Quá trình cháy nhiên liệu khí biogas trong động cơ Honda wave α 110cc được mô phỏng dựa trên nền phần mềm động lực học chất lỏng Fluent. Các thông số kết cấu và vận hành của động cơ được đưa vào chương trình tính toán thông qua
option dynamic mesh. Vùng biên động (piston) được chỉ định ở bảng Dynamic Mesh Zones. Sau khi khai báo đầy đủ các thông số của động cơ, chúng ta có thể kiểm tra sự dịch chuyển của piston theo góc quay trục khuỷu ở bảng Mesh Motion.
Tính chất nhiệt động học của môi chất công tác được thiết lập trong bảng
PrePDF tích hợp trong phần mềm Fluent. Quá trình cháy rối trong buồng cháy được mô phỏng bằng mô hình rối k-ε, mô hình cháy hòa trộn trước cục bộ với tốc
độ màng lửa cháy chảy tầng được xác định theo thực nghiệm ở biểu thức 3.30 và hình 3.2 ứng với 85% CH4 và15% CO2 được mô tả như hình 3.6.
Góc quay trục khuỷu (độ) CH4 [%] T [K] v [m/s] 341 345 347 351 355 360 365 370 375 380 385 390 400
Hình 3.6: Biến thiên nồng độ trung bình CH4, nhiệt độ và trường tốc độ của hỗn hợp trong buồng cháy động cơ ứng với nhiên liệu M85C15 (85% CH4 với 15%
Trên hình 3.6 giới thiệu biến thiên của trường nồng độ CH4, trường nhiệt độ và trường tốc độ hỗn hợp trong buồng cháy ứng với hỗn hợp nhiên liệu biogas tính toán M85C15 (85% CH4 và 15% CO2) với không khí ở tốc độ n = 3000 vòng/phút. Theo đó màng lửa có dạng hình chỏm cầu, lan dần từ vị trí đánh lửa (ứng với 341 độ theo góc quay trục khuỷu) đến khu vực xa nhất của buồng cháy. Ban đầu, tốc độ cháy tăng, tốc độ truyền nhiệt và vận động xoáy đối với hỗn hợp tăng. Đồng thời quá trình đó piston dịch chuyển làm thể tích buồng cháy thay đổi và màng lửa bị biến dạng dần. Đến cuối giai đoạn cháy tốc độ cháy giảm, mức độ truyền nhiệt cho hỗn hợp giảm và màng lửa bị chèn vào không gian hẹp của buồng cháy.
Trong buồng cháy hình thành 2 khu vực: khu vực khí đã cháy và khu vực khí chưa cháy ngăn cách với nhau bằng bề mặt màng lửa. Vùng nhiệt độ cao của hỗn hợp cháy lan rộng dần theo sự dịch chuyển của màng lửa. Khi nhiệt độ trong vùng cháy tăng cao, sản phẩm cháy dãn nở, nén hỗn hợp khí chưa cháy về phía trước, hình thành vùng tốc độ cao xung quanh màng lửa.
Khi quá trình cháy cơ bản kết thúc, một bộ phận hỗn hợp trong lớp biên sát thành xy lanh vẫn không cháy kiệt. Bởi lúc này lượng nhiệt cấp cho hỗn hợp giảm làm cho nồng độ trong hỗn hợp giảm, phần nhiên liệu chứa trong lớp biên này sẽ thải ra ngoài theo khí thải.
3.5. Kết luận
Những kết quả nghiên cứu trên đây cho phép chúng ta rút ra được những kết luận như sau:
- Mô hình cháy 2 khu vực của động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng nhiên liệu biogas nén đã được thiết lập và kiểm nghiệm trên kết quả thực tế của động cơ xe gắn máy Honda wave α 110cc. Mô hình này được phát triển dựa trên mô hình cháy hai khu vực của động cơ xăng với các bổ sung về sự thay đổi độ đậm đặc của hỗn hợp và tốc độ cháy cơ bản theo thời gian và không gian trong buồng cháy.
- Mô hình cho phép chúng ta dự báo ảnh hưởng của các yếu tố chính (độđậm
đặc của hỗn hợp và góc đánh lửa sớm, tốc độ góc của động cơ, thành phần của nhiên liệu) đến biến thiên nồng độ trung bình CH4, nhiệt độ và trường tốc độ của hỗn hợp trong buồng cháy động cơ xe gắn máy Honda wave 110cc.
Chương 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Nghiên cứu thực nghiệm để xác định những yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến tính năng kinh tế - kỹ thuật của xe gắn máy sử dụng nhiên liệu biogas nén. Những thông tin đó chỉ có thể nhận được một cách đầy đủ nhờ phân tích đường cong áp suất chỉ thị trong buồng cháy của động cơ xe gắn máy Honda wave α 110cc.
Nội dung sau đây giới thiệu kết quả thực nghiệm về quá trình cháy với hai loại nhiên liệu: xăng RON92 và biogas nén 85%CH4, với cùng các điều kiện thí nghiệm như thời điểm đánh lửa, độđậm đặc nhiên liệu và chếđộ thử trên băng.
Các kết quả trong thử nghiệm được phân tích, đánh giá và xuất ra bằng phần mềm chuyên dụng Concerto được trang bị tích hợp trong hệ thống, từ đó chúng ta tính toán để rút ra những quy luật.