Hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy
Giới thiệu băng thử khí thải xe máy
1.2 Chức năng nhiệm vụ hệ thống lấy mẫu CVS
1.3 Vấn đề cần nghiên cứu
Chương 2: Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống lấy mẫu CVS bằng phần mềm
2.1 Xây dựng mô hình hệ thống CVS
2.2 Lý thuyết tính toán dòng chảy trong CVS
2.3 Các thông số điều kiện biên cho mô hình
Chương 3: Kết quả tính toán va thảo luận
3 Số lượng và tên các bản vẽ: 3
- Bản vẽ 1: Sơ đồ băng thử và bản vẽ CVS
- Bản vẽ 2: Mô hình CVS và các phương trình tính toán
- Bản vẽ 3: Điều kiện biên và kết quả mô phỏng
5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: trước 20/07/2022
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Trong sự phát triển của xã hội, con người luôn tìm hiểu, sáng tạo ra các thiết bị sản phẩm nhằm thỏa mãn các nhu cầu của mình Sự đi lại là một trong những nhu cầu thiết yếu đó Chính vì vậy động cơ xe máy đã ra đời phục vụ cho nhu cầu này Tuy nhiên, sự ra đời của xe máy cũng ảnh hưởng lớn đến môi trường sống xung quanh chúng ta và ảnh hưởng đến chính con người bởi khí thải mà nó cũng không hề nhỏ Chính vì vậy, luôn có những tiêu chuẩn về khí thải rất khắt khe nhằm giảm tối đa lượng khí thải phát ra môi trường
Và để đo được lượng khí thải từ xe máy, cần một hệ thống với những máy móc hiện đại, một trong đó là hệ thống đo khí thải với thể tích không đổi (CVS – Constant Volume Sampling) để đo được lượng khí thải phát ra tức thời Và với hệ thống hiện đại như vậy, em xin chọn đề tài: Nghiên cứu mô phỏng dòng khí trong hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy Đồ án thực hiện mô phỏng dòng khí trong hệ thống pha loãng CVS, tính toán tốc độ dòng chảy ở các tỷ lệ pha loãng khác nhau Qua đó có thể tính toán thời gian trễ từ đuôi ống xả xe máy đến điểm lấy mẫu khí thải sau pha loãng, hỗ trợ cho quá trình xử lý dữ liệu đo khí thải liên tục trên băng thử sử dụng hệ thống lấy mẫu CVS Với nghiên cứu này em mong muốn vận dụng các kiến thức lý thuyết chuyên ngành đã được học để giải quyết một vấn đề đặt ra trong thực tế. là một minh chứng cho những kiến thức có được sau những năm học tập. Trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, ngoài những cố gắng của bản thân, em sẽ không thể hoàn thành tốt được đồ án nếu không có sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Phạm Hữu Tuyến Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy
Ngoài ra, trong suốt quá trình nghiên cứu em cũng nhận được sự giúp đỡ, hỗ trợ tận tình của các thầy cô nhóm chuyên môn Hệ thống động lực ô tô cùng với các anh đang công tác tại phòng thí nghiệm khí thải động cơ đốt trong ở C15 Em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy cô và các anh đã tạo điều kiện để em có thể thực hiện Đồ án tốt nghiệp này
Em xin chân thành cảm ơn!
Tóm tắt nội dung đồ án
Mô phỏng chuyển động của khí thải chuyển động trong hệ thống CVS nhằm xác định các nguyên nhân gây ra hiện tượng sai lệch tín hiệu đo của hệ thống lấy mẫu CVS Công cụ hỗ trợ là phần mềm mô phỏng Ansys Fluent Kết quả của đồ án đã chỉ ra nguyên nhân gây sai lệch tín hiệu đo của hệ thống CVS Từ kết quả của đồ án này, có cơ sở định hướng cho việc phát triển đồ án là xây dựng phương pháp hiệu chỉnh các thử nghiệm khí thải liên tục Qua quá trình làm đồ án, em đã có kiến thức về hệ thống lấy mẫu với thể tích không đổi CVS ( Constant Volume Sampling) và cách lấy mẫu để kiểm định khí thải Ngoài ra, em còn học được thêm các sử dụng phần mềm mô phỏng Ansys Fluetn – một phần mềm mô phỏng sát với thực tế.
