các nghiên cứu nước 23 Các nghiên cứu nước 24 1.5 Kết luận chương 25 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ 27 2.1 Cơ sở hình thành hỗn hợp 27 2.2 Cơ sở lý thuyết trình cháy 29 iv Các giả thuyết 31 Mơ hình cháy không chiều 32 Khối lượng hỗn hợp cháy 33 Mơ hình cháy vùng: Tốc độ giải phóng nhiệt 33 2.3 Khái quát mô 33 Phần mềm AVL Boost 34 Phần mềm Ansys Fluent 34 2.4 Nghiên cứu chuyển đổi động 37 Lựa chọn động 37 Nghiên cứu chuyển đổi tác giả Trần Thanh Tâm 38 Chuyển đổi động diesel S1100 thành động CNG điều khiển phun nhiên liệu đánh lửa điện tử: 39 2.5 Xây dựng đặc tính làm việc động sau chuyển đổi 45 Phương pháp thí nghiệm 45 Kết thí nghiệm 47 2.6 Kết luận chương 49 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG 51 3.1 Mục đích 51 3.2 Xây dựng mơ hình động nghiên cứu 51 Nghiên cứu động mô phần mềm AVL Boost 51 Xây dựng mơ hình Ansys Fluent 55 3.3 Hiệu chuẩn điều khiển mơ hình 57 Hiệu chuẩn mơ hình AVL Boost 57 Điều khiển mơ hình Ansys Fluent 58 3.4 Ảnh hưởng thông số phun 59 Ảnh hưởng thời điểm bắt đầu phun 59 Ảnh hưởng lambda 65 Ảnh hưởng thời gian phun 66 Ảnh hưởng đường kính ống nạp 70 Ảnh hưởng vị trí đặt vòi phun 75 Ảnh hưởng áp suất phun 77 3.5 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến đặc tính làm việc 79 3.6 Kết luận chương 82 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 84 4.1 Mục đích… 84 4.2 Lựa chọn vòi phun điều khiển điện 84 4.3 Ảnh hưởng áp suất phun điều khiển khí đến chất lượng làm việc động 86 Ảnh hưởng đến mô men công suất 86 v Ảnh hưởng đến phát thải động 87 4.4 Ảnh hưởng áp suất phun điều khiển điện đến chất lượng làm việc động 89 Ảnh hưởng áp suất phun điều khiển điện đến lượng nhiên liệu cung cấp 89 Ảnh hưởng áp suất phun đến công suất mô men động 91 Ảnh hưởng áp suất phun đến khí thải 92 4.5 So sánh ảnh hưởng giải pháp phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động 94 4.6 So sánh kết thực nghiệm mô 97 4.7 Kết luận chương 100 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 101 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 113 Phụ lục Kết mô Ansys Fluent 113 Phụ lục Kết mô AVL Boost 114 Phụ lục Kết thực nghiệm 121 Phụ lục Quá trình chuyển đổi hệ thống làm mát động thí nghiệm S1100: 123 Phụ lục Hệ thống điều khiển đánh lửa vòi phun 126 Phụ lục 6: Thiết bị phân tích khí thải KEG – 500 CE 131 Phụ lục 7: Thiết lập thơng số cần thiết cho mơ hình 138 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU STT Kí hiệu Chú thích HC Hydrocacbon CO Carbon monoxit 𝑁𝑂𝑋 Nitric oxide (Nitơ monoxide) 𝑂2 𝐶𝐻4 Metan 𝐻2 𝑆 Hidro sunfua 𝐻𝐸 Heli 𝐶𝑂2 Carbon dioxide 𝑁2 Nito 10 𝑆𝑂2 Lưu huỳnh dioxide 11 𝐶2 𝐻6 Ethan 12 A/F Tỉ lệ khơng khí/ nhiên liệu 14 n Tốc độ động (vòng/phút) 15 𝑃𝑓 Áp suất nhiên liệu (bar) 16 𝐷𝑓 Đường kính lỗ (mm) 17 𝑡𝑓 Thời gian trì phun role điện từ (s) 18  Tỷ số nén 19  Hệ số dư lượng khơng khí 20 𝑀𝑒 Mô men (Nm) 21 𝑁𝑒 Công suất (kW) 22 