Để tăng thêm tính an tồn nhằm bảo vệ động cơ khơng bị vượt tốc trong trường hợp tải ngồi bị ngắt đột ngột, thường sử dụng thêm một thiết bị phịng ngừa lồng tốc. Khi tốc độ động cơ đạt đến giá trị thiết lập, chương trình điều khiển sẽ ngắt mass của hệ thống đánh lửa, động cơ ngưng hoạt động ngay lập tức, giúp bảo vệ các chi tiết của động cơ khơng bị phá hủy. Ngồi ra, chương trình điều khiển cũng sẽ ngắt mass của hệ
thống đánh lửa khi nhiệt độ nước làm mát tăng quá ngưỡng cho phép hoặc áp suất dầu bơi trơn trong hệ thống thấp hơn một mức qui định.
Bộ điều tốc điện tử cĩ thể được thay thế bằng bộ điều tốc cơ khí dẫn động bằng dây đai từ bu li lắp ở đầu trục khuỷu (Hình 2.17). Bộ điều tốc cơ khí thường làm việc đáng tin cậy và lắp đặt tương đối dễ dàng. Cĩ thể sử dụng các bộ điều tốc cơ khí sẵn cĩ trên cho các tổ hợp máy phát điện chạy nhiên liệu khí (xăng) cĩ bán sẵn trên thị trường hoặc dùng bộ phụ kiện GATEC 20 (Hình 2.18). Đối với một số bộ điều tốc cơ khí nguyên thủy được bơi trơn bằng dầu vung tĩe từ động cơ, phải gia cơng thêm mặt bích làm nắp đậy kín điều tốc, đồng thời tạo thêm lỗ rĩt dầu và lỗ thơng hơi, gắn thêm buli vào đầu trục.
2.3. Kết luận
- Nhiên liệu biogas cĩ chứa thành phần CO2 làm giảm tốc độ cháy của hỗn hợp nhiên liệu/khơng khí nhưng cũng đồng thời làm cho hỗn hợp cĩ khả năng chống kích nổ cao. Đặc điểm này giúp cho việc sử dụng nhiên liệu biogas trên động cơ đánh lửa cưỡng bức chuyển đổi từ động cơ diesel là một lựa chọn khá phù hợp.
- Sử dụng động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức chuyển đổi từ các động cơ diesel đã qua sử dụng sẵn cĩ trong nước là một giải pháp tiết kiệm được chi phí đầu tư ban đầu, rút ngắn thời gian thu hồi vốn.
- Những thay đổi chủ yếu khi chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức là loại bỏ cụm bơm cao áp và vịi phun, giảm tỉ số nén, lắp đặt hệ thống đánh lửa và bộ tạo hỗn hợp đảm bảo tỉ lệ khơng khí/nhiên liệu khơng thay đổi, lắp đặt mới hoặc cải tạo bộ điều tốc.
- Trong điều kiện nước ta hiện nay, việc chuyển đổi này là hồn tồn cĩ thể thực hiện được. Vấn đề đặt ra là do cĩ sự khơng đồng nhất về thành phần khí biogas cùng với sự đa dạng về chủng loại và kích cỡ động cơ cần chuyển đổi, địi hỏi phải cĩ thêm các nghiên cứu làm tối ưu hệ thống cung cấp nhiên liệu, nghiên cứu quá trình cháy của động cơ biogas và xác định các thơng số cơ bản tối ưu để đảm bảo tính năng của động cơ.
CHƯƠNG 3
MƠ HÌNH HĨA QUÁ TRÌNH CẤP NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ BIOGAS
ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC
Mục tiêu nghiên cứu của luận án này là nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiên liệu và quá trình cháy của động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức. Nhằm đưa ra những đánh giá sơ bộ ban đầu, giúp định hướng tích cực trong việc thiết kế và chế tạo các cụm chi tiết, bộ phận trong quá trình chuyển đổi động cơ diesel ZH1115 thành động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức, đồng thời cĩ cơ sở để so sánh đối chiếu với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sau này, chương này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết và kết quả tính tốn mơ hình hĩa dịng chảy qua bộ tạo hỗn hợp dùng trên động cơ biogas cũng như quá trình cháy hỗn hợp biogas-khơng khí trên cơ sở phần mềm CFD FLUENT.
