7. Nội dung nghiên cứu
2.2. Thư viện các phần tử của GT-Power
Thư viện các phần tử dòng chảy (flow) bao gồm các phần tử bộ phận (component), các phần tử liên kết (connection), các phần tử tra cứu (reference).
Các phần tử bộ phận gồm: phần tử xy lanh, trục khuỷu, hộp trục khuỷu, đường ống, rẽ nhánh, tuabin, máy nén, điều kiện môi trường, tiết lưu,…
Các phần tử của mô hình động cơ khảo sát bao gồm:
2.2.1. Phần tử xy lanh (EngCylinder)
Hình 2.2. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử xy lanh
Phần tử này dùng định nghĩa các đặc trưng của xy lanh động cơ. Dữ liệu cần nhập vào cho phần tử này bao gồm:
- Start of Cycle (CA at IVC): Góc quay trục khuỷu tại điểm bắt đầu chu trình tính. Giá trị này không ảnh hưởng đến tính toán mô phỏng, thường được chọn ngầm định “def’’.
- Cylinder Geometry Object: Định nghĩa các thông số hình học của xy lanh và pít tông.
- Initial State Name: Phần tử tra cứu diễn tả các giá trị điều kiện đầu bên trong xy lanh.
- Reference State for Volumetric Efficiency: Điều kiện chuẩn để xác định hệ số nạp. Điều kiện này thường tuân theo các điều kiện biên môi trường.
- Cylinder Combustion Mode: Lựa chọn mô hình cháy, có nhiều mô hình cháy được sử dụng như mô hình Wibe, Woschni,…
- Independent: Trong mô hình này tốc độ cháy trong mỗi xy lanh được tính độc lập. Chức năng này được chọn cho tất cả chế độ cháy ngoại trừ động cơ có buồng cháy trước và buồng cháy xoáy lốc.
- Master, Slave: Lựa chọn này áp dụng để tính toán cho các loại động cơ có buồng cháy trước và buồng cháy xoáy lốc.
2.2.2. Phần tử cơ cấu phân phối khí (ValveCamconn)
Hình 2.3. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử cơ cấu phân phối khí
Phần tử này định nghĩa các thông số của cam đóng mở xu páp nạp và xu páp thải, bao gồm các thông số hình học, biên dạng cam và đặc tính dòng chảy qua xu páp.
- Valve reference diameter: Đường kính nấm xu páp;
- Valve Lash: Khe hở nhiệt của đuôi xu páp;
- Cam Timing Angle: Góc làm việc của cam;
Ngoài ra, các tham số cần được đưa vào là độ nâng xu páp theo góc quay trục khuỷu, các giá trị về hệ số dòng chảy theo độ nâng xu páp được biểu diễn dưới dạng bảng trong menu Lift Array, Flow Array,…
2.2.3. Phần tử vòi phun (InjProfileConn)
Hình 2.4. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử vòi phun
Phần tử này được dùng để mô tả vòi phun nhiên liệu. Chức năng chính của vòi phun là phun nhiên liệu với áp suất cao vào buồng cháy động cơ.
Một số kiểu vòi phun được mô tả sẵn là: vòi phun kiểu chốt, kiểu kim phun, đơn cấp, đa cấp. Các thông số cần nhập vào mô hình gồm:
- Inject Mass: lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình;
- Start of Injection: Góc phun sớm nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu;
- Nozzle Type Injection: Kiểu lỗ phun;
2.2.4. Phần tử các thông số chung của động cơ (Engine CrankTrain)
Phần tử này xác định các thuộc tính chung của động cơ. Các mô hình của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền, biến áp suất cháy trong xy lanh thành mô men có ích trên trục khuỷu.
Hình 2.5. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử các thông số động cơ
Các thông số cần nhập vào phần tử bao gồm:
- Engine Type: Loại động cơ 2 kỳ hay 4 kỳ;
- Number of cylinder: Số xy lanh động cơ;
- Configuration of cylinder: Bố trí xi lanh 1 hàng hay chữ V;
- Speed or load specification: Xác định chế độ tính toán theo tốc độ vòng quay (speed) hay phụ tải (Load).
- Engine speed: Số vòng quay động cơ ở chế độ khảo sát;
- Engine Friction Object: Tổn hao do mát sát.
- Start of Cycle (CA at IVC): Góc quay trục khuỷu tại điểm bắt đầu chu trình tính, trước điểm chết trên.
- Firing order: Thứ tự công tác của động cơ;
- Cylinder Geometry: Các thông số hình học của xy lanh như đường kính xy lanh, hành trình pít tông, chiều dài thanh truyền, tỷ số nén, …
2.2.5. Phần tử EndEnvironment (các biến môi trường)
Phần tử này mô tả các điều kiện biên môi trường đầu vào và đầu ra của mô hình.
2.2.6. Phần tử đường ống (Pipe)
Hình 2.6. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử đường ống
Phần tử này được sử dụng để xác định các thuộc tính về hình dáng hình học của đường ống. Phần mềm sẽ tự động tính toán tổn thất áp suất tại các chỗ cong, tiết diện co thắt.
Các thông số đầu vào của mô hình bao gồm:
- Diameter at Inlet End: Đường kính đầu vào của ống;
- Diameter at Outlet End: Đường kính đầu ra của ống;
- Length: Chiều dài ống.
- Discretization Length: Chiều dài rời rạc đường ống, thông số này cho phép chia đường ống thành các đoạn nhỏ để tính toán.
- Surface Roughness: Độ nhám thành ống. Thông số này được sử dụng để xác định tổn thất dòng, đối với các loại vật liệu và phương pháp gia công khác nhau sẽ có giá trị khác nhau và được lựa chọn theo các khuyến cáo trong phần trợ giúp của phần mềm.
- Wall Temperature: Nhiệt độ thành ống, được chọn là hằng số hay hàm theo thời gian, được sử dụng để tính toán trao đổi nhiệt của thành ống với môi chất công tác và môi trường.
Ngoài ra, các thông số về nhiệt độ ban đầu, hệ số lưu lượng của dòng tới, dòng phản hồi, các mô hình truyền nhiệt khác cũng được lựa chọn đối với các bài toán khác nhau.
2.2.7. Phần tử liên kết dòng (OrificeConn Connection)
Phần tử này mô tả vị trí giao tiếp giữa hai thành phần dòng chảy. Các thông số cần định nghĩa cho phần tử này là: đường kính phần tử, hệ số lưu lượng dòng tới và dòng phản hồi. Phần tử này đóng vai trò như một van tiết lưu hoặc như một nhân tố cản dòng.
2.2.8. Phần tử dòng phân chia (Fsplit)
Hình 2.7. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử dòng phân chia
Phần tử này được sử dụng để mô tả các dòng rẽ nhánh, nó được dung để mô tả dòng rẽ nhánh bất kỳ.
2.2.9. Phần tử chặn dòng (EndFlowCap)
Phần tử này được sử dụng để chặn dòng tại các vị trí cuối của đường ống hay dòng phân nhánh. Không có dữ liệu được nhập cho phần tử này.
Trên đây là một số phần tử cơ bản của phần mềm GT-Power được sử dụng trong quá trình thiết lập mô hình động cơ khảo sát.