Mô phỏng quá trình cháy của hỗn hợp phân lớp xăng ethanol trên động cơ đánh lửa cưỡng bức Mô phỏng quá trình cháy của hỗn hợp phân lớp xăng ethanol trên động cơ đánh lửa cưỡng bức Mô phỏng quá trình cháy của hỗn hợp phân lớp xăng ethanol trên động cơ đánh lửa cưỡng bức luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG MƠ PHỎNG Q TRÌNH CHÁY HỖN HỢP PHÂN LỚP XĂNG – ETHANOL TRÊN ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC Sinh viên thực hiện: PHẠM VĂN THẮNG Đà Nẵng – Năm 2018 TÓM TẮT Tên đề tài: Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Sinh viên thực hiện: Phạm văn Thắng Số thẻ SV: 103130089 Lớp: 13C4A Đề tài tập trung việc tìm hiểu thực mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Đề tài xây dựng từ nhiều kiến thức chun ngành phục vụ việc tính tốn mơ Chương 1: Tổng quan đề tài Giới thiệu động sử dụng hệ thống phun tạo phân lớp hỗn hợp xăng-ethanol Chương 2: Cơ sở lý thuyết động đánh lửa cưỡng Trình bày chu trình làm việc động đánh lửa cưỡng bức, sở lý thuyết mơ q trình cháy Chương 3: Lập quy trình tính tốn, xây dựng mơ hình 3D buồng cháy điều kiện biên phần mềm Ansys Fluent Giới thiệu phần mềm Ansys Fluent động Daewoo Trình bày việc lập quy trình tính tốn để từ xây dựng mơ hình buồng cháy phần mềm Catia xác định điều kiện biên tốn Chương 4: Kết mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Trình bày kết ảnh hưởng tỉ lệ ethanol gốc đánh lửa đến chu trình làm việc động ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG VIỆT NAM Độclập - Tự - Hạnhphúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Văn Thắng Số thẻ sinh viên: 103130079 Lớp: 13C4A Khoa: Cơ Khí Giao Thơng Ngành: Kỹ Thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Đề tài thuộc diện : Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Theo catalog động Daewoo 1.6L DOHC Theo tài liệu tham khảo Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Tổng quan đề tài - Cơ sở lý thuyết động đánh lửa cưỡng - - Lập quy trình tính tốn, xây dựng mơ hình 3D buồng cháy, mơ hình lưới, điều kiện biên mơ q trình cháy động Daewoo 1.6L DOHC phần mềm ANSYS Fluent Kết mô trình cháy hỗn hợp xăng-ethanol tạo phân lớp động đốt cháy cưỡng Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): STT Tên vẽ Số lượng / loại giấy Mặt cắt dọc động 1/A3 Mơ hình hình học buồng cháy dộng 1/A3 Lưu đồ quy trình tính tốn 1/A3 Kết mô 5/A3 Tổng 8/A3 Họ tên người hướng dẫn: Ths Nguyễn Quang Trung Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/2/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 25/5/2017 Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2018 Trưởng Bộ Môn: Máy Động Lực Người hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên ) Ths Nguyễn Quang Trung LỜI NÓI ĐẦU Động đánh lửa cưởng ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sống, có nhược điểm: khả phát thải khí gây nhiểm lớn khan nhiên liệu hóa thạch ảnh hưởng đến giá nhiên liệu Ngày trước yêu cầu thiết nhân loại cụ thể vấn đề tiết kiệm nhiên liệu, hạn chế tối thiểu việc gây ô nhiễm môi trường,… Các nhà sản xuất động sử dụng nhiên liệu thay biện pháp phổ biến Nhiện liệu sinh học loại nhiên liệu tái sinh gây ô nhiểm môi trường Các loại nhiên liệu sinh học sử dụng rỗng rãi ethanol, biogas, biodiesel… Thì động đánh lửa cưỡng thường dùng hỗn hợp nhiên liệu biogasoline (hỗn hợp ethanol xăng) loại nhiên liệu có nguồn gốc trồng nên có số lợi ích: an tồn lượng, giá nhiên liệu thấp, giảm khí thải CO2, tái sinh nông nghiệp, tạo thêm nhiều việc làm cho nông dân bảo vệ lớp đất bề mặt Nhưng nhược điểm loại nhiên liệu giảm công suất động phát thải lượng khí NOx cao sử dụng nhiều ethanol Chính mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng để từ đánh giá yếu tố ảnh hưởng trình cháy mà đề tài thành phần hỗn hợp nhiên liệu nhiệt độ khí nạp Dựa sở để xác định điều kiện vận hành cho động thực nghiệm lựa chọn tỉ lệ ethanol gốc đánh lửa tối ưu để sử dụng thực tế Đề tài “Mô trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng bức.” sử dụng phương pháp phân tích điều kiện ban đầu để tính tốn điều kiện biên q trình sau sử dụng Ansys Fluent mô cho kết trình cháy động Đề tài tài liệu sinh viên khí động lực, hướng mở rộng sau cho đề tài nghiên cứu khác Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình Th.S Nguyễn Quang Trung thầy cô khoa giúp đỡ em hoàn thành đề tài Trong thời gian thực đề tài thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên q trình thực khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Em mong giúp đỡ, ý kiến đóng góp q thầy tất bạn để đề tài hoàn thiện i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “ Mô trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng bức.” thực dựa giúp đỡ giáo viên hướng dẫn thu thập kiến thức từ tài liệu tham khảo Đề tài đảm bảo tính liêm học thuật Sinh viên thực ii MỤC LỤC TÓM TẮT i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU 69 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 71 1.1 Giới thiệu hệ thống phun nhiên liệu tạo phân lớp FSI 71 1.2 Giới thiệu nhiên liệu xăng-ethanol 71 1.2.1 Tính chất nhiên liệu xăng [3] 71 1.2.1.1 Chỉ tiêu chất lượng xăng động đốt cháy cưỡng 71 1.2.1.2 Thành phần hóa học xăng 72 1.2.2 Tính chất nhiên liệu ethanol [3] 73 1.2.3 Đánh giá số tiêu xăng ethanol 74 1.2.3.1 Về sô octane 74 1.2.3.2.Về hàm lượng oxi 75 1.2.3.3 Độ bay nhiệt hóa 75 1.2.3.4 Thành phần nước 75 1.2.3.5 Nhiệt trị lượng riêng 75 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC 77 2.1 Chu trình làm việc động đánh lửa cưỡng [1] 77 2.1.1 Quá trình nạp 77 2.1.1.1 Khái niệm chung thông số 77 2.1.1.2 Hệ số nạp 79 2.1.2 Quá trình nén 80 2.1.2.1 Diễn biến thông số của trình nén 80 2.1.2.2 Những yếu tố gây ảnh hưởng đến n1 trung bình: 81 2.1.3 Quá trình cháy động đánh lửa cưỡng 82 2.1.3.1 Diễn biến bình thường trình cháy 82 iii 2.1.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới trình cháy động đánh lửa cưỡng 84 2.1.4 Quá trình giãn nở 86 2.1.5 Quá trình thải 88 2.2 Lý thuyết mơ q trình cháy 89 2.2.1 Chu trình nhiệt động động đốt 89 2.2.2 Cơ sở xác định thông số hịa khí 90 2.2.2.1 Hệ số tương đương [4] 90 2.2.2.2 Quy luật truyền nhiệt [4] 91 2.2.2.3 Quy luật trao đổi chất [4] 91 2.2.2.4 Nhiệt động học tia phun 92 2.2.2.5 Nhiệt động môi chất 92 2.2.3 Mơ hình tính tốn chu trình nhiệt động đốt 93 2.2.3.1 Sơ đồ thuật tốn tính nhiệt động học động đốt 93 2.2.3.2 Mơ hình 3D-CFD tính tốn q trình cháy động đốt 94 2.2.3.2 Hệ phương trình vi phân sử dụng mơ 3D-CFD 96 2.2.4 Nhiệt động học phản ứng 99 2.2.4.1 Nhiệt động hỗn hợp 99 2.2.4.2 Nhiệt động phản ứng 100 2.2.4.3 Mơ hình cháy hai khu vực lửa rối 101 Chương 3: LẬP QUY TRÌNH TÍNH TỐN, XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D BUỒNG CHÁY VÀ ĐIỀU KIỆN BIÊN MƠ PHỎNG Q TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC 103 3.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS Fluent 103 3.2 Giới thiệu động Daewoo 1.6L DOHC 104 3.2.1 Giới thiệu động 104 3.2.2 Tính lượng nhiên liệu xăng- ethanol cung cấp cho động hệ số tương đương 106 3.2.2.1 Tính lượng nhiên liệu xăng-ethanol cung cấp cho động ( phun đường nạp) 106 3.2.2.2 Tính tốn lượng nhiên liệu xăng- ethanol cung cấp cho động (phun nhiên liệu trực tiếp) 107 3.3 Lập quy trình tính tốn, xây dựng mơ hình 3D buồng cháy mơ hình lưới, điều kiện biên mơ trình cháy động Daewoo 1.6L DOHC 107 3.3.1 Lập quy trình tính tốn [26] 108 3.3.2 Xây dựng mơ hình 3D buồng cháy mơ hình lưới Ansys 110 iv 3.3.2.1 Xây dựng mơ hình 3D buồng cháy 110 3.3.2.2 Xây dựng mô hình lưới ANSYS 110 3.3.3 Điều kiện biên 111 Chương 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Q TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ PHUN NHIÊN LIỆU TẠO PHÂN LỚP HỖN HỢP XĂNG-ETHANOL 113 4.1 Phun nhiên liệu đường nạp 113 4.1.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến áp suất xilanh động 113 4.1.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xilanh 114 4.1.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng NO sinh trình cháy 116 4.1.4 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng CO2 tạo 117 4.1.5 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí O2 sử dụng 118 4.2 Phun nhiên liệu trực tiếp: Xăng phun trực tiếp, ethanol phun gián tiếp 119 4.2.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến áp suất xilanh động 119 4.2.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xilanh 120 4.2.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng NO sinh trình 121 cháy 121 4.2.4 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến phát thải khí CO2 122 4.2.5 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí O2 sử dụng 123 KẾT LUẬN 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU: Vc : thể tích buồng cháy θs: góc đánh lửa sớm Va: thể tích tồn phần n1: số nén đa biến trung bình D: đường kính piston S: Hành trình piston k: số đoạn nhiệt pz: áp suất cực đại q trình cháy pr: áp suất khí sót pth: áp suất sản vật cháy đường thải pk: áp suất môi chất trước xupap nạp Tz: nhiệt độ cực đại trình cháy Ɛ: tỉ số nén α: hệ số dư lượng khơng khí Tk: nhiệt mơi chất trước xupap nạp Tr: nhiệt độ khí sót pa: áp suất mơi chất cuối q trình nạp Ta: nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp γr: hệ số khí sót ηv: hệ số nạp ϕ: hệ số tương đương gct: lượng nhiên liệu cung cấp cho động chu trình n: tốc độ động CHỮ VIẾT TẮT: ECU: Bộ điều khiển trung tâm EFI : Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử ĐCT: Điểm chết ĐCD: Điểm chết DOHC: Hệ thống phân phối khí trục cam FSI :Hệ thống phun tạo phân lớp vi Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Bảng 3.3: Dữ liệu tính tốn động Daewoo 1.6L DOHC Thông số Giá trị Đơn vị Số vịng quay 3250 Vịng/phút Nhiệt độ khí nạp Tk1 300 Tk2 315 Tk3 330 Nhiệt độ thành xi lanh, piston, đường nạp, K 500 K Áp suất khí nạp 105 Pa Thành phần oxy có khơng khí 23 % thân xupap Thời điểm bắt đầu phun Ethanol 15 xăng 30 Thời gian phun Lưu lượng phun nhiên liêu Độ 48 Ethanol 0,0035 xăng 0,0035 kg/s Góc đánh lửa sớm (θs) 13 Độ Thời gian đánh lửa 0,001 s Năng lượng đánh lửa 0,1 J Vị trí đánh lửa Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Phương x -10 Phương y Phương z Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung mm 112 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Chương 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Q TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ PHUN NHIÊN LIỆU TẠO PHÂN LỚP HỖN HỢP XĂNG-ETHANOL Kết tính tốn mơ q trình cháy xilanh động phân tích cơng cụ ANSYS CFD-Post ANSYS CFD-Post, sau cập nhật kết tính toán Fluent truy xuất số liệu nhiệt độ, áp suất trung bình,… hỗn hợp sản phẩm trình cháy động theo góc quay trục khuỷu (Crankshaft Angle - CA) 4.1 Phun nhiên liệu đường nạp 4.1.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến áp suất xilanh động p(bar) 60 50 40 30 20 10 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 405 420 435 450 ϕ (độ) a, p(bar) 60 50 40 30 20 10 330 345 360 375 390 θs=35° θs=30° θs=25° θs=20° θs=15° θs=10° 450 ϕ (độ) b, Hình 4.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến áp suất a, E20 ; b, E30 Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 113 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Góc đánh lửa Áp suất cực đại(bar) Tại góc sớm E20 E30 E20 E30 θs=35° 56,3 57,08 362,9 362,9° θs=30° 54,15 54,4 θs=25° 50,34 50,72 365,9 370,9 366,9° 370,9° θs=20° 45,74 45,8 374,9 374,9° θs=15° 38,88 38,84 380,9 380,9° θs=10° 30,11 30,15 387,9 387,9° Bảng 4.1 Vị trí áp suất cực đại theo góc đánh lửa sớm Từ hình 4.1 bảng 4.1 ta dễ nhận thấy gốc đánh lửa gần ĐCT áp suất cực đại giảm, thấy đánh lửa sớm θs=35° áp suất cực đại sinh lớn gần ĐCT Vì làm tăng phần cơng tiêu hao cho trình nén, đánh lửa muộn áp suất cực đại nhỏ xa ĐCT làm giảm công suất động 4.1.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xilanh T(°K) 2500 2000 1500 1000 500 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 405 420 θs=30° θs=15° θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) a, Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 114 T(K) Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 330 345 360 375 390 405 420 θs=35° θs=30° θs=25° θs=20° θs=15° θs=10° 435 450 ϕ (độ) b, Hình 4.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xi lanh a, E20 ; b, E30 Góc đánh lửa sớm Nhiệt độ cực đại(°K) Tại gốc E20 E30 E20 E30 θs=35° 2261,5 2271,658 362,9 362,9 θs=30° 2239,63 2236,626 366,9 366,9 θs=25° 2213,24 2212,889 370,9 370.9 θs=20° 2201,84 2192,956 375,9 376,9 θs=15° 2176,71 2166,509 382,9 383,9 θs=10° 2113,67 2097,846 393,9 393,9 Bảng 4.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xi lanh Từ hình 4.2 bảng 4.2 ta thấy nhiệt độ trình cháy cao đánh lửa sớm, đánh lửa sớm nhiên nhiệu cháy gần hết trình cháy nhanh Đánh lửa muộn lượng nhiên liệu cháy từ làm nhiệt độ giảm dần cao dần sau trình cháy giãn nỡ Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 115 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng 4.1.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng NO sinh trình cháy NO(ppm) 500 400 300 200 100 330 345 360 -100 375 390 θs=35° θs=20° 405 420 θs=30° θs=15° 435 θs=25° θs=10° 450 ϕ (độ) NO(ppm) a, 800 700 600 500 400 300 200 100 330 345 θs=35° θs=20° 360 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) b, Hình 4.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng phát thải khí NO a, E20 ; b, E30 Khí NO(ppm) Tại góc Góc đánh lửa sớm E20 E30 E20 E30 θs=35° 468 774 512.9° 512.9° θs=30° 331 556 511.9° 511.9° θs=25° 218 371 513.9° 516.9° θs=20° 149 254 517.9° 517.9° θs=15° 109 168 525.9° 525.9° θs=10° 84,7 117 531.9° 531.9° Bảng 4.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng phát thải khí NO Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 116 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Khí NO loại khí gây hại cho sức khỏe người Từ hình 4.3 bảng 4.3 thấy đánh lửa sớm lượng NO sinh nhiều, khí NO sinh chủ yếu ảnh hưởng nhiệt độ lượng Oxi có buồng cháy Khi đánh lửa sớm nhiệt độ cao, nên lượng khí NO sinh nhiều CO2(%) 4.1.4 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng CO2 tạo 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 330 345 360 375 390 405 420 435 450 -0.02 θs=35° θs=20° θs=30° θs=15° θs=25° θs=10° ϕ (độ) CO2 a, 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 ϕ (độ) 450 b, Hình 4.4 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng CO2 tạo trình cháy a, E20 ; b, E30 Từ hình 4.4 thấy lượng khí CO2 phát thải khơng thay đổi theo góc đánh lửa sớm, từ ta thấy vị trí đánh lửa lượng nhiên liệu cháy hồn toàn Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 117 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng O2 4.1.5 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí O2 sử dụng 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) O2 a, 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) b, Hình 4.5 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí O2 sử dụng trình cháy a, E20 ; b, E30 Từ hình 4.5 Lượng khí O2 khơng thay đổi vào cuối q trình cháy, từ gốc đánh lửa sớm khơng ảnh hưởng đến lượng khí O2 sử dụng Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 118 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng 4.2 Phun nhiên liệu trực tiếp: Xăng phun trực tiếp, ethanol phun gián tiếp 4.2.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến áp suất xilanh động p(bar) 60 50 40 30 20 10 330 345 -10 360 θs=35° θs=20° 375 390 405 420 θs=30° θs=15° 435 450 θs=25° θs=10° ϕ (độ) a, p(bar) 60 50 40 30 20 10 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 θs=25° θs=10° 420 435 450 ϕ (độ) b, Hình 4.6 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến áp suất xi lanh a, E20 ; b, E30 Góc đánh lửa sớm Áp suất cực đại(bar) Tại gốc E20 E30 E20 E30 θs=35° 55,29 53,19 362,9 364,9 θs=30° 52,65 50,41 365,9 366,9 θs=25° 48,73 46,69 369,9 370.9 θs=20° 43,76 41,67 374,9 375,9 θs=15° 32,43 34,38 384,9 381,9 θs=10° 28,46 26,78 386,9 385,9 Bảng 4.4 Vị trí áp suất cực đại theo góc đánh lửa sớm Từ hình 4.6 bảng 4.4 thấy giảm tỷ lệ ethanol nhiên liệu áp suất cực đại tăng lên, giúp tăng công suất thị cho động Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 119 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng T(°K) 4.2.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xilanh 2500 2000 1500 1000 500 330 345 360 θs=35° 375 θs=20° 390 θs=30° 405 θs=15° 420 θs=25° 435 450 ϕ (độ) θs=10° T(°K) a, 2500 2000 1500 1000 500 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) b, Hình 4.7 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xilanh a, E20 ; b, E30 Góc đánh lửa sớm Nhiệt độ cực đại(°K) Tại gốc E20 E30 E20 E30 θs=35° 2224,1 2165,9 363,9 365,9 θs=30° 2186,63 2125,9 366,9 369,9 θs=25° 2151,41 2092,82 371,9 373,9 θs=20° 2121,96 2058,24 377,9 378,9 θs=15° 2050,1 2024,69 385,9 385,9 θs=10° 2010,52 1930,23 395,922 397,9 Bảng 4.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến nhiệt độ xi lanh Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 120 Mô trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Từ hình 4.7 bảng 4.2 thấy nhiệt độ q trình cháy E20 cao so với E30, lượng ethanol làm cho q trình bốc hịa trộn tốt, nên trình cháy thuận lợi 4.2.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng NO sinh trình cháy NO(ppm) 1000 800 600 400 200 330 345 360 375 390 405 420 435 450 -200 θs=35° θs=30° θs=25° ϕ (độ) NO(ppm) a, 800 700 600 500 400 300 200 100 -100 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) b, Hình 4.8 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí NO phát thải môi trường a, E20 ; b, E30 Khí NO(ppm) Tại gốc Góc đánh lửa sớm E20 E30 E20 E30 θs=35° 869 714,9 499,9 714,9 θs=30° 652 502,5 493,9 494,9 θs=25° 452 324,7 510,9 498,9 θs=20° 302 206,4 522,9 499,9 θs=15° 139 129 538,9 506,9 θs=10° 90,7 99,95 367,9 368,9 Bảng 4.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng phát thải khí NO Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 121 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng Từ hình 4.8 bảng 4.3 ta thấy lượng phát thải khí NO E20 cao nhiều so với E30 nhiệt độ trình cháy E20 cao so với E30 CO2(%) 4.2.4 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến phát thải khí CO2 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 -0.01 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=10° 405 420 435 θs=25° θs=15° 450 ϕ (độ) CO2(%) a, 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 -0.01 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ b, Hình 4.9 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí CO2 phát thải a, E20 ; b, E30 Từ hình 4.9 thấy lượng phát thải khí CO2 E20 cao E30 xăng nhiều so với ethanol trình cháy tốt Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 122 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng O2 4.2.5 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí O2 sử dụng 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) a, O2 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 330 345 360 θs=35° θs=20° 375 390 θs=30° θs=15° 405 420 θs=25° θs=10° 435 450 ϕ (độ) b, Hình 4.10 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến lượng khí O2 sử dụng a, E20 ; b, E30 Từ hình 4.10 thấy lượng O2 sử dụng E20 tốt nhiều so với E30 trình cháy tốt lượng ethanol nên q trình cháy ethanol tốt Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 123 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng KẾT LUẬN Từ kết mô trình cháy hỗn hợp xăng-ethanol tạo phân lớp động đốt cháy cưỡng với thay đổi tỉ lệ ethanol gốc đánh lửa, ta dễ dàng nhận thấy: - Ảnh hưởng thành phần nhiên liệu đến q trình cháy: • Khi sử dụng tỉ lệ ethanol E20 với phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp nhiên liệu cháy tạo áp suất cao so với E30 đồng thời làm tăng nhiệt độ q trình cháy, từ làm tăng lượng phát thải khí NO • Khi sử dụng tỉ lệ ethanol E20 với phương pháp phun nhiên liệu đường nạp nhiên liệu cháy tạo áp suất nhiệt độ xấp xỉ với áp xuất nhiệt độ E30 lượng phát thải NO thấp nhiều so với E30 • Nên sử dụng tỉ lệ ethanol E30 sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp (xăng trực tiếp, ethanol gián tiếp)cho động muốn giảm lượng phát thải khí CO2 NO Nên sử dụng tỉ lệ ethanol E20 sử dụng phương pháp phun nhiên liệu đường nạp lượng phát thải NO thấp đảm bảo công thị động - Ảnh hưởng gốc đánh lửa đến trình cháy: STT Góc đánh lửa sớm 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 Độ chệnh lệch góc đánh lửa sớm (%) 33.3 25 20 16.7 14.3 Áp xuất max (bar) 30.2 38.8 38.8 45.8 45.8 50.7 50.7 54.4 54.4 57.1 Độ chênh lệch áp suất (%) 22.4 15.2 9.7 6.8 4.7 NOx max 116 168 168 254 254 371 371 556 556 773 Độ chênh lệch NOx (%) 30.5 33.9 31.6 33.2 28.1 Bảng 4.7 Mối quan hệ góc đánh lửa sớm đến áp suất lớn trình cháy lượng NO sinh Từ bảng 4.7 kết thấy rằng: Góc đánh lửa sớm nhỏ lượng NO phát thải mơi trường ít, áp suất cực đại tạo thấp Vì Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 124 Mô trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng sử dụng E30 với nhiệt độ khí nạp Tk = 315 o K thì, nên sử dụng góc đánh lửa sớm θs = 20 ÷ 25, mà áp suất cực đại suất sau ĐCT khoảng 16o có áp suất cực đai vừa phải Trung bình giảm 21,86% góc đánh lửa sớm giảm 31,46% NO làm áp suất giảm 11,75% Hướng phát triển đề tài: • Thực mơ hồn tồn chu trình làm việc động để từ đánh giá tính kĩ thuật kinh tế động • Mơ trình cháy động với nhiều loại nhiên liệu thay khác nhiên liệu hydro, biogas, biodiesel… • Mơ với nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình cháy động góc đánh lửa sớm, thời điểm phun, vị trí đánh lửa, … để tìm quy luật diễn biến yếu tố đó, sở để nâng cao tính hiệu kinh tế động TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục Dương Việt Dũng, Chuyên đề động phun xăng, Tài liệu lưu hành nội Khoa Cơ khí Giao thơng - Đại học Bách khoa – ĐHĐN Nguyễn Quang Trung, Giáo trình nhiên liệu dầu mỡ, Tài liệu lưu hành nội Khoa Cơ khí Giao thơng - Đại học Bách khoa – ĐHĐN Heywood, J.B., Internal combustion engine fundamentals 1988, New York: Mcgraw-hill Justi, E., Spezifische Wärme Enthalpie, Entropie und Dissoziation technischer Gase 2013: Springer-Verlag Zacharias, F., Analytische Darstellung der thermodynamischen Eigenschaften von Verbrennungsgasen 1966 Bargende, M., Ein Gleichungsansatz zur Berechnung der instationären Wandwärmeverluste im Hochdruckteil von Ottomotoren 1990: na de Jägher, P., Einfluss der Stoffeigenschaften der Verbrennungsgase auf die Motorprozessrechnung 1984: na Libby, P.A and F.A Williams, Turbulent reacting flows Turbulent reacting flows, 1980 10 Noll, B., Numerische Strömungsmechanik: Grundlagen 2013: Springer-Verlag Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 125 Mơ q trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng-ethanol động đánh lửa cưỡng 11 Anderson, J.D and J Wendt, Computational fluid dynamics Vol 206 1995: Springer 12 Kee, R., F Ruply, and J Miller, The Chemkin Thermodynamic Data Base, Sandia Report SAND87-8215B, Sandia National Laboratories, Livermore, California, 1990 13 Chase, M., NIST—JANAF Thermochemical Tables (Journal of Physical and Chemical Reference Data Monograph No 9) American Institute of Physics, 1998 14 Fagundez, J., et al., Comparative analysis of different heat transfer correlations in a two-zone combustion model applied on a SI engine fueled with wet ethanol Applied Thermal Engineering, 2017 115: p 22-32 15 Christensen, E., et al., Renewable oxygenate blending effects on gasoline properties Energy & Fuels, 2011 25(10): p 4723-4733 16 Heywood, J.B., Internal combustion engine fundamentals Vol 930 1988: Mcgraw-hill New York 17 Hires, S., R Tabaczynski, and J Novak, The prediction of ignition delay and combustion intervals for a homogeneous charge, spark ignition engine 1978, SAE Technical Paper 18 Blizard, N.C and J.C Keck, Experimental and theoretical investigation of turbulent burning model for internal combustion engines 1974, SAE Technical Paper 19 Bozza, F., et ial., 3D-1D analyses of the turbulent flow field, burning speed and knock occurrence in a turbocharged SI engine 2007, SAE Technical Paper 20 Metghalchi, M and J.C Keck, Burning velocities of mixtures of air with methanol, isooctane, and indolene at high pressure and temperature Combustion and flame, 1982 48: p 191-210 21 Metghalchi, M and J Keck, Laminar burning velocity of propane-air mixtures at high temperature and pressure Combustion and flame, 1980 38: p 143-154 22 Gautam, M., D Martin, and D Carder, Emissions characteristics of higher alcohol/gasoline blends Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 2000 214(2): p 165-182 23 Broustail, G., et al., Experimental determination of laminar burning velocity for butanol and ethanol iso-octane blends Fuel, 2011 90(1): p 1-6 24 Catalogue engine Daewoo 1.6L DOHC 25 Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng (2014), Cung cấp nhiên liệu động đốt trong, NXB Khoa học Kỹ thuật 26 ANSYS Internal Combustion Engines Tutorial Guide Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thắng Hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung 126 ... Nguyễn Quang Trung 76 Mô trình cháy hỗn hợp phân lớp xăng- ethanol động đánh lửa cưỡng Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC 2.1 Chu trình làm việc động đánh lửa cưỡng [1] Công suất,... phun xăng tạo phân lớp nhiên liệu xăng- ethanol Chương 2: Cơ sở lý thuyết động đánh lửa cưỡng Trình bày chu trình làm việc động đánh lửa cưỡng bức, sở lý thuyết mơ q trình cháy Chương 3: Lập quy trình. .. tạo phân lớp hỗn hợp xăng- ethanol Chương 2: Cơ sở lý thuyết động đánh lửa cưỡng Trình bày chu trình làm việc động đánh lửa cưỡng bức, sở lý thuyết mô trình cháy Chương 3: Lập quy trình tính tốn,