Nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp động cơ 3 xylanh diesel phun gián tiếp có buồng cháy three vortex combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học bio diesel (tham khảo động cơ 3 xylanh kubota d1703 m e3b)

Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát iv MSHV: 11085246009 TịMăTT Cùng với sự phát triển nhanh chóng của quá trình cơ giới hóa ở nông thôn Việt Nam thì nhu cầu động lực trong hot động sản xuất cũng tăng nhanh chóng. Bên cnh đó, việc ứng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel sử dụng trên động cơ diesel cũng là một ưu tiên hàng đầu để cắt giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường và duy trì ổn định nguồn cung cấp nhiên liệu. Động cơ diesel 3 xylanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC với dãy công suất 20-50HP không những đáp ứng được yêu cầu cho nguồn động lực trong sản xuất mà còn được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đánh giá cao trong việc kết hợp sử dụng các loi nhiên liệu biodiesel đặc biệt là khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí trong loi buồng cháy này. Luận văn với đề tải: “Nghiên cứỐ qỐá ỏạo hn hp đng cơ 3 xy lanh diesel phun gián ỏiếp có bỐng cháy ỏhree ốorỏeồ combỐsỏion (TVC), sử dng nhiên ệiỐ sinh học Bio-diesel. (ỏham Ệhảo đng cơ 3 xy lanh KUBOTA D1703-M-E3B)”, đã được thực hiện để góp phần nghiên cứu, cải tiến quá trình hình thành hỗn hợp cháy của nhiên liệu biodiesel trên loi động cơ 3 xy lanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC. Luận văn bao gồm các nội dung cụ thể như sau:  Giới thiệu tổng quan và khảo sát nhu cầu động cơ 3 xy lanh,  Nghiên cứu sự phân rã của tia phun nhiên liệu và hình thành hỗn hợp cháy trong buồng cháy xoáy lốc, phân tích các đặc tính của nhiên liệu biodiesel,  Nghiên cứu mô phỏng 3D quá trình hình thành hỗn hợp cháy trên động cơ diesel 3 xy lanh dùng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá ba sa,  Cải tiến buồng cháy xoáy lốc TVC và mô phỏng so sánh khả năng hòa trộn nhiên liệu biodiesel với động cơ nguyên thủy. Kết quả của luận văn đã cho thấy rằng việc cải tiến động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp sử dụng công nghệ Three Vortex có thể làm tăng hiệu suất hòa trộn của không khí với nhiên liệu biodiesel và việc ứng dụng các động cơ này trong các hot động sản xuất ở nông thôn là rất khả thi. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát v MSHV: 11085246009 ABSTRACT Along with high speed development of mechanization in rural Viet Nam, the demand of dynamic in all kinds of productive activities are increasing significantly. Besides, applying biodiesel fuels on diesel engine is also a priority for reducing greenhouse gas emitting into the atmosphere and sustaining the energy supply. Three cylinders diesel engines using TVC technology with the power range 20- 50HP not only satisfy the demand of dynamic but also especially noted by many scientists in their potential of biodiesel application thanks to its high quality of air fuel mixture formation in the swirl chamber. This thesis with subject: “ậesearching mixture formation process in three cylinders indirect injection diesel engine with Three Vortex Combustion Chamber (TVC) using bio-diesel fuel. (referencing model 3 cylinders Kubota D1703-M-E3B)” was carried out in order to improve the mixture formation of biodiesel fuel in TVC chamber of three cylinders diesel engine. the thesis issued following content:  General introduction and survey researching about the demand of three cylinders engine.  Researching break-up regimes of fuel spray and mixture formation in swirl chamber, analyzing the characters of biodiesel and potential of applying on diesel engine.  Simulation researching of application biodiesel from basa oil on original three cylinders indirect injection diesel engine,  Modifying the TVC chamber and make comparison with the original engine in their quality of mixture formation. The results of simulations show that the modification schemes on the swirl- chamber presents the potential to further improve the mixture formation ability of biodiesel fuel and air on diesel engine and using these engines is very feasible in Viet Nam rural areas. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát vi MSHV: 11085246009 MC LC Trang ta trang Quy tài Lý lch cá nhân i L ii Cm t iii Tóm tt iv Mc lc vi Danh sách các ch vit tt x Danh sách các hình xi Danh sách các bng xiii Chngă1.ăTNG QUAN 1 1.1. Tính cp thit c tài 1 1.1.1. Nhu ct trong  nông thôn Vit Nam 1 1.1.2. Nhu c 3 ng lc  Vit Nam 4 1.1.4. Nhiên liu thay th 6 1.2.Tình hình nghiên c3          . 11 1.2.1. Tình hình nghiên c      : 11 1.2.2. Tình hình nghiên c    : 13 1.3.Mng nghiên cu. 14 1.3.1. Mc tiêu nghiên cu: 14 ng nghiên cu: 14 1.4.Nhim v và phm vi nghiên cu c tài. 14 1.4.1.Nhim v c tài: 15 1.4.2. Phm vi nghiên cu: 15 u. 16 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát vii MSHV: 11085246009 Chngă2.ăCăS LÝ THUYT 17 2.1. Lý thuyt hình thành hn ht trong. 17 2.1.1. S phát trin ca tia phun nhiên liu 17 2.1.2. S ng hc ca các ht nhiên liu. 18  phân rã ca tia phun nhiên liu. 21 2.1.4. S a tia phun vi thành xilanh. 30 2.2. Quá trình to hn h 34 2.2.1. Bung cháy d b 35 2.2.2. Bung cháy xoáy lc 37 2.3. Lý thuyt Three Vortex. 41 ng xoáy lc Three Vortex 41 2.3.2. Mô hình chuyng ca xoáy lc Three Vortex. 44 2.4. Lý thuyt v nhiên liu biodiesel. 47 2.4.1. Khái nim 47  dng nhiên liu biodiesel 51 2.4.3. Các yêu cu ca quá trình np và to hn h dng biodiesel 55 Chngă3.ăPHÂNăTệCHăBUNG CHÁY TVCS  KUBOTA D1703- E3B). 57 3.1. Gii thi-E3B 57 3.1.1. 3 xy lanh 57 3.1.2. T          3 xy lanh 57 3.2. Phân tích kt cu bung cháy TVCS. 60 3.2.1. Bung cháy xoáy lc 60 3.2.2. Ca bung cháy 61 nh piston 62 3.3. Phân tích quá trình hình thành hn hp cháy 63 3.4. Các yu t ci thin quá trình hòa trn nhiên liu Biodiesel trong bung cháy TVCS 68 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát viii MSHV: 11085246009  nht cao. 68 3.4.2. Nhit chp cháy. 68 3.4.3. Nhit tr thp. 69 Chngă4:ăMỌăPHNGăĐNG HC 70 4.1. Tng quan v phn mm mô phng Ansys Fluent 70 ng mô phng. 72 4ng 72 4.2.2. Nhiêu liu th nghim 72 4.3. Trình t thc hi lý thuyt trong mô phng. 74 4.3.1. Trình t thc hin 74  lý thuyt cng. 78 4.4. Xây dng mô hình và xác lp các thông s ng hn quá trình hình hn hp cháy trong bung cháy TVC. 83 4.4.1. Xây dng mô hình hình hc bung cháy TVC. 83 i mô hình. 83 t thông s u vào cho bài toán. 86 4.5. Mô phng hc quá trình hòa trn nhiên liu biodiesel 87 4.6. X t qu c t mô phng 92 4.6.1. Nhit phn b trong bung cháy xoáy lc 92 4.6.2. Vn tc không khí phân b trong bung cháy xoáy lc. 93 4.6.3. T s mass fraction phân b trong bung cháy xoáy lc. 96  xuyên thu ca tia phun theo áp sut phun .99 Chngă5:ăĐ XUT VÀ CI TINăĐNGăC 101 5.1. Nghiên c sut ci ti 101 5.1.1. Nghiên cu ci tin 101  sut ci tin 105 5.2. Mô phng quá trình hòa trn cng i to 105 5.2.1.Các cn 105 5.2.2. Thit lp thông s và tiêu chí mô phng 110 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát ix MSHV: 11085246009 t qu c và sau cài tin. 112 5.3.1. Vn tc và qu o chuyng xoáy lc trong bung cháy. 112 5.3.2. Vn tc và qu o chuyng ca nhiên liu trong bung cháy 114 5.3.3. T s mass fraction gia không khí và nhiên liu trong bung cháy 116 5.3.4. Nhi không khí trong bung cháy. 119  xuyên thu ca tia phun nhiên liu. 122 5.3.6. Phân tích kt cu t 123 Chngă6.ăKT LUNăVÀăĐ NGH 125 6.1. Tóm tt kt qu  tài 125 t qu c tài 128  ngh ng phát trin c tài 128 K HOẠCH D KIN THC HINăĐ TÀI 130 TÀI LIU THAM KHO 131 PH LC Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát x MSHV: 11085246009 DANH SÁCH CÁC CH VIT TT ASOI After start of injection ATDC After top dead center BDF Biodiesel Fuel BTDC Before top dead center CAD computer-aided design CFD Computational Fluid Dynamics IDI Indirect injection ISL Intact surface length KH Kelvin-Helmholtz model LES Large eddy simulation Re Reynolds number SAE Society of Automotive Engineers SMD Sauter mean diameter TVC Thee Vortex Combustion T DC Top Dead Centre udf_P User define function VEAM Vietnam Engine and Agricultural Machinery We Weber number Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát xi MSHV: 11085246009 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Th ph-50 Hp trong tng s u xy lanh t 20  90 Hp 4 Hình 1.2. Th phc v cho nông nghip Vit Nam. 5 Hình 1.3. Bi bing giá nhiên liu t n 2009 7 Hình 1.4ng khí CO trong khí thi khí thi Biodiesel và Diesel. 9 Hình 1.5ng khí thi trung bình ca nhiên liu Biodiesel khi s dng  10 Hình 2.1. Trng thái phân rã tia phun 17 Hình 2.2. Các trng thái phun 18 Hình 2.3c tính phát trin tia phun 18 Hình 2.4. Các trng thái phân rã ht cht lng theo Wierzba. 19 Hình 2.5. S phân rã th cp ca các ht Newton 20 Hình 2.6. Cu trúc tia phun nhiên liu. 21 Hình 2.7. Xoáy lc trong tia phun 21 Hình 2.8. Hình thành bt khí trong tia phun 22 Hình 2.9ng sóng trên tia phun 22 Hình 2.10. s phc hi ca tia phun 22 Hình 2.11. So sánh áp sut phun nhiên liu 23 Hình 2.12. S va chm và kt hp gia các ht nhiên liu 23 Hình 2.13. Tia phun dng hình chóp rng. 24 Hình 2.14. S phát trin theo thi gian ca chùm tia phun t vòi phun xoáy lc áp sut 26 Hình 2.15. S phát trin theo thi gian ca dòng khí ph quanh chùm tia phun t vòi phun xoáy lc áp sut 26 Hình 2.16. ng ca áp sung lên kt cu chùm phun 27 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát xii MSHV: 11085246009 Hình.2.17. ng ca áp sung và áp sut phun lên cu trúc chùm phun. 27 Hình 2.18. S i kt cu tia phun theo áp sut phun 28 Hình 2.19. ng ca nhi ng lên kt cu tia phun. 29 Hình 2.20. ng ca t khí lên quá trình phân r ca chùm phun 30 Hình 2.21. Hii thành chn ca chùm c 31 Hình 2.22. Vùng không khí quanh mt chùm phi thành chn. 31 Hình 2.23. Các da nhiên liu vi thành chn. 32 Hình 2.24. Thi gian phát trin ca chùm phun khi b va chm, 32 Hình 2.25. ng ca áp sut phun, áp sut bung cháy và nhi thành chn p ca tia phun lên thành 34 Hình 2.26. Phát trin chùm tia phun nhiên liu diesel 35 Hình 2.27. Bung cháy d b 36 Hình 2.28. Bung cháy xoáy lc 37 Hình 2.29. T xoáy li theo kt cu và v trí ca ca bung cháy 38 Hình 2.30. Quá trình vn chuyn hn hn bung cháy chính 39 Hình 2.31. Xoáy lc trong bung cháy chính 40 Hình 2.32. Kt cu buc và sau ci tin 41 Hình 2.33. Mô phng xoáy lc ca Helmholtz 42 Hình 2.34. Mô phng chuyng ca Three Vortex do Grobli thit lp. 45 Hình 2.35. Chuyng ca 4 và 5 xoáy lc. 46 Hình 2.36. Mô phng Xoáy lc three vortex bng phn mm Ansys 46 Hình 2.37. Công thc cu to ca triglyceride. 48 Hình 2.38ng kính SMD gia diesel và biodiesel 54 Hình 3.1. 1703-E3B 59 Hìnhă3.2. 1703-E3B 59 Hình 3.3. Kt cu bung cháy TVC. 60 Hình 3.4. Ca bung cháy Three Vortex. 61 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI HVTH: Phm Phúc Phát xiii MSHV: 11085246009 Hình 3.5. Kt cnh piston. 62 Hình 3.6. Bung cháy TVCS 63 Hình 3.7. Góc phun nhiên liu trong bung cháy 64 Hình 3.8. Bi biu din s ph thuc ca khng và nhi ht nhiên liu theo thi gian. 65 Hình 3.9. Xoáy lc trong bung cháy TVC 65 Hình 3.10. Xoáy lc trong bung cháy xoáy lc 66 Hình 3.11. Xoáy lc trong bung cháy chính 66 Hình 3.12. Kt cnh piston c 67 Hình 4.1. Buc mô hình hóa bng ANSYS FLUENT. 70 Hình 4.2c mô hình hóa bng ANSYS FLUENT 71 Hình 4.3. Quy trình tng quát gii quyt v 74 Hình 4.4. Kt cu ca bung cháy TVC. 75 Hình 4.5. Mô hình sau khi thit k ng CATIA. 76 Hình 4.6. Quy trình phân tích s dng công c qun lý Project ca ANSYS WorkBench 14.0 76 Hình 4.7. Quy trình thc hin mô phng 77 Hình 4.8. Mc t máy Scan 3D 83 Hình 4.9. Kt ci ca ca bung cháy 85 Hình 4.10. i th tích bên trong ca bung cháy TVC 85 Hình 4.11. Bi chi 86 Hình 4.12 th Mass Fraction theo góc quay trc trc khuu 98 Hình 4.13.  xuyên thu ca nhiên liu. 99 Hình 5.1. Kt cu cách nhit ca bung cháy xoáy lc 102 Hình 5.2. S dng 4 ca bung cháy ph i xng 103 Hình 5.3. S dng 2 ca bung cháy ph nghiêng 103 Hình 5.5. Kt cu biên dnh piston 104 Hình 5.6. Kt cu phnh piston 104 Hình 5.7. B trí kim phun trong bung cháy 113 [...]... trình tạo hỗn hợp đô ̣ng cơ Diesel 3 xy lanh kết hợp buồng cháy Three Vortex Combustion sử du ̣ng nhiên liê ̣u Biodiesel băng phần m m mô phỏng ANSYS 14.0 HVTH: Ph m Phúc Phát 14 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PH M XUÂN MAI - Đê xuât và c ải tiến động cơ Diesel 3 xy lanh kết hợp buồng cháy Three Vortex Combustion cho phù hợp v́i việc sử dụng nhiên liệu biodiesel nông thôn Việt Nam... và phát thải của động cơ 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy xoáy lốc Tree Vortex, sử dụng phần m m Ricado Wave , kết quả được đăng trong luận văn thạc sĩ, trư ng đại học Bách Khoa, đại học quốc gia TP.HCM, n m 2010 Trần Thanh Vũ, nghiên cứu m phỏng động cơ diesel ba xy lanh phun gián tiếp sử dụng nhiên liệu biodiesel, đề tài đã m phỏng quá trình cháy của các loại nhiên liệu biodiesel từ dầu Jatropha... khoa học nghiên cứu ảnh hư ng khí thải đến sức khỏe con ngư i (Health Effect Institute) Biodiesel là loại nhiên liệu có nguồn gốc sinh học, đã được ki m chứng là loại nhiên liệu thân thiện v́i m i trư ng Lượng khí thải độc hại của nhiên liệu này gi m 50% so v́i nhiên liệu diesel có nguồn gốc hóa thạch (lindhjem et al, 20 03) Việc sử dụng rộng rải nhiên liệu Biodiesel trong tương lai có tác dụng l m gi m. .. Nam 1 .3. 