Ứng dụng tính toán nhiệt trong SolidWorks để thiết kế hệ thống phanh cho xe minibus 12 chỗ ngồi
MỤC LỤC
Nhiên liệu thay thế và phụ gia nhiên liệu giảm ô nhiễm và tiêu hao nhiên liệu
Việc gia tăng một cách nhanh chóng số lượng phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu xăng và dầu diezel theo cách truyền thống đã tác động ngày càng xấu tới môi trường; cấm hoặc hạn chế số lượng các phương tiện là biện pháp không khả thi. Mặc dù vậy, nhiên liệu hydro cũng có một số nhược điểm so với nhiên liệu xăng và diesel là nhiệt trị mole rất thấp nên nếu không thay đổi kết cấu động cơ khi chuyển từ động cơ chạy xăng hoặc diesel sang động cơ chạy hoàn toàn bằng hydro thì công suất động cơ sẽ bị giảm nhiều.
Các thành phần độc hại trong khí thải động cơ Diesel
Để đơn giản đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường , người ta chỉ đưa ra thành phần các-bua-hy-đrô tổng cộng trong khí thải (Total Hydrocarbon viết tắt là TH). - P-M: Theo định nghĩa của Tổ chức bảo cệ môi trường bang Ca-li-phooc- lia thì P-M là những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hòa trộn với không khí (làm loãng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,7độ C và được tách ra bằng một bộ lọc quy định.
Phụ gia nhiên liệu nano
Giới thiệu qua về phụ gia nano oxit xeri CeO2
Việc sử dụng oxit xeri CeO2 làm phụ gia cho nhiên liệu diesel nhằm giảm khí thải độc hại và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ đốt trong là một trong những công nghệ phụ gia nano cho nhiên liệu tiên tiến, được phát triển , thử nhiệm và sử dụng thử ở khá nhiều nước như Anh Quốc , Mĩ , Singapore. Trong đó , hai loại nhiên liệu (diesel truyền thống và diesel pha phụ gia nano CeO2) được lần lượt sử dụng cho động cơ để khảo sát và so sánh về các tính năng kinh tế , kĩ thuật và mức độ phát thải độc hại của động cơ.
Khái niệm về nano diesel
Bên cạnh đó, CeO2 còn có tác dụng giũ sạch muội than gắn ở trên thành của buồng cháy, làm cho buồng cháy của động cơ sạch hơn và tạo cơ hội có được hiệu suất cháy cao hơn. Ngoài ra , do kích thước hạt bé nên chỉ với một lượng rất nhỏ phụ gia nano CeO2 (khoảng 5 đến 10 ppm) vẫn có đủ bề mặt cho các hiệu ứng xúc tác cho các hiệu ứng của động cơ.
Thử nghiệm đối chứng sử dụng phụ gia nano ôxít xêri
Bố trí thí nghiệm
Thử nghiệm được tiến hành trên băng thử động cơ 1 xilanh tại phòng thí nghiệm bộ môn Động cơ đốt trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Chương trình thử nghiệm được thực hiện như sau: cho động cơ chạy với nhiên liệu Diesel rồi lấy kết quả so sánh với kết quả chạy nhiên liệu phụ gia nano.
Thiết bị thử nghiệm
Cụm phanh điện thực chất là dạng máy phát điện , trong đó từ trường tương hỗ giữa roto và stato tạo ra momen cản với roto và cân bằng với mômen dẫn động từ roto (roto của cum phanh được nối với trục dẫn động từ động cơ) cường độ từ trường tương hỗ giữa roto và stato được điều chỉnh để tăng hoặc giảm momen cản trên trục dẫn động từ động cơ. Đây là phân mềm kết hợp với thiết bị Camera để chụp ảnh buồng cháy , cho phép chúng ta quan sát quá trình cháy trực tiếp dưới nhiều góc độ (tùy theo cách bố trí camera theo các góc khác nhau )trên màn hình hiển thị.
Băng thử Chassis dynamometer 48”
Sử dụng hệ thống này có thể tiến hành các chức năng thử, các phép đo và các vòng thử như nhiên liệu và dầu bôi trơn, các phép đo lượng nhiên liệu tiêu thụ và lượng phát thải độc hại trong khí xả. Hệ thống băng thử này được thiết kế để mô phỏng lại khối lượng của phương tiện trong khoảng từ 454 kg tới 5400 kg. Quán tính tĩnh của hệ thống con lăn tương đương với khối lượng của một phương tiện vào khoảng 1678 kg.
Việc sử dụng động cơ điện xoay chiều cho phép hệ thống đo lực có thể thực hiện các phép đo đối vơí các phương tiện vận tải cỡ lớn. Với giao diện chính phù hợp với chuẩn kết nối AK (giao thức AK) cho việc kết nối với hệ thống tính toán lượng phát thải trong khí xả.
Hệ thống lấy mẫu khí xả CVS
+ Khu vực vào và trộn: Tại đây không khí làm loãng sẽ chạy xung quanh một ống chứa khí xả, tại điểm cuối của khu vực này xảy ra quá trình trộn chính của các khí đi vào, có thể cải thiện quá trình trộn bằng cách thay đổi độ rộng miệng của một màng chắn nơi mà tốc độ và sự hỗn loạn của các khí vào là có lợi nhất cho quá trình trộn. Trước và sau khi tiến hành quá trình thử đều phải cân khối lượng hai giấy lọc, sự chênh lệch khối lượng trước và sau quá trình thử chính là khối lượng thành phần dạng hạt trong khí thải kết hợp với bộ tính toán lưu lượng ta có thể tính được độ ô nhiễm của khí thải trong môi trường. Hệ thống lấy mẫu gồm: thiết bị tạo xoáy gọi là Cyclonic Separator, bộ trao đổi nhiệt (HEX Dummy) để điều khiển nhiệt độ khí xả loãng với vòng tuần hoàn bằng nước, ống Venturi có thể thay đổi tuỳ theo các lưu lượng, đầu lấy mẫu, một đầu liên tục lấy mẫu khí xả loãng, thiết bị cảm biến nhiệt độ và áp suất.
Quạt hút được lắp đặt cho mỗi hệ thống là để quyết định áp suất tới hạn qua hệ thống phải khắc phục được áp suất mất mát đọc theo dòng chẩy chính như ống phân phối ( hệ thống ống ) và các khu vực cục bộ ( các chỗ ống gấp khúc, các đoạn ống có đường kính thay đổi ), để đạt được lưu lượng lớn nhất theo yêu cầu. Nếu hệ thống CVS đòi hỏi sự thay đổi lưu lượng trong một phạm vi rộng, mà quạt hút lại được thiết kế cho lưu lượng lớn nhất, do đó có thể xảy ra hiện tượng không ổn định động lực học khi lưu lượng là nhỏ nhất, hiện tượng đó gọi là “surging”, điều đó liên quan đến nguyên tắc hoạt động của quạt hút ly tâm, hiện tượng này xuất hiện sẽ dẫn đến hư hại trong hệ thống.
Kết quả và bàn luận
Kết quả đo ở tốc độ 1400v/p
Tiêu chuẩn ECE và EPA cho rằng thành phần khí nền là không đổi trong mỗi pha bởi vậy lưu lượng không khí mẫu được giữ không đổi sao cho nó tương đương với giá trị của lưu lượng khí xả loãng thông qua việc điều chỉnh các van kim đặt trước thiết bị đo lưu lượng. Các chức năng của hệ thống lưu lượng được tóm tắt như sau: Thứ nhất lưu lượng chính được tính lại, sau đó các chức năng khác của hệ thống ống lấy mẫu hoạt động, cuối cùng thiết bị đo lưu lượng sẽ đo tổng lượng khí. Nhận xét: Lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy được đặt cố định nhưng theo đồ thị thì ở các lần đo có sự dao động khác nhau lượng BH là do có dao động ở vòi phun.
Điểm đo 5 ít chênh lệch hơn nhưng đặc biệt ở điểm đo 3 của lần đo 2(với nhiên liệu nano) có sự tăng đột biến là do lượng tiêu hao nhiên liệu(giải thích ở đồ thị trên). Đặc biệt chú ý đến điểm 3 của lần đo 2(với nhiên liệu nano) có sự tăng hơn hẳn là do lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy tăng đột biến dẫn đến ảnh hưởng đến mômen.
Kết quả đo ở tốc độ 1800v/p
+ Tại điểm đo 5 cũng tương tự như điểm đo 4 nhưng không tốt ở chỗ là nồng độ CO trong 2 lần đo 1 và 3 có xu hướng tăng khá là nhanh theo tải. Nhận xét: Trong tất cả các lần đo thì lượng NOx của động cơ chạy bằng nhiên liệu pha phụ gia nano đều giảm hơn so với động cơ chạy bằng nhiên liệu diesel truyền thống. Tải càng tăng thì giá trị nồng độ NOx của nhiên liệu pha phụ gia nano càng có xu hướng gần với giá trị nồng độ NOx của nhiên liệu diesel truyền thống.
+ Tại điểm đo 5 nồng độ THC trong lần đo 1 vẫn giảm nhưng không đáng kể nhưng trong lần đo 2 và 3 thì nồng độ THC có xu hướng tăng lên rất nhanh khi tải tăng lên. Ta rút ra được kết luận là ở tốc độ 1800v/p nhiên liệu pha phụ gia nano cải thiện được nồng độ THC ở tải nhỏ nhưng nếu càng tăng tải thì lại ngược lại.
Kết quả đo ở tốc độ 3000v/p
Theo như tính toán dựa vào bảng số liệu ta có: Ở tốc độ 3000v/p thì lượng BH không thay đổi là mấy. + Tại điểm đo 1: suất tiêu hao nhiên liệu trong lần đo 1 tăng còn trong 2 lần đo còn lại suất tiêu hao nhiên liệu giảm. Mặc dù vậy, khi sử dụng phụ gia nano CeO2, hàm lượng CO tăng lên rất lớn, trong khi hàm lượng HC chưa được cải thiện như mong muốn.
- Kéo dài thời gian vận hành động cơ với phụ gia nano CeO2 nhằm đánh giá chính xác ảnh hưởng của chất phụ gia này đến góc. - Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng phụ gia nano CeO2 tới độ bền và tuổi thọ của các chi tiết của động cơ như lọc nhiên liệu, vòi phun….
