4.3.1. Các thông số mô ph ng
C c thông s mô phỏng u vào cho CFD ợc lấy từ hai mô hình D243 tr c và sau khi tăng p ợc t nh to n mô phỏng trên ph n mềm AVL-Boost. Gi trị c c thông s ợc th hi n trong b ng 4.1 và 4.2
V i ng c D243 khi ch a tăng p theo b ng 4.1 và 4.2 ã thu ợc khi mô phỏng b ng ph n mềm AVL-BOOST.
Bảng 4.1 Số i u thu được khi xu t kết quả từ phần mềm AVL-BOOST với động cơ D243 ngu n bản Góc quay trục khu u V n t c MP10 Nhi t MP10 V n t c MP 11 Nhi t MP11 V n t c MP7 Nhi t MP7 Áp suất MP13 Nhi t MP13 [ [m/s] [K] [m/s] [K] [m/s] [K] [Pa] [K] 0 -0.7 914 164.9 1022 -7.9 901 114101 937 180 208.6 1272 -45.6 935 -7.7 976 107883 935 360 -13.1 916 183.0 1014 2.1 906 111734 933 540 -10.2 966 -61.1 940 211.4 1263 109192 942 720 -0.7 914 165.2 1022 -8.0 901 114119 937
Bảng 4.2 Số i u thu được khi xu t kết quả từ phần mềm AVL-BOOST với động cơ D243 tăng áp Góc quay trục khu u V n t c MP11 Nhi t MP11 V n t c MP 10 Nhi t MP10 V n t c MP6 Nhi t MP6 Áp suất MP12 Nhi t MP12 [ [m/s] [K] [m/s] [K] [m/s] [K] [Pa] [K] 0 5.9 1045 78.4 1099 -2.9 1048 173159 1126 180 228.2 1350 44.9 1080 -15.7 1076 157851 1091 360 18.3 1055 75.7 1116 -4.8 1059 173396 1105 540 -44.2 1052 42.7 1093 224.8 1417 157841 1114 720 5.9 1045 78.4 1099 -2.9 1048 173126 1126
INPUT1 INPUT23 INPUT4 OUTPUT
4.3.2. Tiến hành mô ph ng
Nh p fi e * msh t Gam it v o F uent v ắt đầu ti n h nh mô phỏng
H nh 4.13 Giao di n F uent 6.3 khi nhập fi e từ Gambit
Ta ti n hành ki m tra file vừa import Grid> Check. Thay i tỉ l và n vị o của mô hình Grid> Scale> Change Length Units và Scale a n vị o chiều dài về mm. Ti p ta làm g n c c g c c nh bavia b ng công cụ Smooth Swap.
H nh 4.14 Tab công cụ Grid kiểm tra bước đầu mô h nh đưa vào tính toán
X c đ nh c c đi u i n đầu v o với ta Define
H nh 4.15 Lựa chọn dạng tính toán của mô h nh Define> So ver`
Mô hình t nh to n 3D gi i quy t d ng p suất c b n c t nh to n năng l ợng (Energu Equation), d ng chất kh ợc t nh to n k-epslon (2 eqn)
Chất kh ợc mô phỏng trong qu trình l u ng này coi là không kh v i c c thông s m c ịnh của không kh air
H nh 4.16 Điều ki n hoạt động.
Điều ki n biên của mô hình ợc nh p vào Define>Boudary Conditions
H nh 4.17 Điều ki n bi n của mô h nh
Điều ki n biên v i c c u vào inlet v n t c và nhi t u ra outlet p suất và nhi t .
X c đ nh mô h nh t nh to n v gốc t nh to n
Trên tab Solve>Controls> Solution là ch n c c mô hình ph i t nh to n ở y ta ch n mô hình d ng ch y Flow Turbulence năng l ợng Energy
H nh 4.18 Mô h nh phải tính toán
Vi c t nh to n gi i quy t mô hình ợc bắt u từ ờng th i vì c c thông s ã c và ờng ra Output chỉ c m t ờng.Ta ch n Solve>Controls>Initialize
H nh 4.19 Cơ sở tính toán mô h nh à từ đầu ra 4.3.3. Tính toán sai số
Trong bài to n t nh to n sai s ta c n ph i t nh sai s của c c thông s : sự liên tục của m i chất continuity v n t c của d ng kh theo 3 ph ng X Y X x - velocity, y - velocity, z - velocity và năng l ợng của d ng kh .Khi t nh to n sai s ta ch n s v ng l p là 1
H nh 4.20 Số vòng ặp xác đ nh à 1000
K t qu của qu trình t nh to n ph i t yêu c u h i tụ về gi trị cho ph p thời gian t nh to n v i c c mô hình kh c nhau là kh c nhau phụ thu c vào nhiều y u t nh phức t p của mô hình s l i k ch th c l i và gi trị gi i h n sai s cho ph p i v i mô hình.
C c thông s t nh to n ợc bi u di n bởi c c ờng c c c m u kh c nhau c c ờng ều ph i m b o i xu ng ti n về gi trị sai s cho phép. Sau khi các gi trị h i tụ khi ph n mềm sẽ mô phỏng ợc d ng kh .
4.3.4. Các bước thực hi n mô ph ng sự ưu động của dòng khí tr n đư ng thải
Đ ờng th i sau c i ti n c k t cấu t i u tr c tiên c n mô phỏng sự l u ng của d ng môi chất th i trong ờng th i cũ nguyên b n trong c c tr ờng hợp ng c tăng p và ch a tăng p. K t qu này sẽ là c sở c i ti n ờng th i của ng c khi tăng p.
Sau khi c ờng th i m i l i ti p tục mô phỏng sự v n ng của d ng môi chất th i trong ờng th i sau c i ti n trong tr ờng hợp c tăng p. K t qu này c sở t i u c c k ch th c và hình d ng ờng th i sau khi c i ti n.
Qu trình mô phỏng sự l u ng của d ng kh th i ợc thực hi n t i c c vị tr trục khu u kh c nhau là 18 36 54 0TK ứng v i c c ch làm vi c của ng c t i 1 % t i và t c 22 V Ph.
Và qu trình mô phỏng này ợc thực hi n trong c c tr ờng hợp ờng th i ch a c i ti n và sau khi c i ti n.
H nh 4.23 Tr nh tự quá tr nh xâ dựng và mô ph ng ở đư ng thải sau khi cải tiến.
Trên giao di n ph n mềm Fluent ta ch n Display trong thanh công cụ cho ph p ta mô phỏng d ng kh d i d ng tr ờng v n t c vectors hay tr ờng p suất (Contours), Pathlines...
Bên c nh ta c n c th ch n c c thông s mô phỏng cho mô hình nh s v c t chiều dài v c t mô phỏng từng ph n hay toàn b và khi mô phỏng ta c n bi t ợc v n t c l n nhất và nhỏ nhất của d ng kh . K t qu sẽ ợc hi n thị ở m t c a s m i ta sẽ lựa ch n k ch th c th ch hợp xuất k t qu sao cho trực quan nhất phù hợp v i mục ch và yêu c u mô phỏng.
H nh 4.24 Cách chọn dạng hiển th kết quả của mô ph ng
Khi xuất k t qu d i d ng tr ờng v n t c ta sẽ c giao di n:
H nh 4.25 Kết quả xu t ra dưới dạng trư ng vận tốc
H nh 4.26 Bảng thông số chọn hiển th kết quả dưới dạng vector
H nh 4.27 Kết quả mô ph ng dưới dạng vector mũi t n chỉ hướng
Khi xuất k t qu d i d ng tr ờng p suất ta cũng c giao di n ch n c c thông s mô phỏng:
H nh 4.28 Chọn thông số hiển th áp su t tr n trư ng vector
Khi mô phỏng ta th ờng ch n mô phỏng p suất t ng Total Pressure và khi mô phỏng ta cũng bi t ợc p suất t ng l n nhất và nhỏ nhất. Và c th ch n t nh to n p suất t i m t i m hay m t m t phẳng. Đ làm ợc iều này ta s dụng c c m t cắt ợc x y dụng b ng công cụ Surface> Plane
H nh 4.29 Tạo mặt phẳng cắt tr n nền kết quả mô ph ng 4.4. Kết quả mô ph ng
K t qu mô phỏng trong tr ờng hợp ờng th i nguyên b n khi ng c ch a tăng p và c tăng p t i 00
góc quay trục khu u ợc th hi n trong hình 4.30 và 4.31
Hình 4.30 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ chưa tăng áp tại 0 độ g c qua trục khu u
Hình 4.31 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 0 độ g c qua trục khu u
K t qu mô phỏng trong tr ờng hợp ờng th i nguyên b n khi ng c ch a tăng p và c tăng p t i 1800
góc quay trục khu u ợc th hi n trong hình 4.32 và 4.33
Hình 4.32 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ chưa tăng áp tại 180 độ g c qua trục khu u
Hình 4.33 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 180 độ g c qua trục khu u
K t qu mô phỏng trong tr ờng hợp ờng th i nguyên b n khi ng c ch a tăng p và c tăng p t i 3600
góc quay trục khu u ợc th hi n trong hình 4.34 và 4.35
H nh 4.34 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ chưa tăng áp tại 360 độ g c qua trục khu u
H nh 4.35 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 360 độ g c qua trục khu u
K t qu mô phỏng trong tr ờng hợp ờng th i nguyên b n khi ng c ch a tăng p và c tăng p t i 5400
góc quay trục khu u ợc th hi n trong hình 4.36 và 4.37
H nh 4.36 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ chưa tăng áp tại 540 độ g c qua trục khu u
H nh 4.37 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải ngu n bản với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 540 độ g c qua trục khu u
K t qu khi mô phỏng ờng th i ch a c i ti n v i thông s u ra của ng c ch a tăng p và ờng th i ch a c i ti n v i thông s của ng c ã tăng p từ các s li u thu ợc trên Boost ở b ng 3.7 và 3.8. Mô hình ph n nào cho thấy ợc qu trình l u ng của d ng kh trong ờng th i ng c ã x y ra hi n t ợng xuất hi n nh ng vùng r i, kh th i kh tho t ra ngoài th m ch c xu h ng quay l i c c ờng th i kh c. Nh v y ờng n p này sẽ không phủ hợp khi ng c lắp thêm b tăng p TB – MN.
Đ i v i ờng th i ng c sau khi ã c i ti n ờng th i m i cũng ợc chia l i và a vào mô phỏng sau suất k t qu d i d ng Pathlines
Mô hình ờng th i sau khi c i ti n ợc thi t l p trên catia và sau thực hi n chia l i trên Gambit tr c khi thực hi n mô phỏng trong Fluent nh hình 4.38
Hình 4.38 Mô h nh đư ng thải đã chia ưới đưa vào F uent
Sau khi thực hi n mô phỏng ờng th i ợc c i ti n v i tr ờng hợp tăng p t ng ứng v i iều ki n biên trong b ng 4.1 và 4.2 ta thu ợc k t qu th hi n sự l u ng của d ng kh x nh hình 4.39 4.4 4.41, 4.42.
Sau khi nh p c c thông s mô phỏng k t qu thu ợc:
Hình 4.39 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải cải tiến với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 0 độ g c qua trục khu u
Hình 4.40 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải cải tiến với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 180 độ g c qua trục khu u
Hình 4.41 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải cải tiến với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 360 độ g c qua trục khu u
Hình 4.42 Vận tốc ưu động dòng khí thải trong đư ng thải cải tiến với trư ng hợp động cơ đã tăng áp tại 540 độ g c qua trục khu u
Qu trình mô phỏng cho ta thấy ợc sự v n ng của d ng kh trong ng c từ u ờng th i. Chiều của d ng kh c c i m c v n t c p suất ợc bi u thị từ min n max. Ta cũng c th t nh to n v n t c p suất cho từng i m từng m t
phẳng. B ng ph ng ph p mô phỏng c c c t nh của d ng kh ợc bi u di n m t c ch trực quan mỗi vùng mỗi khu vực d ng l i c v n t c và p suất kh c nhau ợc bi u thị qua gam màu.
T i c c g c quay trục khu u ta ều thấy v n t c d ng kh t i ờng th i m i c v n t c cao h n so v i ờng th i nguyên b n. M c dù cùng iều ki n u vào nh ng ờng th i m i cho thấy kh năng th i s ch h n do c a tho t g n h n t n dụng t i a năng l ợng kh x .
Qua c c hình nh cũng gi i th ch ợc t i sao c c vùng c c khu vực l i xuất hi n v i v n t c max min...Nh ng vùng xuất hi n r i d ng kh hay d ng kh c xu h ng quay ng ợc l i ờng th i d n n qu trình th i g p kh khăn.Từ k t qu mô phỏng cho ta ki m nghi m l i l thuy t và cho ta thấy rõ sự chuy n ng trong ờng th i của d ng kh th i.
Đ t i u ợc biên d ng ờng th i mà không nh h ởng n k t cấu của ng c nên ph ng h ng ợc ch n thay i biên d ng ờng th i bên ngoài nắp m y sao cho phù hợp t o kh th i tho t ra t t h n giúp n ng cao c i thi n qu trình th i s ch. Ph ng n a ra ờng th i h n ch c c khúc khu u gi m t n thất của d ng kh cùng v i mi ng ờng th i to h n qua giúp qu trình th i s ch và năng l ợng kh x ợc t n dụng t i a.
Từ c c mô hình ờng th i ban u ta s dụng b s li u mô hình D243 tăng p a vào mô phỏng cho c hai ờng th i nguyên b n và ã c i ti n ta nh n thấy ờng th i m i giúp c v n t c kh tho t ra cao h n t i c c g c quay trục khu u qua và mức r i trong ờng th i t h n. Nên ph n nào p ứng ợc yêu c u của ng c D243 sau khi c i ti n
Kết uận
Đ ờng th i m i sau khi thay i k t cấu bên ngoài nắp m y ã c i thi n ợc qu trình th i của ng c . Đ ờng th i ã c i thi n ợc m t s y u t t ch cực so v i ờng th i g c nguyên b n: Đ ờng th i m i thay i c v n t c d ng kh th i cao h n hi n t ợng r i ã ph n nào ợc khắc phục.
Qua ph n mềm mô phỏng ã x y dựng thành công mô hình mô phỏng ờng th i ng c D243 c và ch a c tăng p. Qua nh gi ợc sự v n ng của d ng kh x khi c và ch a c tăng p.
KẾT LUẬN
Lu n văn ã thực hi n nghiên cứu nh gi c c ph ng n tăng p và lựa ch n cũng nh x c ịnh t l tăng p phù hợp cho ng c D243.
Thi t k c i ti n hoàn chỉnh ờng n p và th i cho ng c D243 sau khi c i ti n tăng p.
X y dựng mô hình ng c D243 tr c và sau khi tăng p trên ph n mềm AVL – Boost từ x c ịnh ợc c c tham s c n thi t cho vi c thực hi n mô phỏng ờng th i b ng ph n mềm CFD.
Mô phỏng sự l u ng d ng kh x trong c c tr ờng hợp ng c D243 tr c và sau khi tăng p. K t qu cho thấy k ch th c hình d ng ờng th i sau c i ti n không làm xuất hi n c c hi n t ợng r i d ng kh th i trên ờng th i tr nh nh h ởng n hi u suất tăng p.