𝐷𝑥𝑙 Đường kính xylanh (mm) 23 S Hành trình piston (mm) 24 𝑉𝑡𝑝 Dung tích xylanh (Lít) 25 𝐺𝑒 Lượng nhiên liệu cấp cho động (lít/phút) 26 𝑚𝑑𝑒𝑙𝑖𝑣𝑒𝑟𝑦 27 η𝑣 28 𝜌𝑟𝑒𝑓 Khối lượng riêng khơng khí (kG/m3) 29 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑝 Thể tích cơng tác xylanh (m3) 30 (𝐴/𝐹) 𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 31 𝑁𝑐𝑦𝑙 Số xylanh động 32 Δ𝛼𝑖𝑛𝑗 Thời gian phun (CAD) Oxy Lượng nhiên liệu phun (g/s) Hệ số nạp Tỷ lệ A/F nhiên liệu vii 33 𝑚𝐹,𝑒𝑓𝑓 Tổng lưu lượng nhiên liệu phun (kg/s) 34 𝑚𝐹,𝑖𝑛𝑗 Lưu lượng nhiên liệu phần tia phun (kg/s) 35 𝑚𝐹,𝑝𝑢𝑑𝑑𝑙𝑒 Lưu lượng nhiên liệu bám đọng thành ống (kg/s) 36 A Lượng khơng khí nạp vào xylanh động (g/s) 37 F Khối lượng nhiên liệu cấp (g/s) 38 (𝐴/𝐹) 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 39 (𝐴/𝐹) 𝑠𝑡𝑜𝑖𝑐ℎ𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐 40 δQ Lượng lượng thêm vào (J) 41 dU Nội (J) 42 δW Công (J) 43 P Áp suất (Pa) 44 V Thể tích (m3) 45 m Khối lượng khí (kG) 46 R Hằng số khí 47 T Nhiệt độ (K) 48 hc Hệ số truyền nhiệt 49 Aw Diện tích thành vách buồng cháy (m2) 50 Tw Nhiệt độ thành vách buồng cháy (K) 51 𝑑𝑄𝐻 𝑑𝜃 52 𝜃 Góc quay trục khuỷu 53 𝛾 Hệ số đoạn nhiệt 54 𝐶𝑉 Nhiệt dung riêng đẳng tích (J/kmol.K) 55 𝐶𝑝 Nhiệt dung riêng đẳng áp (J/kmol.K) 56 𝑀𝐹𝐵𝜃 57 Δ𝑝𝑐,𝑖 58 i 59 ign Tỷ số khơng khí nhiên liệu thực tế nạp vào xylanh Tỷ số không khí nhiên liệu tính theo lý thuyết Nhiệt truyền cho thành vách buồng cháy khí xylanh Phần khối lượng đốt cháy góc quay trục khuỷu Mức tăng áp suất hiệu chỉnh trình đốt cháy Số nguyên góc quay Góc đánh lửa (CA) viii 60 𝑉𝑑 61 𝜃𝑠 , 𝜃𝑒 62 n Chỉ số nén đa biến trung bình 63 t Thời gian phun nhiên liệu (s) 64 D Đường kính ống nạp (mm) 65 𝜌𝑛 Tỷ trọng hỗn hợp (kG/m3) 66 𝑣𝑚 ⃗⃗⃗⃗⃗ Vận tốc hỗn hợp (m/s) 67 𝐹 Nội lực thể tích tính tốn (N) 68 𝜇𝑚 Độ nhớt hỗn hợp (m2/s) 69 𝛼𝑘 Tỷ lệ khối lượng pha K hỗn hợp 70 𝛼𝑗,𝑘 Enthalpy chất j pha k 71 ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐽𝑗,𝑘 Thông lượng khuếch tán chất j pha k 72 𝑘𝑒𝑓𝑓 Hệ số dẫn nhiệt 73 𝐺𝑘 Động rối tạo gradient vận tốc 74 𝐺𝑏 Động rối tạo ảnh hưởng buoyancy 75 𝑌𝑚 Ảnh hưởng độ giãn nở dao động dòng chảy rối nén đến hệ số phân tán rối 76 𝐶1 , 𝐶2 , 𝐶3 77 𝑆𝑟 Swirl ratio 78 𝑇𝑟 Tumble ratio 79 𝐶𝑇𝑟 Cross tumble ratio 80 𝑤𝑥 , 𝑤𝑦 , 𝑤𝑧 Vận tốc góc tức thời dịng khí nạp với trục x, y, z tương ứng (rad/s) 81 𝐿𝑥 , 𝐿𝑦 , 𝐿𝑧 Mơ men động lượng dịng khí nạp ứng với trục x, y, z (kg.m2/s) 82 𝐼𝑥 , 𝐼𝑦 , 𝐼𝑧 83 k Động rối (m2/s2) 84  Tốc độ tiêu tán 85 h Vị trí đặt vịi phun so với cửa nạp (mm) 86 𝐶𝑂𝑉𝑖𝑚𝑒𝑝 87 l Chiều dài đường ống nạp (mm) 88 𝛼 Góc đặt vịi phun (độ) Dung tích xylanh (Lít) Góc quay bắt đầu kết thúc q trình đốt cháy Hằng số mơ hình Mơ men qn tính tương ứng với trục x y z (kg.m2) Hệ số đánh giá thay đổi áp suất có ích trung bình ix 89 𝑚𝑓_𝑜 Lưu lượng nhiên liệu tính tốn vị trí cửa ống nạp (g/s) 90 pro_k Production of k (kG/ms3) 91 𝑆𝑝𝑡𝑏 Tốc độ trung bình piston (m/s) x