3.1. Giới thiệu phần mềm động lực học thủy khí CFD FLUENT
Phần mềm CFD FLUENT chứa các cơng cụ mơ hình hĩa hữu ích để mơ hình hĩa các dịng chảy tầng và chảy rối, quá trình truyền nhiệt và các phản ứng khác nhau trong cơng nghiệp ứng dụng, từ luồng khơng khí chảy qua cánh máy bay đến quá trình cháy trong lị đốt, các cột bọt nước giàn khoan dầu, dịng máu lưu thơng trong cơ thể, từ cơng nghệ bán dẫn đến các nhà máy xử lý nước thải. Các mơ hình đặc biệt này giúp cho phần mềm CFD FLUENT cĩ khả năng mơ hình hĩa quá trình cung cấp nhiên liệu và quá trình cháy của động cơ đốt trong, aeroacoustics, tuốc bin hơi hoặc khí và mở rộng đối với các hệ thống đa pha.
Cùng với sự phát triển khơng ngừng của máy vi tính, việc ứng dụng FLUENT để mơ phỏng các quá trình trên động cơ đốt trong ngày càng được ứng dụng phổ biến hơn nhờ cho kết quả mơ phỏng chính xác; đồng thời cho phép rút ngắn được thời gian nghiên cứu cũng như tiết kiệm được rất nhiều các trang thiết bị vật tư chuẩn bị cũng như thực hiện các thử nghiệm trong thực tế như trước đây [29].
3.2. Lý thuyết dịng chảy rối
3.2.1. Giới thiệu
Hầu hết các dịng chảy xảy ra trong tự nhiên và trong các ứng dụng kỹ thuật là dịng chảy rối. Trong lĩnh vực động cơ đốt trong, dịng chảy của hỗn hợp khí trên đường nạp, sự vận động của mơi chất cơng tác trong xi lanh... là dịng chảy rối.
Đối với trạng thái dịng chảy này, những đặc điểm chính của nĩ là khơng được kiểm sốt bởi các tính chất phân tử của lưu chất. Vì các phương trình của chuyển động là phi tuyến nên mỗi mẫu dịng chảy riêng rẽ cĩ một số đặc điểm riêng biệt được kết hợp với các điều kiện ban đầu và điều kiện biên của nĩ [57].
Cường độ rối được đặc trưng bởi số Reynolds. Khi số Reynolds vượt quá giới hạn thì dịng chảy chuyển từ chảy tầng sang chảy rối. Theo Von Karman, chảy rối cĩ thể được tạo ra bởi dịng chảy lưu chất qua bề mặt rắn hoặc bằng dịng chảy của các lớp lưu chất chuyển động với tốc độ khác nhau hoặc trượt lên nhau. Cĩ rất nhiều vấn đề trong kỹ thuật như lớp biên, truyền nhiệt, ma sát và khuếch tán lưu chất khơng thể được xác định một cách chính xác nếu khơng xét đến ảnh hưởng của dịng chảy rối.
Sự ngẫu nhiên của dịng chảy rối được phản ảnh đầy đủ qua chuyển động của tất cả các phần tử lưu chất. Tốc độ tức thời của một phần tử lưu chất cĩ thể được chia ra thành tốc độ trung bình U và dao động tốc độ u'(t): U(t) = U + u’(t). Dịng
u y u u=0,99u u L Chảy rối Chảy tầng Vùng chuyển Đầu cạnh Giới hạn của lớp biên
Điểm chuyển Lớp phụ nhớt Lớp đệm Vận tốc u tại điểm cĩ tọa độ (x,y)