Nghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn DieselNghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn DieselNghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn DieselNghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn DieselNghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn DieselNghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn DieselNghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn DieselNghiên cứu ảnh hưởng cả B10, E10 và M10 tới trạng thái nhiệt của ống lót xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu cồn Diesel
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN TRỌNG QUÝ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA B10, E10 VÀ M10 TỚI TRẠNG THÁI NHIỆT CỦA ỐNG LÓT XI LANH ĐỘNG CƠ LƯỠNG NHIÊN LIỆU CỒN - DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Thái Nguyên - Năm 2018 ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun, Phòng Đào tạo Khoa kỹ thuật Ơ tơ Máy động lực cho phép thực luận văn Xin cảm ơn Phòng Đào tạo Khoa kỹ thuật Ơ tô Máy động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt q trình tơi học tập làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Trung Kiên hướng dẫn tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi thực hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn lãnh đạo, đồng nghiệp Cơ quan nơi công tác tạo điều kiện động viên tơi suốt q trình học tập Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận văn đồng ý đọc duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích tơi suốt thời gian tơi học tập Tuy nhiên có hạn chế thời gian kiến thức thân nên đề tài tơi nhiều thiếu sót Tơi mong nhận góp ý để luận văn hoàn thiện Học viên iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii Lý chọn đề tài Mục đích đề tài 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn * Ý nghĩa khoa học: * Ý nghĩa thực tiễn: 4 Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nguồn lượng tồn cầu tình trạng lượng 1.2 Yêu cầu nhiên liệu dùng cho động đốt 1.3 Nhiên liệu thay 1.3.1 Phân loại 1.3.2 Giới thiệu nhiên liệu sinh học 1.3.3 Các loại nhiên liệu khác 12 1.4 Viễn cảnh sử dụng nhiên liệu cho động đốt 14 1.5 Tổng quan truyền nhiệt động đốt 15 1.5.1 Truyền nhiệt động 15 1.5.2 Các mơ hình truyền nhiệt 16 1.5.2.1 Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt 16 1.5.2.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 18 iv 1.5.2.3 Trao đổi nhiệt xạ 19 1.5.2.4 Quá trình trao đổi nhiệt tổng quát động 20 1.6 Các nghiên cứu nước liên quan đến nội dung đề tài 21 1.7 Kết luận chương 23 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÔ PHỎNG 24 BẰNG PHẦN MỀM GT-POWER 24 2.1 Giới thiệu phần mềm GT-Power 24 2.1.1 Giới thiệu chung 24 2.1.2 Cửa sổ giao diện 25 2.2 Thư viện phần tử GT-Power 26 2.3 Mơ hình động V12 33 2.3.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình động 33 2.3.2 Xây dựng mơ hình 36 2.3.3 Nhập liệu cho mơ hình 37 2.4 Chạy mơ hình (Run Simulation) 41 2.5 Kết luận chương 41 CHƯƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ V12 42 VÀ TRẠNG THÁI NHIỆT ỐNG LÓT XILANH 42 THEO CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU KHẢO SÁT 42 3.1 Kết tính tốn tiêu cơng tác động V12 42 3.2 Hệ số truyền nhiệt nhiệt độ môi chất công tác sử dụng nhiên liệu D100, B10, E10 M10 47 3.3 Tính tốn trường nhiệt độ ống lót xi lanh động V12 sử dụng D100, B10, E10 M10 49 3.3.1 Mơ hình hình học ống lót xi lanh động V12 49 3.3.2 Các giả thiết điều kiện biên mô hình tính tốn 50 3.4 Kết luận chương 62 v KẾT LUẬN CHUNG 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 68 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải B10 Nhiên liệu pha trộn 10% butanol 90% diesel khoáng E10 Nhiên liệu pha trộn 10% ethanol 90% diesel khoáng M10 Nhiên liệu pha trộn 10% methanol 90% diesel khống CNG Khí nén thiên nhiên LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng GTL Khí hóa lỏng CTL Than đá hóa lỏng P Áp suất mơi chất cơng tác T Nhiệt độ môi chất công tác Hệ số truyền nhiệt BSFC Suất tiêu hao nhiên liệu có ích Hệ số dư lượng không khí IMEP Áp suất thị trung bình BSAC Suất tiêu hao khơng khí có ích vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại nhiên liệu thay cho động đốt Bảng 2.1 Các phần tử mơ hình động V12, [30] 37 Bảng 2.2 Các thông số đầu vào động V12 sử dụng mơ hình, [30] 39 Bảng 3.1 Kết tính tốn tiêu công tác động V12 43 Bảng 3.2 Kết tính tốn so sánh với số liệu nhà sản xuất 44 theo đặc tính ngồi động V12 [30] 44 Bảng 3.3 Một số tính chất D100, B10, E10 M10 [25], [29] 45 Bảng 3.4 Các tiêu công tác động V12 46 sử dụng nhiên liệu D100, B10, E10 M10 46 Bảng 3.5 Thuộc tính vật liệu chế tạo ống lót xi lanh động V12, [30] 52 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Kịch đa dạng hóa nhiên liệu châu Âu [8] Hình 1.2 Các loại nhiên liệu thay dùng cho động đốt [8] 14 Hình 1.3 Sơ đồ phân bố nhiệt độ dòng nhiệt 20 ngang thành vách buồng cháy 20 Hình 1.4 Sơ đồ truyền nhiệt đối lưu tới thành buồng cháy, [2] 20 Hình 2.1 Cửa sổ giao diện GT-Power 26 Hình 2.2 Cửa sổ giao diện nhập liệu cho phần tử xy lanh 27 Hình 2.3 Cửa sổ giao diện nhập liệu cho phần tử cấu phân phối khí 28 Hình 2.4 Cửa sổ giao diện nhập liệu cho phần tử vòi phun 29 Hình 2.5 Cửa sổ giao diện nhập liệu cho phần tử thông số động 30 Hình 2.6 Cửa sổ giao diện nhập liệu cho phần tử đường ống 31 Hình 2.7 Cửa sổ giao diện nhập liệu cho phần tử dòng phân chia 32 Hình 2.8 Các vùng tia phun quy luật đánh số vùng, [2], [9] 34 Hình 2.9 Hệ số trao đổi nhiệt theo góc quay trục khuỷu tính tốn 36 theo phương trình Woschni Hohenberg, [2] 36 Hình 2.10 Mơ hình động V12 37 Hình 3.1 Kết tính tốn Me, Gnl so sánh với số liệu nhà sản xuất 44 theo đặc tính ngồi động V12, [30] 44 Hình 3.2 Diễn biến nhiệt độ môi chất xi lanh động 48 sử dụng nhiên liệu D100, B10, E10 M10 48 Hình 3.3 Hệ số truyền nhiệt từ môi chất tới thành vách buồng cháy 48 sử dụng nhiên liệu D100, B10, E10 M10 48 Hình 3.4 Mơ hình hình học ống lót xi lanh động V12 50 Hình 3.5 Mơ hình miền xi lanh động V12 53 Hình 3.6 Mơ hình trao đổi nhiệt ống lót xi lanh động V12 57 Hình 3.7 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu D100 60 Hình 3.8 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu E10 60 Hình 3.9 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu B10 61 Hình 3.10 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu M10 61 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, với tăng trưởng số lượng xe giới gia tăng ô nhiễm môi trường khí thải độc hại từ động phương tiện Nguồn ô nhiễm gây ảnh hưởng lớn tới sức khỏe sống người, đặc biệt thành phố lớn có mật độ xe giới mật độ dân cư cao Một giải pháp nhằm giải vấn đề sử dụng loại nhiên liệu thay thế, nhiên liệu sinh học có khả tái tạo thân thiện với mơi trường Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học loại phương tiện giai đoạn điều cần thiết Việc nghiên cứu phát triển ứng dụng loại nhiên liệu thay xu hướng chung nhiều nước giới nhằm làm giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, đảm bảo an ninh lượng giảm tác động tới môi trường đặc biệt khí gây hiệu ứng nhà kính Động cháy nén (động diesel) sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: nông nghiệp, giao thông vận tải, máy phát điện… ưu điểm bật hiệu suất cao; nhiên sản phẩm cháy lại chứa nhiều thành phần độc hại với người mơi trường đặc biệt xít ni tơ (NOx) chất ô nhiễm dạng hạt (PM - Particulate Matter) Sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (bio-based fuels) động diesel giải pháp hiệu nhằm giảm phát sinh thành phần độc hại khí xả Một số đó, nhiên liệu cồn (alcohol) nhiên liệu tiềm nhằm giảm phát thải lệ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Alcohol loại nhiên liệu phù hợp để pha trộn với nhiên liệu diesel, chất nhiên liệu lỏng chứa hàm lượng ô xi cao Trong loại nhiên liệu alcohol, nhiện liệu alcohol chứa hàm lượng bon thấp (chứa nguyên tố cacbon) methanol ethanol coi nhiên liệu pha trộn với nhiên liệu diesel khoáng nhận nhiều quan tâm ưu điểm công nghệ sản xuất có hàm lượng xi cao, cải thiện đáng kể đặc tính cháy đặc tính phát thải Tuy nhiên, số cetane thấp nhiệt ẩn bay cao vấn đề hòa trộn làm cản trở việc sử dụng alcohol có hàm lượng bon thấp làm nhiên liệu thay cho động diesel Nhiên liệu alcohol có hàm lượng bon cao (chứa từ nguyên tố bon trở lên) có nhiều triển vọng làm nhiên liệu thay so với nhiên liệu alcohol hàm lượng bon thấp chúng có số cetane nhiệt trị cao khả hòa trộn tốt Hiện có phương pháp phổ biến để hình thành lên chế độ vận hành lưỡng nhiên liệu cồn - diesel (alcohol - diesel) động cháy nén, là: Phun cồn (Alcohol Fumigation): phương pháp này, nhiên liệu alcohol đưa vào đường ống nạp động thơng qua vòi phun chế hòa khí Pha trộn cồn - diesel (alcohol - diesel blend): phương pháp này, nhiên liệu alcohol diesel hòa trộn theo tỷ lệ định trước để tạo thành hỗn hợp đồng sau phun trục tiếp vào xi lanh thơng qua vòi phun Nhũ tương cồn - diesel (Alcohol - diesel emulsification): theo phương pháp này, sử dụng chất chuyển thể sữa để hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu nhằm ngăn chặn phân ly Phun kép (Dual injection): theo đó, sử dụng hệ thống phun riêng rẽ để phun nhiên liệu cồn diesel vào xi lanh Trong phương pháp phun cồn vào đường nạp pha trộn cồn - diesel sử dụng phổ biến Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ cồn đến hiệu suất, đặc tính cháy đặc tính phát thải động diesel [11 29], nhiên cơng trình trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm; số trình bày mơ số thuật tốn chương trình mơ khơng giới thiệu chi tiết; vậy, mơ đặc tính loại động lưỡng nhiên liệu cồn - diesel cần thiết để làm chủ công nghệ, ứng dụng vào thực tiễn Việt Nam nhằm giảm ô nhiễm môi trường từ động diesel lưu hành Như ta biết, tốc độ tỏa nhiệt hỗn hợp cồn - diesel lớn so với nhiên liệu diesel truyền thống thời gian cháy trễ kéo dài nhiên liệu alcohol có chứa hàm lượng xi cao; nhiên vấn đề 56 Quá trình trao đổi nhiệt khu vực vai tựa ống lót xi lanh bao gồm trao đổi nhiệt môi chất công tác với mặt gương xi lanh, trao đổi nhiệt dẫn nhiệt thành với thành khối thân xi lanh, trình trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên thành khối thân xi lanh với khơng khí bên ngồi động trình trao đổi nhiệt đối lưu thành khối thân xi lanh với nước làm mát Trên thực tế, có q trình trao đổi nhiệt dẫn nhiệt thành xi lanh cạnh với khối thân tốn trao đổi nhiệt trở lên phức tạp xác định điều kiện biên toán khu vực tác giả chọn cách gần sau [7]: W 5 = 5000 m K T5 = 550 [K] - Điều kiện biên trao đổi nhiệt vai tựa ống lót xi lanh với khối thân máy - bề mặt số Quá trình trao đổi nhiệt khu vực vai tựa ống lót xi lanh với thành khối thân xi lanh bao gồm nhiều trình phức tạp q trình trao đổi nhiệt píttơng với mặt gương xi lanh, trao đổi nhiệt tiếp xúc thành xi lanh với thành khối thân xi lanh, trao đổi nhiệt tiếp xúc thành khối thân xi lanh với thành xi lanh máy bên cạnh trao đổi nhiệt đối lưu thành khối thân xi lanh với khơng khí bao quanh Do xác định điều kiện biên toán khu vực tác giả chọn cách gần sau [7]: W 6 = 5000 m K T6 = 343 [K] Để phù hợp với việc tính tốn, coi q trình trao đổi nhiệt q trình tựa tĩnh, , T q nhận giá trị trung bình tương đương định đó, cho tổng lượng nhiệt mà môi chất truyền cho xi lanh tương đương với tổng lượng nhiệt mà bề mặt gương xi lanh nhận chu trình cơng tác 57 chế độ làm việc ổn định động mà ta cần tính tốn Để xác định điều kiện biên hệ số trao đổi nhiệt, nhiệt độ làm thơng số đầu vào tính toán trường nhiệt độ phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) dựa phần mềm ANSYS [6] ta chia bề mặt trao đổi nhiệt ống lót xi lanh thành vùng hình 3.6 Các vùng chia dựa sở tính tốn chu trình cơng tác động cơ, mối tương quan bề mặt pít tơng thành xi lanh pít tông điểm chết ÐCT Sp 208.8 ÐCD 60 Hình 3.6 Mơ hình trao đổi nhiệt ống lót xi lanh động V12 Các trình trao đổi nhiệt bao gồm: + Q trình trao đổi nhiệt mơi chất công tác với thành xi lanh (1, T1); + Bề mặt thành xi lanh có kể đến q trình trao đổi nhiệt môi chất công tác với thành xi lanh, dẫn nhiệt từ cụm xéc măng tới thành xi lanh (2, T2); + Bề mặt thành xi lanh có kể đến q trình trao đổi nhiệt mơi chất công tác với thành xi lanh, dẫn nhiệt từ cụm xéc măng thân pít tơng tới thành xi lanh (3, T3); + Bề mặt thành xi lanh có kể đến q trình trao đổi nhiệt mơi chất cơng tác với thành xi lanh, dẫn nhiệt từ cụm xéc măng, thân pít tơng tới thành xi lanh trao đổi nhiệt khí lọt với thành xi lanh (4, T4, 5, T5, 6, T6, 7, T7); 58 + Bề mặt thành xi lanh có kể đến q trình trao đổi nhiệt thân pít tơng với thành xi lanh, trao đổi nhiệt khí lọt với thành xi lanh (8, T8); + Bề mặt xi lanh kể đến trình trao đổi nhiệt ống lót với khí lọt bên te (9, T9); + Quá trình trao đổi nhiệt vai tựa ống lót xi lanh với khối thân máy (10, T10); + Quá trình trao đổi nhiệt ống lót với nước làm mát (11, T11); + Quá trình trao đổi nhiệt vai tựa ống lót xi lanh với khối thân máy (12, T12) Từ giá trị hệ số trao đổi nhiệt tức thời tính theo cơng thức Hohenberg, hệ số trao đổi nhiệt trung bình nhiệt độ trung bình cho tồn q trình xác định sau: 720 d 720 720 T T d 720. đó: , [W/m2.K] (3.2) , [K] (3.3) - Góc quay trục khuỷu, [độ] Hệ số trao đổi nhiệt môi chất công tác với bề mặt gương xi lanh nhiệt độ môi chất công tác buồng cháy theo góc quay trục khuỷu xác định tính tốn chu trình cơng tác phần mềm GT-Power trình bày mục 3.2 Dựa vào kết tính tốn phương pháp tích phân đồ thị ta xác định giá trị hệ số trao đổi nhiệt (i - [W/m2.K]) nhiệt độ tương ứng với vùng ống lót (Ti - [K]) tiếp xúc với mơi chất cơng tác Ngồi ra, giá trị hệ số trao đổi nhiệt nhiệt độ vùng mặt gương xi lanh trình truyền nhiệt phần đầu pít tơng sau [43], [44]: 390 30 360 1 1 d d d d 120 360 -30 330 [W/m2.K] 59 390 30 1 d d 120 330 -30 [W/m2.K] 30 390 T1 0,8 Td Td -30 120.1 330 [K] 420 -30 60 330 1 2 d d d d 120 390 -60 30 300 [W/m2.K] -30 60 330 420 T2 0,8 Td Td Td Td -60 30 300 120. 390 [K] 3 450 -60 90 300 1 d d d d 120 420 -90 60 270 [W/m2.K] -60 90 300 450 T3 0,8 Td Td Td Td 120. 420 -90 60 270 [K] 480 -90 120 270 1 4 d d d d 120 450 -120 90 240 [W/m2.K] -90 120 270 480 T4 0,8 Td Td Td Td 120. 450 -120 90 240 [K] 510 -120 150 240 1 5 d d d d 120 480 -150 120 210 [W/m2.K] -120 150 240 510 T5 0,8 Td Td Td Td 120. 480 -150 120 210 [K] 540 -150 180 210 1 6 d d d d 120 510 -180 150 180 [W/m2.K] 540 -150 210 1 d d d 120 510 -180 150 -150 210 540 T6 0,8 Td Td Td -180 150 120. 