Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm phun đến khí thải của động cơ diesel ở các chế độ tải khác nhau bằng phương pháp mô phỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG *** NGUYỄN NHẬT LAI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN ĐẾN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Ở CÁC CHẾ ĐỘ TẢI KHÁC NHAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã số: 60.52.32 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI Nha Trang – 2013 i LỜI CAM ĐOAN Sau học tập, nghiên cứu Được chấp thuận trường, làm luận văn với đề tài : “Nghiên cứu ảnh hưởng thời diểm phun đến hàm lượng khí thải động Diesel chế độ tải khác phương pháp mô phỏng” Tôi xin cam đoan nội dung đề tài nghiên cứu theo hướng dẫn thầy TS Nguyễn Lê Duy Khải Số liệu thực nghiệm đề tài hoàn toàn trung thực Người viết cam đoan Nguyễn Nhật Lai ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG .v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan động diesel 1.1.1 Tầm quan trọng động diesel 1.1.2 Khí thải động diesel 1.2 Quá trình cháy động diesel nhân tố ảnh hưởng 1.2.1 Quá trình cháy động diesel 10 1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến đặc tính động diesel 12 1.3 Tổng quan phương pháp mô nghiên cứu phát triển động .13 1.3.1 Ưu điểm phương pháp mô .13 1.3.2 Các mơ hình mơ q trình cháy động đốt 14 1.4 Mục tiêu đề tài .16 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Phương trình cháy động diesel .17 2.2 Khí thải động diesel 18 2.2.1 Thành phần khí thải động diesel 18 2.2.2 Cơ chế hình thành bồ hóng 20 2.2.3 Cơ chế hình thành NOx 22 2.2.4 Các biện pháp giảm khí thải 24 2.3 Ảnh hưởng thời điểm phun đến đặc tính động 27 2.4 Ảnh hưởng tải trọng đến phát thải 30 2.5 Giới thiệu phần mềm mô KIVA .31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .33 3.1 Phần mềm mô KIVA 33 iii 3.1.1 Cấu trúc phần mềm KIVA 33 3.1.2 Các mơ hình tính tốn KIVA 34 3.1.2.1 Mơ hình phân rã tia phun .35 3.1.2.2 Mơ hình bay hạt nhiên liệu 37 3.1.2.3 Mơ hình dịng chảy rối 38 3.1.2.4 Mơ hình hình thành bồ hóng 40 3.1.2.5 Mơ hình hình thành NOx .42 3.2 Xây dựng mô hình tính tốn 44 3.2.1 Thông số động nghiên cứu xy lanh 44 3.2.2 Xây dựng mơ hình lưới mơ .45 3.2.3 Các thông số mô 47 3.2.4 Thông số thực nghiệm 48 3.2.4.1 Thiết bị thực nghiệm .48 3.2.4.2 Quy trình thực nghiệm 49 3.2.4.3 Kết thực nghiệm .50 3.2.5 Hiệu chỉnh mô với thực nghiệm 51 3.3 Đánh giá phân tích kết mơ 54 3.3.1 Kết mơ điển hình 54 3.3.2 Ảnh hưởng thời điểm phun đến khí thải cơng suất động 58 3.3.21 Chế độ 40% tải: 58 3.3.22 Chế độ 60% tải .65 3.3.23 Chế độ 80% tải .69 3.4 Nhận xét đánh giá 73 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 iv DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Ý nghĩa T Nhiệt độ n (vg/ph) Tốc độ động P (kW) Công suất động Ge Tiêu hao nhiên liệu ge (g/kWh) Suất tiêu hao nhiên liệu CFD Tính tốn động lực học lưu chất Pmax Áp suất cháy cực đại Tmax Nhiệt độ cháy cực đại CA Góc quay trục khuỷu BTDC Ttrước điểm chết ATDC Sau điểm chết v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Số lượng động diesel sản xuất phạm vi ứng dụng .7 Bảng 1.2 Các phương pháp tối ưu hóa trình cháy động diesel ảnh hưởng chúng 13 Bảng 2.1 Các biện pháp giảm khí thải động diesel 26 Bảng 3.1 Hằng số mơ hình KH-RT .36 Bảng 3.2 Các tốc độ phản ứng sử dụng mơ hình bồ hóng “8 bước” Foster 41 Bảng 3.3 Thông số động xy lanh AVL 5402 .44 Bảng 3.4 Thông số mô .47 Bảng 3.5 Thông số thực nghiệm 50 Bảng 3.6 Kết thực nghiệm chế độ tải 40%, 60% 80% 51 Bảng 3.7 Áp suất cực đại theo thời điểm phun, bar .59 Bảng 3.8 Nhiệt độ cực đại theo thời điểm phun, K 60 Bảng 3.9 Biến thiên công suất suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi thời điểm phun, 40% tải 61 Bảng 3.10 Giá trị NOx bồ hóng phát thải, 40% tải 64 Bảng 3.11 Giá trị công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, NOx bồ hóng phát thải, 60% tải 69 Bảng 3.12 Giá trị công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, NOx bồ hóng phát thải, 80% tải 73 Bảng 3.13 Thời gian cháy trễ theo tải trọng thời điểm phun 73 Bảng 3.14 Áp suất cực đại theo tải trọng thời điểm phun 74 Bảng 3.15 Nhiệt độ cực đại theo tải trọng thời điểm phun .75 Bảng 3.16 Phát thải NOx theo tải trọng thời điểm phun 75 Bảng 3.17 Phát thải bồ hóng theo tải trọng thời điểm phun 76 Bảng 3.18 Công suất theo tải trọng thời điểm phun .78 Bảng 3.19 Suất tiêu hao nhiên liệu theo tải trọng thời điểm phun 78 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hiệu suất nhiệt động diesel tốc độ chậm Hình 1.2 Tiến động diesel Hình 1.3 Thị phần xe trang bị động diesel Anh .6 Hình 1.4 Thị phần xe trang bị động diesel giới châu Âu .6 Hình 1.5 So sánh tỷ lệ thành phần khí thải động xăng diesel .8 Hình 1.6 Thành phần bồ hóng từ khí thải động diesel Hình 1.7 Sự biến thiên áp suất buồng cháy P, độ nâng kim phun IN áp suất nhiên liệu đường ống cao áp Pt theo góc quay trục khuỷu động Diesel phun trực tiếp cỡ nhỏ 10 Hình 1.8 Biến thiên áp suất xy lanh P, tốc độ phun nhiên liệu mf, tốc độ tỏa nhiệt thực Qn động Diesel phun trực tiếp, 1000v/phút 11 Hình 1.9 Đường cong tỏa nhiệt tiêu biểu động Diesel phun trực tiếp 12 Hình 1.10 So sánh thời gian tính tốn cho mơ hình mơ khác .15 Hình 2.1 Q trình tạo bồ hóng động diesel 21 Hình 2.2 Cấu trúc chuỗi bồ hóng dạng hạt sơ cấp .22 Hình 2.3 Cấu trúc tinh thể graphit mơ hình cấu trúc hạt sơ cấp .22 Hình 2.4 Biến thiên tỷ lệ NO2/NO theo tải tốc độ quay động diesel 24 Hình 2.5 Tiêu chuẩu Euro NOx PM động diesel .25 Hình 2.6 Đường cong áp suất với thời điểm phun khác 28 Hình 2.7 Biến thiên NOx – PM theo thời điểm phun nhiên liệu 28 Hinh 2.8 Ảnh hưởng áp suất phun đến tốc độ tỏa nhiệt 29 Hình 2.9 Quan hệ áp suất phun với phát thải NOx bồ hóng 30 Hình 2.10 Thay đổi bồ hóng phát thải theo tải trọng thời gian phun .30 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc phần mềm KIVA 34 Hình 3.2 Sơ đồ hình thành bồ hóng “8 bước” Foster 40 Hình 3.3 Động diesel AVL 5402 45 Hình 3.4 Bản vẽ thiết kế piston AVL 45 Hình 3.5 Phân vùng lập tọa độ điểm vị trí biên piston .46 Hình 3.6 Mơ hình lưới buồng đốt piston AVL với góc mơ 720 .46 Hình 3.7 Sơ đồ bố trí thiết bị phịng thử 49 vii Hình 3.8 Biến thiên áp suất (thực nghiệm) chế độ tải 40%, 60% 80% 50 Hình 3.9 Biến thiên tốc độ tỏa nhiệt (thực nghiệm) chế độ tải 40%, 60% 80% 51 Hình 3.10 So sánh áp suất xy lanh không xảy cháy 52 Hình 3.11 So sánh áp suất xy lanh chế độ 40% tải, góc phun 18oBTDC 52 Hình 3.12 So sánh áp suất xy lanh chế độ 60% tải, góc phun 18oBTDC 53 Hình 3.13 So sánh áp suất xy lanh chế độ 80% tải, góc phun 18oBTDC 53 Hình 3.14 Biến thiên áp suất nhiệt độ, 80% tải, thời điểm phun -18oATDC 54 Hình 3.15 Biến thiên tốc độ tỏa nhiệt, 80% tải, thời điểm phun -18oATDC 55 Hình 3.16 Biến thiên lượng nhiên liệu đốt cháy, 80% tải, thời điểm phun 18oATDC .55 Hình 3.17 Biến thiên NOx, 80% tải, thời điểm phun -18oATDC 56 Hình 3.18 Mơ hình với tia phun nhiên liệu mặt cắt ngang tia phun 56 Hình 3.19 Sự phân bố nhiệt độ nồng độ NOx mặt cắt 0o, 10o 20oATDC .57 Hình 3.20 Bồ hóng hình thành, oxy hóa phát thải, 80% tải, thời điểm phun 18oATDC .58 Hình 3.21 Biến thiên áp suất thay đổi thời điểm phun, 40% tải .59 Hình 3.22 Biến thiên nhiệt độ thay đổi thời điểm phun, 40% tải 60 Hình 3.23 Ảnh hưởng thời điểm phun đến công suất suất tiêu hao nhiên liệu, 40% tải 61 Hình 3.24 Biến thiên NOx thay đổi thời điểm phun, 40% tải .62 Hình 3.25 Biến thiên bồ hóng thay đổi thời điểm phun, 40% tải 62 Hình 3.26 So sánh bồ hóng hình thành, ơxy hóa phát thải -20oATDC 18oATDC .63 Hình 3.27 So sánh bồ hóng hình thành, ơxy hóa phát thải -10oATDC 8oATDC 64 Hình 3.28 Quy luật biến thiên NOx bồ hóng phát thải thay đổi thời điểm phun, 40% tải .65 Hình 3.29 Biến thiên áp suất thay đổi thời điểm phun, 60% tải .65 Hình 3.30 Biến thiên nhiệt độ thay đổi thời điểm phun, 60% tải 66 Hình 3.31 Biến thiên NOx thay đổi thời điểm phun, 60% tải .66 Hình 3.32 Biến thiên bồ hóng thay đổi thời điểm phun, 60% tải 67 viii Hình 3.33 So sánh bồ hóng hình thành, ơxy hóa phát thải -8oATDC 6oATDC 67 Hình 3.34 Quy luật biến thiên NOx bồ hóng phát thải thay đổi thời điểm phun, 60% tải .68 Hình 3.35 Quy luật biến thiên cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu 68 thay đổi thời điểm phun, 60% tải 68 Hình 3.36 Biến thiên áp suất thay đổi thời điểm phun, 80% tải .70 Hình 3.37 Biến thiên nhiệt độ thay đổi thời điểm phun, 80% tải 70 Hình 3.38 Biến thiên NOx thay đổi thời điểm phun, 80% tải .71 Hình 3.39 Biến thiên bồ hóng thay đổi thời điểm phun, 80% tải 71 Hình 3.40 Quy luật biến thiên NOx bồ hóng phát thải thay đổi thời điểm phun, 80% tải .72 Hình 3.41 Quy luật biến thiên công suất suất tiêu hao nhiên liệu 72 Hình 3.42 Thay đổi thời gian cháy trễ theo tải trọng thời điểm phun 73 Hình 3.43 Thay đổi áp suất cực đại theo tải trọng thời điểm phun 74 Hình 3.44 Thay đổi nhiệt độ cực đại theo tải trọng thời điểm phun .75 Hình 3.45 Biến thiên NOx phát thải theo tải trọng thời điểm phun 76 Hình 3.46 Biến thiên bồ hóng phát thải theo tải trọng thời điểm phun 77 Hình 3.47 Biến thiên cơng suất theo tải trọng thời điểm phun .77 Hình 3.48 Biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu theo tải trọng thời điểm phun 78 MỞ ĐẦU Những nghiên cứu tính tốn động lực học lưu chất năm 60 đến việc phát triển dich vụ ứng dụng phương pháp để xây dựng mơ hình ảo tính tốn cho hệ thống hay thiết bị cần nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Các định luật hóa học vật lý áp dụng cho mơ hình ảo phần mềm đưa kết dự đoán động lực học lưu chất tượng vật lý có liên quan Ứng dụng phần mềm mô vào nghiên cứu ưu điểm sau : + Việc sử dụng phần mềm mô tạo tiền đề cho việc ứng dụng công nghệ vào công tác nghiên cứu, giảng dạy học tập ngành kỷ thuật thuận lợi sinh động + Ứng dụng phần mềm mô vào việc thiết kế, phân tích, vận hành điều khiển tối ưu hóa hệ thống thuận lợi tiết kiệm việc tiến hành thực nghiệm chứng minh hơn, thay đổi thơng số đầu vào phần mềm đơn giản Việc lựa chọn hướng nghiên cứu ảnh hưởng thời điểm phun đến khí thải động diesel phần mền mô để xác định thời điểm phun hợp lý xuất phát từ nguyên nhân Luận văn bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3:Kết nghiên cứu Chương 4: Kết luận Mặc dù cố gắng tìm hiểu nghiên cứu vấn đề, nhiên lần đầu độc lập thực công trình khoa học mang tính tổng hợp , với kiến thức thân hạn chế, tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên khó tránh khỏi sai sót Rất mong nhận góp ý quý Thầy, Cơ giáo đồng nghiệp để luận văn hồn thiện 67 Hình 3.32 Biến thiên bồ hóng thay đổi thời điểm phun, 60% tải Quy luật biến đổi bồ hóng phát thải ngược so với NOx: Khi thời điểm phun trễ bồ hóng phát thải tăng (Hình 3.32) Tuy nhiên, phun trễ trường hợp -6oATDC -4oATDC bồ hóng lại giảm So sánh đường cong bồ hóng hình thành ơxy hóa hai trường hợp -8oATDC -6oATDC Hình 3.33, ta thấy tốc độ hình thành bồ hóng hai trường hợp gần nhau, tốc độ oxy hóa trường hợp sau cao hơn, dẫn đến bồ hóng phát thải giảm nhẹ Hình 3.33 So sánh bồ hóng hình thành, ơxy hóa phát thải -8oATDC 6oATDC 68 Tổng hợp giá trị NOx bồ hóng phát thải theo thời điểm phun trường hợp 60% tải trình bày hình 3.34 Cịn biến thiên cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu thể hình 3.35 Các giá trị cụ thể trình bày bảng 3.11 Hình 3.34 Quy luật biến thiên NOx bồ hóng phát thải thay đổi thời điểm phun, 60% tải Hình 3.35 Quy luật biến thiên cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi thời điểm phun, 60% tải 69 Bảng 3.11 Giá trị công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, NOx bồ hóng phát thải, 60% tải -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o Ne, (kW) 5.63 5.80 6.19 6.40 6.37 6.32 6.34 6.04 5.79 5.56 ge , 235.1 228.6 214.1 207.0 208.1 209.4 209.0 219.2 228.7 238.4 (g/kWh) NOx, (x10-4 g) 10.5 10.8 9.9 9.5 7.7 6.5 4.4 2.7 1.8 1.4 PM, (x10-4 g) 0.91 0.75 1.0 1.08 1.01 1.19 1.34 1.53 1.46 1.48 3.3.23 Chế độ 80% tải Tương tự hai chế độ 40% 60% tải, chế độ 80% tải, thay đổi thời điểm phun nhiên liệu, biến đổi áp suất trung bình, nhiệt độ trung bình xy lanh, cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu, NOx bồ hóng phát thải trình bày sau Hình 3.36 3.37 thể biến thiên áp suất nhiệt độ trung bình xy lanh Có thể thấy rõ ảnh hưởng thời điểm phun đến giá trị cực đại áp suất nhiệt độ Khi thời điểm phun gần TDC, thời gian cháy trễ ngắn (Bảng 3.13) nhiệt độ, áp suất giảm (Bảng 3.14 3.15) Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến NOx Do nhiệt độ giảm, điều kiện cần thiết để NOx hình thành khơng cịn Từ NOx giảm mạnh (Hình 3.38) Trái ngược với NOx, bồ hóng gia tăng phun trễ (Hình 3.39) Quy luật biến thiên NOx bồ hóng trình bày từ Hình 3.38 đến 3.40, cịn cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu Hình 3.41 70 Hình 3.36 Biến thiên áp suất thay đổi thời điểm phun, 80% tải Hình 3.37 Biến thiên nhiệt độ thay đổi thời điểm phun, 80% tải 71 Hình 3.38 Biến thiên NOx thay đổi thời điểm phun, 80% tải Hình 3.39 Biến thiên bồ hóng thay đổi thời điểm phun, 80% tải 72 Hình 3.40 Quy luật biến thiên NOx bồ hóng phát thải thay đổi thời điểm phun, 80% tải Hình 3.41 Quy luật biến thiên cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi thời điểm phun, 80% tải 73 Bảng 3.12 Giá trị công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, NOx bồ hóng phát thải, 80% tải Ne, (kW) ge, (g/kWh) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 6.24 6.83 7.14 7.26 7.45 7.46 7.28 6.93 6.56 6.16 246.1 225.5 215.9 212.2 206.7 206.5 211.6 222.3 235.1 250.0 NOx, (x10-4 g) 11.4 11.6 11.1 9.79 7.96 5.35 3.20 1.42 0.70 0.28 PM, (x10-4 g) 0.73 0.53 0.51 0.62 0.87 0.99 1.16 1.36 1.62 1.97 3.4 Nhận xét đánh giá Khi thay đổi thời điểm phun, dựa kết mơ trình bày phần trên, ta rút số kết luận sau: Thời điểm phun trễ thời gian cháy trễ ngắn (Bảng 3.13) Với thời điểm phun, động hoạt động chế độ tải lớn có thời gian cháy trễ ngắn Điều quan trọng thời gian cháy trễ thơng số ảnh hưởng đến trình cháy Bảng 3.13 Thời gian cháy trễ theo tải trọng thời điểm phun (đơn vị: oCA) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 40% tải 16 14 12 11 9.5 8.5 7.5 7.0 6.5 6.5 60% tải 15.5 13.5 12.5 10.5 9.5 7.5 7.5 6.5 6.5 6.5 80% tải 14.5 12.5 11.0 9.5 8.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 Hình 3.42 Thay đổi thời gian cháy trễ theo tải trọng thời điểm phun 74 Khi thay đổi thời điểm phun, có khoảng giá trị áp suất nhiệt độ cực đại xy lanh đạt giá trị lớn (Bảng 3.12, Bảng 3.13, Hình 3.44) Cụ thể với động này, thời điểm phun tốt từ -16oATDC đến -20oATDC Với thời điểm phun, động hoạt động chế độ tải lớn có áp suất cực đại nhiệt độ cực đại lớn Bảng 3.14 Áp suất cực đại theo tải trọng thời điểm phun (đơn vị: bar) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 40% tải 80.63 81.48 80.17 79.51 73.52 70.88 65.74 61.19 58.85 55.83 60% tải 89.75 89.23 87.51 87.69 82.43 78.66 74.48 68.65 64.91 61.29 80% tải 92.59 92.42 91.43 88.19 83.67 78.99 74.81 69.87 65.99 61.72 Hình 3.43 Thay đổi áp suất cực đại theo tải trọng thời điểm phun 75 Hình 3.44 Thay đổi nhiệt độ cực đại theo tải trọng thời điểm phun Bảng 3.15 Nhiệt độ cực đại theo tải trọng thời điểm phun (đơn vị: K) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 40% tải 1455 1488 1481 1487 1415 1383 1331 1270 1246 1223 60% tải 1608 1605 1599 1624 1576 1534 1494 1420 1381 1336 80% tải 1658 1673 1692 1690 1678 1632 1570 1497 1432 1368 Thời điểm phun trễ lượng NOx phát thải giảm (Bảng 3.16, Hình 3.45) Với thời điểm phun, nhìn chung động hoạt động chế độ tải lớn có lượng NOx phát thải lớn Bảng 3.16 Phát thải NOx theo tải trọng thời điểm phun (đơn vị: 10-4 g) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 40% tải 6.82 7.31 6.68 6.29 4.40 3.01 1.65 0.96 0.82 0.64 60% tải 10.5 10.8 9.92 9.49 7.77 6.51 4.38 2.70 1.84 1.36 80% tải 11.4 11.6 11.1 9.79 7.96 5.35 3.20 1.42 0.70 0.28 76 Hình 3.45 Biến thiên NOx phát thải theo tải trọng thời điểm phun Thời điểm phun trễ lượng bồ hóng phát thải tăng (Bảng 3.17, Hình 3.46) Với thời điểm phun, nhìn chung động hoạt động chế độ tải lớn có lượng bồ hóng phát thải lớn Bảng 3.17 Phát thải bồ hóng theo tải trọng thời điểm phun (đơn vị: 10-4 g) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 40% tải 1.57 1.04 0.83 0.58 0.54 0.55 0.68 0.84 0.94 0.98 60% tải 0.91 0.75 1.0 1.08 1.01 1.19 1.34 1.53 1.46 1.48 80% tải 0.73 0.53 0.51 0.62 0.87 0.99 1.16 1.36 1.62 1.97 77 Hình 3.46 Biến thiên bồ hóng phát thải theo tải trọng thời điểm phun Khi thay đổi thời điểm phun, công suất đạt giá trị cực đại khoảng Phun sớm hay trễ làm giảm công suất (Bảng 3.18, Hình 3.47) Với động này, tải nhỏ vừa, phun thời điểm -16oATDC tối ưu, tăng tải lên 80%, thời điểm phun tối ưu trễ hơn, -14oATDC đến -12oATDC Hình 3.47 Biến thiên công suất theo tải trọng thời điểm phun 78 Bảng 3.18 Công suất theo tải trọng thời điểm phun (đơn vị: kW) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 40% tải 4.62 5.10 5.30 5.42 5.23 5.31 5.22 4.95 4.77 4.53 60% tải 5.63 5.80 6.19 6.40 6.37 6.32 6.34 6.04 5.79 5.56 80% tải 6.24 6.83 7.14 7.26 7.45 7.46 7.28 6.93 6.56 6.16 Khi thay đổi thời điểm phun, suất tiêu hao nhiên liệu đạt giá trị cực tiểu khoảng đó, thường có quan hệ với cơng suất cực đại Phun sớm hay trễ làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu (Bảng 3.19, Hình 3.48) Bảng 3.19 Suất tiêu hao nhiên liệu theo tải trọng thời điểm phun (đơn vị: g/kWh) -22o -20o -18o -16o -14o -12o -10o -8o -6o -4o 40% tải 238.6 216.2 208.1 203.5 210.9 207.9 211.5 222.9 231.2 243.6 60% tải 235.1 228.6 214.1 207.0 208.1 209.4 209.0 219.2 228.7 238.4 80% tải 246.1 225.5 215.9 212.2 206.7 206.5 211.6 222.3 235.1 250.0 Hình 3.48 Biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu theo tải trọng thời điểm phun 79 KẾT LUẬN Trong luận văn này, phần mềm mô đa chiều KIVA sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng thời điểm phun đến việc phát thải lượng NOx, bồ hóng,đồng thời việc phân tích cơng suất, nhiệt độ suất tiêu hao nhiên liệu đề cập đến động nghiên cứu xy lanh AVL 5402 với chế độ tải 40%, 60%, 80% Kết mô cho thấy : - Thời điểm phun trễ thời gian cháy trễ ngắn Với thời điểm phun, động hoạt động chế độ tải lớn có thời gian cháy trễ ngắn - Thời điểm phun trễ lượng NOx phát thải giảm Với thời điểm phun, nhìn chung động hoạt động chế độ tải lớn có lượng NOx phát thải lớn - Thời điểm phun trễ lượng bồ hóng phát thải tăng Với thời điểm phun, nhìn chung động hoạt động chế độ tải lớn có lượng bồ hóng phát thải lớn - Việc ứng dụng phần mềm tìm giá trị tối ưu thời điểm phun mà thơng số cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải hợp lí phù hợp với động thực nghiệm Đây mục tiêu mà đề tài đặt - Việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm vào thực tế cần phải thực nhiều vấn đề phức tạp có liên quan mà phạm vi đề tài chưa đề cập đến Nhưng vấn đề giải việc ứng dụng phần mềm vào nghiên cứu khoa học, giảng dạy đem lại thuận lợi lớn cho công tác 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Anh : [1] Han, Z and R.D.Reitz, "Turbulence Modelling of Internal Combustion Engine using RNG k-e Models” Comb Sci Tech., 1995 [2] Kim, H., and N.Sung, "Combustion and Emission modelling for a Direct Injection Diesel Engine" SAE paper No.2004-01-0104, 2004 [3] Reitz, R.D., "Modeling Atomization Processes in High-Pressure Vaporizing Sprays" Atomization and Spray Technology, 1987 [4] Kärrholm, F.P., "Numerical Modelling of Diesel Spray Injection, turbulence Interaction and Combustion" Thesis for Doctor of Philosophy, 2008 [5] Zel'dovich, Y.B., "The Oxidation of Nitrogen in Combustion and Explosions" Acta Physiochimica USSR, Vol 21, 1946 [6] Khai, Nguyen Le Duy, N.Sung, "Effects of Split Injection on Soot Emissions in a Diesel Engine" Kỷ yếu Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ 11, 2009 [7] Bianchi, G.M, and P.Pelloni, "Modeling the Diesel fuel spray breakup by using a hybrid model" SAE paper No.1999-01-0226, 1999 [8] Park, S.W., H.J.Kim and C.S.Lee, "Investigation of atomization characteristics and prediction accuracy of hybrid models for high-speed Diesel fuel sprays" SAE paper No 2003-01-1045, 2003 [9] Rotondi, R., G.Bella, C.Grimaldi and L.Postrioti, "Atomization of Highpressure Diesel Sprays: Experimental Validation of a New Breakup Model" SAE paper No 2001-01-1070, 2001 [10] Lee, J-H, and S.Goto, "Comparison of spray characteristics in butane and diesel fuels by numerical analysis" SAE paper No.2000-01-2941, 2000 [11] Stiesch, G., "Modeling Engine Spray and Combustion Processes" Springer New York, 2003 [12] Nordin, N., "Complex chemistry modeling of Diesel spray combustion" PhD thesis, Chamlers University of Technology, Göteborg, 2001 [13] Kong, S., Z.Han, R.D.Reitz, "The Development and Application of a Diesel Ignition and Combustion Model for Multidimensional Engine Simulation" SAE paper 950278, 1994 81 [14] Amsden, Anthony A., P.J.O'Rourke, T.D Butler, "Kiva-II- A Computer Program for Chemically Reactive Flows with Sprays” Los Alamos National Labs, LA-11560-MS, 1989 [15] Yakhot, V., S.A.Orszag, "Renormalization Group Analysis of Turbulence I Basic Theory" J.Sci Computer 1986 [16] Han, Z and R.D.Reizt, "A Temperature Wall Function Formulation for Variable-Density Turbulence Flows with Application to Engine Convective heat Transfer Modeling" Submitted to International Journal of Heat and Mass transfer, 1995 [17] Kazakov, A., and D.E.Foster, "Modeling of soot Formation during DI Diesel Combustion Using a Multi-Step Phenomenological model" SAE paper No 982463, 1998 [18] Baulch, D.L., D.Drysdall, D.Horne and A.C.Lloyd, "Evaluated Kinetic Data for High Temperature Reactions" Journal of Molecular Structure, Vol.15, 1973 [19] AVL LIST GMBH Graz, "HUT-Hanoi AVL 5402 Single Cylinder Research Engine No.5402.030/Instructor Manual for Engine 5402" Report Single Cylinder Research Engine 5402.030 with Endoscope Sleeves for optical access via VisioScope, 2002 Tài liệu tiếng Việt [20] Lê Viết Lượng - Lý thuyết động ĐIEZEN - Nhà xuất giáo dục- 2000 [21] PGS.TS.Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết động đốt - 2004 [22] PGS.TS.Nguyễn Văn Nhận - Nâng cao tính động đốt - 2004 - ... Sau học tập, nghiên cứu Được chấp thuận trường, làm luận văn với đề tài : ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thời diểm phun đến hàm lượng khí thải động Diesel chế độ tải khác phương pháp mô phỏng? ?? Tôi xin... trọng động diesel 1.1.2 Khí thải động diesel 1.2 Quá trình cháy động diesel nhân tố ảnh hưởng 1.2.1 Quá trình cháy động diesel 10 1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến đặc... tiêu đề tài nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số liên quan đến q trình phun nhiên liệu - lưu lượng phun, thời điểm phun thời gian phun - đến cơng suất khí thải động diesel cỡ nhỏ, cụ thể động xy lanh