2 Đ iăt ng nghiên c u: Đối tượng nghiên cứu là động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp sử dụng buồng cháy xoáy lốc Three Vortex Combustion dung trong nông thôn Viê ̣t Nam 1.4 Nhi m v và ph m vi nghiên c u c aăđ tài 1.4.1 Nhi m v Đê tai đươ ̣c tâ ̣p trung nghiên cưu vơi những nhi m vụ chính sau : - Nghiên cưu khảo sat đanh gia nhu câu sử du ̣ng đô ̣ng cơ Diesel 3 xy lanh ở Viê ̣t Nam - Nghiên. .. Tuân va Pha m Minh Tuân đã nghiên cưu sử du ̣ng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c biodiesel lam tư m ̃ ca basa va nhiên liê ̣u khí hóa lỏng LPG trên động cơ diesel truyên thông Kêt quả nghiên cưu đươ ̣c đăng trên Ta ̣p chi Khoa ho ̣c Công nghê ̣ Hang Hải sô 21-01/2010 Trương Văn Ngọc, Nghiên Cứu M Phỏng Động Cơ Diesel 3 Xy Lanh Theo Hứng Sử Dụng Nhiên Liệu Sinh Học, đề tài m phỏng quá trình cháy và phát... Nam các thương hiệu kinh doanh và sản xuất động cơ 3 xy lanh g m có các hãng như: ESEKI, SHIBAURU (M y cày SHIBAURA SD18 43 4WD), YANMAR (M y cày YANMAR F20 2WD), HINOMOTO (M y cày HINOMOTO E2604 4WD), KUBOTA Nhưng trong đó về thị phần động cơ 3xy lanh thì hãng Kubota chi m đa số thị phần 1 .3 M cătiêuăvƠăđ iăt Việt Nam.[4] ng nghiên c u 1 .3. 1 M c tiêu nghiên c u: - Thực hiện nghiên cưu m ph ỏng quá trình. .. đã nghiên cứu bức đầu về các phương pháp hòa trộn hỗn hợp khả thi của nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc thực vật, trong buồng cháy của m t động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp Kết quả nhận được cho thấy phương pháp hòa trộn hỗn hợp kiểu 3 vòng xoáy (Three Vortex Combustion System – TVC) tỏ ra rất phù hợp và có tính khả thi cao Kêt quả nghiên cưu đươ ̣c công bô ta ̣i Hội nghị khoa học và công... cơ phun xăng trực tiếp được rút gọn v́i 2 và 3 xy lanh” Kêt quả nghiên cưu đươ ̣c công bô trên ta ̣p c hí SAE n m 2011 Tác giả April Covington, nghiên cứu quá trình hòa trộn, quá trình cháy và phát thải trên động cơ Kubota EA 330 sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC v́i loại nhiên liệu JP8 Kết quả cho thấy rằng sự kết hợp 30 -50% nhiên liệu JP8 vào diesel (J30, HVTH: Ph m Phúc Phát 11 MSHV: 11085246009 Luận... trong việc nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp cháy v́i nhiên liệu Biodiesel trên động cơ KUBOTA 3 xy lanh sử dụng buồng cháy TVC; HVTH: Ph m Phúc Phát 15 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PH M XUÂN MAI đưa ra các giải pháp cải tạo các chi tiết liên quan để nâng cao hiệu quả quá trình hòa trộn nhiện liệu 1.5 Ph ngăpháp nghiên c u  Ph ơng pháp ỏh ng kê, phân tích: bao g m thu thập, phân... Nghiên cứu m t số loại nhiên liệu Biodiesel: tính chất lý-hóa ảnh hư ng đến khả năng hòa trộn trong buồng cháy, độ ô nhi m môi trư ng, khả năng ứng dụng thực tế, phương pháp sản suất và đưa ra thị trư ng - Nghiên cưu m phỏng qua trinh ta ̣o hỗn hơ ̣p cháy trong đô ̣ng cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy TVC, sử du ̣ng nhiên liê ̣u Biodiesel Phân tích và đánh giá kết quả m phỏng - Nghiên . đng cơ 3 xy lanh KUBOTA D17 03- M-E3B)”, đã được thực hiện để góp phần nghiên cứu, cải tiến quá trình hình thành hỗn hợp cháy của nhiên liệu biodiesel trên loi động cơ 3 xy lanh sử dụng buồng cháy. HPăĐNGăCă 3 XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIP CÓ BUNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC), S DNG NHIÊN LIU SINH HC BIO -DIESEL. (THAM KHOăĐNGăC 3 XYLANH KUBOTA D17 03- M-E3B) . quan và khảo sát nhu cầu động cơ 3 xy lanh,  Nghiên cứu sự phân rã của tia phun nhiên liệu và hình thành hỗn hợp cháy trong buồng cháy xoáy lốc, phân tích các đặc tính của nhiên liệu biodiesel,