510 [W/m2.K] [K] 60 Với điều kiện biên xác định, thơng qua chương trình tính tốn trường nhiệt độ ống lót xi lanh phần mềm ANSYS viết dạng ngôn ngữ tham số hóa thiết kế (APDL - ANSYS Parametric Design Language) ta thu kết chế độ khảo sát ứng với loại nhiên liệu khác hình từ hình 3.7 đến hình 3.10 Chương trình tính tốn trường nhiệt độ ống lót xi lanh ứng với trường hợp cụ thể giới thiệu chi tiết phần phụ lục luận văn 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =333.669 SMX =470.744 STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =333.669 SMX =470.744 JUL 25 2018 21:52:33 333.669 MX 348.899 MN Y NODAL SOLUTION MX JUL 25 2018 21:53:43 333.669 348.899 364.13 364.13 379.361 379.361 394.591 394.591 409.822 409.822 425.052 425.052 440.283 440.283 455.513 455.513 470.744 470.744 X Z TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-D100 TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-D100 Hình 3.7 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu D100 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =337.258 SMX =496.17 JUL 25 2018 22:07:06 337.258 MX 354.915 MN Y NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =337.258 SMX =496.17 JUL 25 2018 22:07:53 337.258 354.915 372.572 372.572 390.229 390.229 407.886 407.886 425.543 425.543 443.2 443.2 460.857 460.857 478.513 478.513 496.17 496.17 X Z TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-E10 TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-E10 Hình 3.8 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu E10 61 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =337.258 SMX =488.083 337.258 MX 354.017 MN Y NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =337.258 SMX =488.083 MX JUL 25 2018 22:19:46 JUL 25 2018 22:20:18 337.258 354.017 370.775 370.775 387.533 387.533 404.291 404.291 421.05 421.05 437.808 437.808 454.566 454.566 471.324 471.324 488.083 488.083 X Z TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-B10 TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-B10 Hình 3.9 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu B10 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =337.258 SMX =481.278 JUL 25 2018 22:27:41 337.258 MX 353.261 MN Y NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 TEMP (AVG) RSYS=0 SMN =337.258 SMX =481.278 JUL 25 2018 22:28:08 337.258 353.261 369.263 369.263 385.265 385.265 401.267 401.267 417.269 417.269 433.271 433.271 449.273 449.273 465.276 465.276 481.278 481.278 X Z TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-M10 TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12-M10 Hình 3.10 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu M10 Nhận xét: Qua kết tính tốn trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu D100, E10, B10 M10 rút số kết luận sau: + Quy luật phân bố trường nhiệt độ trường hợp phù hợp với nghiên cứu lý thuyết cơng bố, nhiệt độ thay đổi theo chiều dài xi lanh theo quy luật giảm dần từ vai tựa xuống phía tiếp xúc với khí lọt te theo phương hướng kính từ phía mặt gương xi lanh mặt tiếp xúc với nước làm mát + Khi pha thêm alcohol vào nhiên liệu diesel khoáng, nhiệt độ cực đại ống lót tăng là: E10: 5,4%; B10: 3,7% M10: 2,23% Có thể nhận thấy, thêm alcohol vào nhiên liệu khoáng thay đổi nhiệt độ cực đại bề mặt gương xi lanh không nhiều, điều cho phép động chuyển sang vận hành lưỡng nhiên liệu diesel - alcohol đảm bảo an toàn 62 3.4 Kết luận chương - Trên sở mơ hình số liệu động V12 xây dựng hiệu chỉnh mơ hình mơ động có độ xác tin cậy Các giá trị mô khác với giá trị nhà sản xuất nằm giới hạn cho phép, với sai số tương đối lớn 7,34% - Trên sở tính chất nhiên liệu D100, E10, B10 M10, thông qua mô mơ hình thiết lập phần mềm GT-Power nhận thấy: + Cơng suất có ích động có sụt giảm nhẹ, chẳng hạn sử dụng B10 4%, E10 5,5% M10 7,7% Tuy nhiên, suất tiêu hao nhiên liệu có chiều hướng tăng lên thêm alcohols 4,3%, 5,7% 8,3%; điều nhiệt trị nhiên liệu B10, E10 M10 thấp so với diesel khoáng + Áp suất cực đại hỗn hợp diesel-alcohols cao so với sử dụng diesel khoáng + Khi thêm alcohol vào diesel làm tăng nhẹ hàm lượng phát thải NOx, gây giảm đáng kể chất nhiễm khác CO, HC CO2 - Khi pha thêm alcohol vào nhiên liệu diesel khoáng, nhiệt độ cực đại ống lót tăng là: E10: 5,4%; B10: 3,7% M10: 2,23% Có thể nhận thấy, thêm alcohol vào nhiên liệu khoáng nhiệt độ cực đại bề mặt gương xi lanh thay đổi ít, điều cho phép động chuyển sang vận hành chế độ lưỡng nhiên liệu diesel - alcohol đảm bảo an toàn 63 KẾT LUẬN CHUNG Qua thời gian nghiên cứu, luận văn thực xong nội dung đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng B10, E10 M10 tới trạng thái nhiệt ống lót xi lanh động lưỡng nhiên liệu cồn - diesel”, q trình tính tốn mơ khảo sát đưa số kết luận sau: Cơng suất có ích động có sụt giảm nhẹ, chẳng hạn sử dụng B10 4%, E10 5,5% M10 7,7% Tuy nhiên, suất tiêu hao nhiên liệu có chiều hướng tăng lên thêm alcohols 4,3%, 5,7% 8,3%; điều nhiệt trị nhiên liệu B10, E10 M10 thấp so với diesel khoáng Áp suất cực đại hỗn hợp diesel - alcohols cao so với sử dụng diesel khoáng Khi thêm alcohol vào diesel làm tăng nhẹ hàm lượng phát thải NOx, gây giảm đáng kể chất ô nhiễm khác CO, HC CO2 (chất gây hiệu ứng nhà kính) Khi pha thêm alcohol vào nhiên liệu diesel khoáng giảm phát thải chất ô nhiễm từ động không làm ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất công suất có ích động Ngồi ra, pha thêm alcohol giúp ta tâp trung giải pháp xử lý NOx hiệu chất ô nhiễm dạng hạt PM giảm đáng kể, giảm PM tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu (A/F) thấp chế độ tải lớn lượng xy có sẵn nhiên liệu diesel - alcohol Bởi vì, động diesel kiểm sốt phát thải NOx PM đồng thời nguồn phát khó khăn Chính vậy, thêm nhiên liệu có tính xi hóa vào nhiên liệu diesel khống gần lựa chọn tốt cho động diesel, đặc biệt giảm sử dụng xử lý khí thải đắt tiền sau nguồn phát sinh Khi pha thêm alcohol vào nhiên liệu diesel khoáng, nhiệt độ cực đại ống lót tăng là: E10: 5,4%; B10: 3,7% M10: 2,23% Có thể nhận thấy, thêm alcohol vào nhiên liệu khoáng nhiệt độ cực đại bề mặt gương xi lanh thay đổi ít, điều cho phép động chuyển sang vận hành chế độ lưỡng nhiên liệu diesel - alcohol đảm bảo an tồn 64 Hướng phát triển đề tài: + Xác định tỷ lệ hòa trộn alcohol - diesel lớn tồn vùng làm việc động + Nghiên cứu ảnh hưởng thêm alcohol có số nguyên tử bon > vào diesel khoáng đến tiêu công tác phát thải động Do khả điều kiện kinh phí có hạn, trang thiết bị thực nghiệm không đảm bảo nên kết luận văn có sai sót, hạn chế định, mong giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy bạn đồng nghiệp 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Vũ Quốc Anh, Phạm Thanh Hoan (2006), "Tính tốn kết cấu phần mềm ANSYS", NXB Xây dựng [2] Nguyễn Trung Kiên (2016), "Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ tăng áp đến phụ tải nhiệt động diesel cường hóa”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật [3] Hà Quang Minh (1992), "Những nội dung nghiên cứu tính tốn chu trình cơng tác động cơ", Học viện Kỹ thuật Quân [4] Hà Quang Minh (2001), "Phương pháp tính tốn chu trình cơng tác động cơ", giáo trình Cao học, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội [5] Hà Quang Minh (2002), “Lý thuyết động đốt trong”, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội [6] Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn Định Giang (2003), "Giải toán kỹ thuật chương trình ANSYS", NXB Khoa học Kỹ thuật [7] Trần Văn Tế (1997), "Bài giảng sau đại học: Trao đổi nhiệt động đốt trong", ĐHBK Hà Nội [8] Lê Anh Tuấn, Phạm Hữu Tuyến, Văn Đình Sơn Thọ (2017), “Nhiên liệu thay dùng cho động đốt trong”, NXB ĐHBK Hà Nội Tiếng Anh [9] Gamma Technologies (2016), GT-Power Tutorial Ver 7.3 [10] Ghazi A.Karim (2015), "Dual-Fuel diesel engines", CRC Press, Taylor & Francis Group [11] Nadir Yilmaz, Alpaslan Atmanli (2017), “Experimental evaluation of a diesel engine running on the blends of diesel and pentanol as a next generation higher alcohol”, Elsevier [12] T Balamurugan, R Nalini (2014), "Experimental investigation on performance, combustion and emission characteristics of four stroke diesel engine using diesel blended with alcohol as fuel", Elsevier 66 [13] H.K Imdadul, H.H Masjuki, etc (2015), “Higher alcohol–biodiesel–diesel blends: An approach for improving the performance, emission, and combustion of a light-duty diesel engine”, Elsevier [14] M.S.M Zaharin, N.R Abdullah, etc (2017), "Effects of physicochemical properties of biodiesel fuel blends with alcohol on diesel engine performance and exhaust emissions: A review", Elsevier [15] B Rajesh Kumar, S Saravanan, D Rana, A Nagendran (2016), "A comparative analysis on combustion and emissions of some next generation higher-alcohol: diesel blends in a direct-injection diesel engine", Elsevier [16] Arkadiusz Jamrozik (2017), "The effect of the alcohol content in the fuel mixture on the performance and emissions of a direct injection diesel engine fueled with diesel-methanol and diesel-ethanol blends", Elsevier [17] Ambarish Datta, Bijan Kumar Mandal (2015), "Impact of alcohol addition to diesel on the performance combustion and emissions of a compression ignition engine", Elsevier [18] M Abu-Qudais, O Haddad, M Qudaisat (1999), "The effect of alcohol fumigation on diesel engine performance and emissions", Energy Conversion & Management 41 [19] Satish Kumar, Jae Hyun Cho, Jaedeuk Park, Il Moon (2013), "Advances in diesel–alcohol blends and their effects on the performance and emissions of diesel engines", Elsevier [20] B Rajesh Kumar, S Saravanan (2016), "Use of higher alcohol biofuels in diesel engines: A review", Elsevier [21] A Imran, M Varman, H.H Masjuki, M.A Kalam (2013), "Review on alcohol fumigation on diesel engine: A viable alternative dual fuel technology for satisfactory engine performance and reduction of environment concerning emission", Elsevier [22] Wojciech Tutak, etc (2015), "Alcohol–diesel fuel combustion in the compression ignition engine", Fuel, Elsevier 67 [23] M Abu-Qudais, O Haddad, M Qudaisat (1999), "Effect of alcohol fumigation on diesel engine performance", Energy Conversion & Management 41 [24] Chunde Yao, Wang Pan, AnrenYao (2017), "Methanol fumigation in compression-ignition engines: A critical review of recent academic and technological developments", Fuel, Elsevier [25] Arkadiusz Jamrozik (2017), "The effect of the alcohol content in the fuel mixture on the performance and emissions of a direct injection diesel engine fueled with diesel-methanol and diesel-ethanol blends", Energy Conversion & Management, Elsevier [26] Z.H Zhang, C.S Cheung, T.L Chan, C.D Yao (2009), "Experimental investigation of regulated and unregulated emissions from a diesel engine fueled with Euro V diesel fuel and fumigation methanol", Atmospheric Environment, Elsevier [27] Xinlei Liu, etc (2016), "Development of a combined reduced primary reference fuel-alcohol (methanol-ethanol-propanols-butanols-n-pentanol) mechanism for engine applications", Energy, Elsevier [28] Z.H Zhang, C.S Cheung, T.L Chan, C.D Yao (2013), “Influence of fumigation methanol on the combustion and particulate emissions of a diesel engine", Fuel, Elsevier [29] A Osman Emiroglu, Mehmet, Sen (2017), “Combustion, performance and emission characteristics of various alcohol blends in a single cylinder diesel engine”, Fuel, Elsevier Tiếng Nga [30] Двигатели В-2 и В-6 Техническое описание М.: Военное издательство, 1975 68 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TRẠNG THÁI NHIỆT ỐNG LĨT XI LANH DỰA TRÊN NGƠN NGỮ THAM SỐ HĨA THIẾT KẾ TRONG ANSYS ! Chương trình tổng qt tính tốn trường nhiệt độ ống lót xi lanh động V12 trình bày sau: FINISH /CLEAR /Title, TRUONG NHIET DO ONG LOT XILANH DONG CO V12 /FILNAME, XILANH_V12 /Prep7 KEYW,Thermal,1 /PMETH,STAT,0 !Xây dựng mơ hình hình học ống lót xi lanh động V12 K,1,0,0,0 K,2,78.5,0,0 K,3,78.5,64,0 K,4,79,64,0 K,5,79,82.3,0 K,6,82,82.3,0 K,7,82,122.3,0 K,8,81,122.3,0 K,9,81,259,0 K,10,82.5,259,0 K,11,82.5,268,0 K,12,86,268,0 K,13,86,275,0 K,14,77.5,275,0 K,15,77.5,276.8,0 K,16,75,276.8,0 K,17,75,268.8,0 K,18,75,238.8,0 K,19,75,208.8,0 K,20,75,178.8,0 K,21,75,148.8,0 K,22,75,118.8,0 K,23,75,88.8,0 K,24,75,0,0 K,25,0,280,0 L,2,3 L,3,4 L,4,5 L,5,6 L,6,7 L,7,8 L,8,9 L,9,10 69 L,10,11 L,11,12 L,12,13 L,13,14 L,14,15 L,15,16 L,16,17 L,17,18 L,18,19 L,19,20 L,20,21 L,21,22 L,22,23 L,23,24 L,24,2 LGLUE,ALL AL,ALL VROT,ALL,,,,,,1,25,90,1 /VIEW,1,-2,1,1 !KHAI BAO KIEU PHAN TU /TYPE ET,1,SOLID90 !KHAI BAO VAT LIEU MPTEMP,1,20,100,200,300,400,500 MPTEMP,7,600,700,800 MPDATA,C,1,2,496,517,533,546,575,609 MPDATA,C,1,8,638,676 MPDATE,DENS,1,1,7710,7710,7710,7710,7710,7710 MPDATE,DENS,1,7,7710,7710,7710 MPDATA,KXX,1,1,33*10E-3,33*10E-3,32*10E-3,31*10E-3,20*10E-3,20*10E-3 MPDATA,KXX,1,7,28*10E-3,27*10E-3,27*10E-3 MPDATA,ALPX,1,2,11.5*10E-6,11.8*10E-6,12.7*10E-6,13.4*10E-6,13.9*10E-6,14.7*10E-6 MPDATA,ALPX,1,8,14.9*10E-6 MPDATA,ALPY,1,2,11.5*10E-6,11.8*10E-6,12.7*10E-6,13.4*10E-6,13.9*10E-6,14.7*10E-6 MPDATA,ALPY,1,8,14.9*10E-6 MPDATA,ALPZ,1,2,11.5*10E-6,11.8*10E-6,12.7*10E-6,13.4*10E-6,13.9*10E-6,14.7*10E-6 MPDATA,ALPZ,1,8,14.9*10E-6 !DAT TAI LEN MO HINH TUNIF,400 SFA,16,,CONV,16,T16 SFA,17,,CONV,17,T17 SFA,18,,CONV,18,T18 SFA,19,,CONV,19,T19 SFA,20,,CONV,20,T20 SFA,21,,CONV,21,T21 70 SFA,22,,CONV,22,T22 SFA,23,,CONV,22,T23 SFA,2,,CONV,2,T2 SFA,4,,CONV,4,T4 SFA,6,,CONV,6,T6 SFA,8,,CONV,8,T8 SFA,10,,CONV,10,T10 SFA,12,,CONV,12,T12 LSWRITE,SO1 !CHIA LUOI ESIZE,6 VSWEEP,ALL FINISH /SOLU !XAC DINH KIEU PHAN TICH ANTYPE,0,NEW NROPT,AUTO CNVTOL,TEMP,300,0.0005 SOLVE FINISH /POST1 PLNSOL,TEMP,,,1 ... cứu ảnh hưởng hỗn hợp nhiên liệu cồn - diesel tới trạng thái nhiệt chi tiết bao quanh buồng cháy cần thiết Chính vậy, tác giả lựa chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng B10, E10 M10 tới trạng thái nhiệt. .. lanh động V12 57 Hình 3.7 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu D100 60 Hình 3.8 Trường nhiệt độ ống lót xi lanh sử dụng nhiên liệu E10 60 Hình 3.9 Trường nhiệt độ ống lót xi. .. pha trộn cồn 10% (B10 - 10% Butanol; E10 - 10% Ethanol M10 - 10% Methanol) đến trạng thái nhiệt ống lót xi lanh động lưỡng nhiên liệu cồn - diesel - Xây dựng mơ hình động lưỡng nhiên liệu (bằng