Hà Nội, ngày … tháng 07 năm 2022 Sinh viên
LỜI MỞ ĐẦU II DANH MỤC HÌNH VẼ VI DANH MỤC BẢNG BIỂU IX
Chương 1 Hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy 1
1.1 Giới thiệu băng thử khí thải xe máy 1
1.1.1 Khối băng thử động lực học 3 1.1.2 Khối lấy mẫu với thể tích không đổi CVS (Constant Volume Sample) 4 1.1.3 Hệ thống phân tích khí thải CEBII (Combustion Emission Bench II) 6 1.2 Vấn đề nghiên cứu 7
Chương 2 Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống lấy mẫu CVS bằng phần mềm Ansys Fluent 9
2.1 Giới thiệu về phần mềm CFD và Ansys Fluent 9
2.2 Mô phỏng bằng lý thuyết động lực học chất lỏng CFD 10
2.2.1 Phương trình liên tục và phương trình động lượng 11 2.2.2 Các phương trình khác 12 2.3 Xây dựng mô hình hệ thống CVS 15
2.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng 15
2.3.2 Mô hình k-ε mô phỏng dòng chảy rối 16
2.5.3 Thiết lập mô hình giải cho bài toán mô phỏng 26
Chương 3 Kết quả tính toán và thảo luận 35
3.1 Sự phân bố về nhiệt độ, vận tốc và khối khí trong hệ thống CVS 35 3.1.1 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 1m 3 / phút 35 3.1.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m 3 / phút 40 3.2 Xây dựng hàm số liên hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải 45 3.2.1 Lưu lượng của ống Venturi Qoutlet = 1m 3 /phút 45 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m 3 /phút 47 Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài 50
4.2 Hướng phát triển của đề tài 50
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải xe máy 2
Hình 1.3 Hệ thống thử nghiệm khí thỉa xe máy tại phòng thí nghiệm động cơ ĐHBK Hà Nội 3
Hình 1.4 Mô phỏng lực cản trên con lăn 3
Hình 2.1 Kích thước mô hình hệ thống 15
Hình 2.2 Mô hình 3D hệ thống CVS 16
Hình 2.3 Giao diện chung của Ansys Fluent 24
Hình 2.4 Dẫn xuất file 3D vào Ansys Fluent 25
Hình 2.5 Giao diện chung của MESH 25
Hình 2.6 Lưới sau khi được chia tự động 26
Hình 2.7 Các biên được đặt tên 26
Hình 2.8 Cách vào và khởi tạo ban đầu của SETUP 27
Hình 2.9 Giao diện chung của SETUP 27
Hình 2.13 Thông số không khí 30
Hình 2.14 Thông số khí thải 30
Hình 2.15 Điều kiện biên đầu vào không khí 31
Hình 2.16 Điều kiện biên đầu vào khí thải 31
Hình 2.17 Định nghĩa đầu vào khí thải và không khí 32
Hình 3.1 Diễn biến về nhiệt độ trong hệ thống CVS 35 Hình 3.2 Diễn biến về vận tốc trong hệ thống CVS 36 Hình 3.3 Sự hòa trộn giữa khí thải và khí pha loãng 36
Hình 3.4 Thời gian trễ của khí thải 37
Hình 3.5 Mặt cắt xOy ( màu xanh lá) 37
Hình 3.6 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời gian DF = 8 38Hình 3.7 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời giankhi DF = 12 38Hình 3.8 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời gian khi DF = 16 39Hình 3.9 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời gian khi DF = 20 39Hình 3.10 Thời gian trễ khi hệ số pha loãng DF = 4 40
Hình 3.12 Diễn biến nhiệt độ trong hệ thống với hệ số pha loãng DF = 4 41
Hình 3.13 Diễn biến hệ số thể tích trong hệ thống với hệ số pha loãng DF = 4
42 Hình 3.14 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF =8 42 Hình 3.15 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF 43 Hình 3.16 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF 43 Hình 3.17 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF 44
Hình 3.18 Đồ thị biểu thị thời gian trễ theo lưu lượng khí thải với lưu lượng Q
Hình 3.19 Đồ thị biểu thị thời gian trễ theo lưu lượng khí thải với lưu lượng
Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống lấy mẫu CVS bằng phần mềm Ansys Fluent
Mô phỏng bằng lý thuyết động lực học chất lỏng CFD
○ 2.2.1 Phương trình liên tục và phương trình động lượng
● 2.3 Xây dựng mô hình hệ thống CVS
○ 2.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng.
Kết quả tính toán và thảo luận
Sự phân bố về nhiệt độ, vận tốc và khối khí trong hệ thống CVS 35 1 Lưu lượng ống Venturi Q outlet = 1m 3 / phút 35 2 Lưu lượng ống Venturi Q outlet = 2.5m 3 / phút 40 3.2 Xây dựng hàm số liên hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải 45 3.2.1 Lưu lượng của ống Venturi Q outlet = 1m 3 /phút 45 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Q outlet = 2.5m 3 /phút 47 Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài
○ 3.1.1 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 1m3/ phút
○ 3.1.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/ phút
● 3.2 Xây dựng hàm số liên hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải
○ 3.2.1 Lưu lượng của ống Venturi Qoutlet = 1m3/phút
○ 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút
● Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài