- A: diện tích bề mặt buồngđốt (m2) được tính bằng công thức:
1 dQht dQhrdpp d
3.4 Thiết lập thông số
Kế đến, việc thiết lập thông số của quá trình mô phỏng được thực hiện trực tiếp trong môđun setup của ANSYS ICE. Hình 3.12 thể hiện các giá trị thiết lập của
Hình 3.14Thiết lập các lựa chọn tổng quát cho quá trình mô phỏng
Các thông số cần được thiết lập bao gồm kiểu phân tích, kiểu mô phỏng cháy, các thông số đặc trưng của động cơ, độ dài thanh truyền, bán kính trục khuỷu, độ nâng van nạp, van xả. tốc độ động cơ. Hình 3.13 trình bày ý nghĩa của từng thông số trong mô hình mô phỏng.
Thiết lập các thông số và quá trình trong toàn bô chu kỳlà bước thiết lập quan trong nhất, nhằm setup toàn bộ các thông số ảnh hưởng đến quá trình mô phỏng, góc quay trục khuỷu, tốc độ động cơ, điều kiện biên, tham số phun xăng, chế độ đánh lửa …
Thiết lập kiểu động cơ, SI Engine, đánh lửa bằng bu-gi, mô hình hóa học của hỗn hợp xăng-khí là premixed, có nghĩa là xăng và khí sẽ được trộn trước khi vào buồng cháy, ở đây sử dụng xăng RON 95, có công thức hóa học là C8H18, hỗn hợp không khí bao gồm 0.233% Oxi và 0.767%Nito. Kế đến, chuyển sang thẻ Premix để định nghĩa phản ứng cháy giữa nhiên liệu và không khí khi có tia lửa.
Trong thẻ định nghĩa mô hình premix, lựa chọn phương trình C Equation, thiết lập các thông số Turbulent Length Scale là 0.37, Turbulent Flame Speed là 0.52, Stretch Factor Coefficient là 0.26, tất cả các thông số này có liên quan đến số Reynolds trong quá trình phân tích, ảnh hưởng đến dòng chảy rối trong buồng cháy.
Kế đến, thiết lập kiểu phun xăng và chế độ đánh lửa, các thông số được tham khảo từ tài liệu kỹ thuật chính hãng của xe Honda Future, góc đánh lửa là trước 15oso với điểm chết trên. Tọa độ tâm đánh lửa là (0, 0, 0.0082). Giá trị tọa độ tâm được lấy từ mô hình hình học trong phần mềm CATIA. Thời gian đánh lửa là 0.003 giây, năng lượng sinh ra là 0.2 J. Kim phun xăng được thiết lập, kiểu nhiên liệu phu ra tồn tại ở trạng thái hơi sương. Nhiệt độ 93.7oC, góc cone 9o, vật liệu là RON 95 (C8H18).
Tọa độ kim phun cũng được tham khảo trên mô hình thực tế.
Hình 3.18Thiết lập thông số phun nhiên liệu và chế độ đánh lửa.
Về điều kiện biên: Tất cả các biên được thiết lập là Wall, có xét trao đổi nhiệt qua thành vách ra bên ngoài, riêng miền biên của pit tông và xy lanh, hai van nạp, xả phải thiết lập theo phương pháp lưới động lực được định nghĩa bằng hàm UDF. Biên ngoài cùng của cổ nạp khí được thiết lập theo kiểu biên inlet velocity với vận tốc bàng 0 và chênh lệch áp suất so với áp suất tham chiếu là 0 Pascal. Ống xả được thiết lập dựa trên kiểu biên Pressure Outlet với chênh lệch áp suất so với áp suất tham chiếu là 0 Pascal.
Các sự kiện xảy ra trong quá trình phân tích được thiết lập như sau. Tại thời điểm góc trục khuỷu đạt 82.5o, kích hoạt van hút mở, tại thời điểm góc trục khuỷu đạt 211.3o, kích hoạt van hút đóng, tại thời điểm góc trục khuỷu đạt 521.8o, kích hoạt van xả mở, tại thời điểm góc trục khuỷu đạt 639o, kích hoạt van xả đóng. Thời điểm 720o, góc quay trục khuỷu chạm đến điểm chết trên. Tại thời điểm góc quay trục khủy trước điểm chết trên lần trong kỳ nén 15o, tức là góc quay trục khuỷu đạt 345o, kích hoạt chế độ đánh lửa dẫn đến kỳ nổ. Nhiên liệu được phun vào trong kỳ hút như đã định nghĩa trong thẻ Injection [16].
Hình 3.19Đồ thị biểu diễnGóc mở van hút, van xả và độ mở của van ANSYS ICE
Hình 3.17 biển diễn thời điểm van hút, van xả mở, đóng theo như góc quay của trục khuỷu. Quá trình mở đóng được thiết lập tuyến tính nhằm đơn giản hóa tham số và rút ngăn thời gian giải tổng thể.
Lý do sử dụng phân tích đáp ứng tức thời (Time-History analysis/transient) là do quá trình mô phỏng động cơ không ổn định, không phải là bài toán tĩnh, ứng với mỗi góc quay trục khủy, đáp ứng của hệ là khá nhau, trường hợp này, nghiệm quá độ của phương trình dao động có vai trò đặc biệt quan trọng. Phân tích Transient bao gồm ba kỹ thuật xử lý, Full/Reduced và Superposition, đặc tính và điểm mạnh yếu từng phương pháp được trình bày như bảng 3.2.
Bảng 3.3Đặc trưng phương pháp phân tích transient trong ANSYS.
Phương pháp Full Reduced Superposition
Đặc điểm Tính toán trực tiếp trên ma trận gốc mà không cần giảm kích thước.
Không phổ biến như hai phương pháp còn lại. Dùng trong phân tích có xét đến yêu cầu về thời gian.
Dựa trên kết quả phân tích Modal, giảm kích thước của vấn đề cần phân tích và độ chính xác chỉ phụ thuộc vào số lượng “mode shape” từ phân tích
Ưu điểm Giải quyết được các vấn đề phi tuyến mà không cần sử dụng giả thiết khối lượng tập trung tại node. Có thể phân tích phi tuyến, tuy nhiên chỉ có thể sử dụng trong trường hợp sử dụng phương thức
“contact/node-to- node” với điều kiện gap được thỏa mãn
Thời gian phân tích nhanh hơn “Full”, có thể xem đây là kỹ thuật phân tích đáp ứng thời gian mạnh nhất trong trường hợp tuyến tính.
Nhược điểm Thời gian phân tích dài, tốn tài nguyên lớn
Kỹ thuật “automatic steping” không được cung cấp.Hạn chế phân tích phi tuyến.
Không giải quyết được bài toán có xét đến tính phi tuyến.
Ta lựa chọn phương pháp Full nhằm đảm bảo độ chính xác của nghiệm, do bài toán phi tuyến và bao gồm nhiều biến. Cấu hình máy tính dùng cho phân tích mô phỏng buồng cháy ICEngine như sau. Sử dụng workstation, hai vi xử lý Xeon tần số 3.27GHz, RAM 16Gb, có hỗ trợ Card màn hình của NVIDIA dòng Tesla tích hợp CUDA nhằm gia tốc quá trình tính toán thông qua GPU. Thời gia chạy một phần tích từ 0o đến 720o là 24 giờ.
Chương 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
Phần kết quả từ mục 4.1 đến mục 4.6 sẽ trình bày phân tích đáp ứng của một trường hợp cụ thể, trường hợp được lựa chọn là góc nghiêng 40o so với trục nằm ngang. Các phần sau trong chương “KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN” sẽ trình bày và biện luận các trường hợp đồng thời dựa trên đồ thị, nhằm tìm ra cấu trúc tối ưu.
Dựa vào đồ thị tỷ số xoáy cuộn theo phương ngang (swirl) và xoáy cuộn theo phương đứng, ta sẽ lựa chọn được cấu trúc tối ưu cho cổ nạp khí. Bên cạnh đó, dựa trên kết quả mô phỏng, ta tiến hành đánh giá và tối ưu cấu trúc của động cơ dựa theo các tiêu chí: Mô men xoắn của động cơ, công suất động cơ, nhiệt lượng tỏa ra, hiệu suất động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu.