Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
2.3.2. Nhập dữ liệu cho mô hình
2.3.2.6. Thiết lập phần tử động cơ và xi-lanh (Cylinder)
a) Thiết lập điều kiện biên
- Các phần tử điều kiện biên được xác định như thể hiện trong Bảng 2.4.
Bảng 2. 4 Các thông số của phần tử điều kiện biên
Phần tử Thông số Giá trị Đơn vị
Phần tử điều kiện biên 1 (SB1)
Loại biên Chuẩn -
Áp suất 1 bar
Nhiệt độ 25 oC
Hoá hơi nhiên liệu 0 -
Sản phẩm cháy 0 -
Tỷ số A/F 10000 -
Hệ số lưu lượng vào và ra ống 1 -
Phần tử điều kiện biên 2 (SB2)
Loại biên Chuẩn -
Áp suất 1 bar
Nhiệt độ 100 oC
Hoá hơi nhiên liệu 0 -
Sản phẩm cháy 0,62 -
Tỷ số A/F 1000 -
Hệ số lưu lượng vào và ra ống 1 -
b) Thiết lập phần tử đường ống (Pipe)
Phần tử đường ống trong mô hình được định nghĩa bằng các tham số hình học, vật lý sau: Đường kính ống, chiều dài ống, độ cong ống, hệ số cản của thành ống. Thứ tự ống lấy như trong sơ đồ của mô hình mô phỏng. Các thông số được xác định từ tính toán sơ bộ và được trình bày trong Bảng 2.5.
+ Các thông số vật lý
Bảng 2. 5 Các thông số hình học, vật lý của các đường ống
Thống số /Ống số 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Chiều dài (mm) 50 50 100 100 300 100 50 150 100 50
Đường kính (mm) 40 30 30 30 30 30 30 20 20 20
Nhiệt độ thành ống(ͦ C) 28 28 28 28 500 400 100 300 80 65
Áp suất khí trong ống (bar) 1 0,98 0,98 0,95 1,5 1,3 1,1 1,3 1,1 1,1
34
+ Các thông số khác chung cho tất cả các đường ống: * Hệ số ma sát Laminar: 64 (-)
* Dạng truyền nhiệt giữa Dòng khí-Thành: dạng Re-Analogy. * Hệ số truyền nhiệt: 1 (-)
c) Thiết lập phần tử lọc khí (Air-Cleaner)
Trên đường ống nạp của động cơ R180 có bố trí một bộ lọc khí, có chiều dài phần tử lọc là 60 mm, đường kính phần tử lọc là 60 mm. Lưu lượng khí qua bộ lọc khí được tự tính toán theo dung tích buồng đốt; tổn thất áp suất qua lọc là 0,05 bar; áp suất khí đầu vào là 1 bar; nhiệt độ khí là 30 ͦ C.
d) Thiết lập phần tử điểm đo (Measuring point)
Để thuận lợi cho quá trình xác định các thông số làm việc của động cơ ở bất kỳ vị trí nào. AVL Boost hỗ trợ thiết lập các phần tử điểm đo. Các phần tử điểm đo này có tác dụng như các cảm biến đặt trên hệ thống đường ống của động cơ trong quá trình thực nghiệm. Khi hoàn thành quá trình mô phỏng, trong kết quả đo sẽ hiển thị các thông số của các điểm đo này như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng khí đi qua … Trong mô hình nghiên cứu sử dụng 7 điểm đo.
e) Thiết lập các thông số cơ bản của xi-lanh
Các thông số cơ bản của phần tử xi-lanh được trình bày trong Hình 2.11. Các thông số bao gồm:
+ Đường kính: 80 mm; + Hành trình: 80; +Tỉ số nén: 20 (-);
+ Chiều dài thanh truyền: 150 mm;
+ Độ lệch tâm của chốt pít-tông: 0,02 mm;
+Khe hở giữa thành xi-lanh và xéc-măng: 0,01 mm; + Áp suất hộp trục khuỷu: 1,2 bar.
35
f) Thiết lập mô hình truyền nhiệt (Heat Transfer)
Các thông số mô hình truyền nhiệt được trình bày trong Hình 2.12, gồm: - Mô hình truyền nhiệt: chọn mô hình Woschni 1990;
- Diện tích bề mặt Pít-tông: 5024,5 mm2; - Diện tích nắp máy gần đúng: 5012,5 mm2; - Diện tích thành xi-lanh: 100 mm2;
- Nhiệt độ bề mặt trong của pít-tông, xi-lanh, và thành xi-lanh thay đổi theo tải và tốc độ.
g) Các thông số kĩ thuật của xu-páp
Các thông số của xu-páp nạp và thải được khai báo trong AVL Boost được trình bày lần lượt trong Hình 2.13 và 2.14.
Hình 2. 13 Thiết lập xú-páp nạp Hình 2. 14 Thiết lập xú-páp thải
+ Đường kính đế xu-páp nạp và thải lần lượt là : 40 mm và 37 mm; Xu-páp nạp: Diện tích bề mặt: 1,256 (mm2); Nhiệt độ thành: 130°C. Xu-páp thải: Diện tích bề mặt: 1,074 (mm2); Nhiệt độ thành: 300°C. + Khe hở nhiệt: 0,15 mm (xu-páp nạp) và 0,2 (xu-páp thải);
+ Góc phối khí xu-páp nạp: 180°+18°+41° = 229° (mở sớm 18°trước ĐCT và đóng muộn 41° sau ĐCT);
+ Góc phối khí xu-páp thải: 180° + 48° +15°=243° (mở sớm trước ĐCT 48° và đóng muộn 15° sau ĐCT).
Độ nâng cam được xác định thông qua biên dạng thực tế của cam phối khí với dạng cam lồi và thông số đường kính cổ trục dc = 22 mm, độ nâng cam hc=5 mm và bán kính vòng đỉnh cam r =2,1 mm . Độ nâng được tính toán theo công thức trong tài liệu “ KC&TTĐCĐT tập II”[107]. Bảng 2.6 và 2.7 lần lượt trình bày độ nâng xu-páp nạp và thải theo góc quay trục khuỷu.
36
Bảng 2. 6 Độ nâng xu-páp nạp theo góc quay trục khuỷu
Bảng 2. 7 Độ nâng xu-páp thải theo góc quay trục khuỷu
h) Chọn lựa mô hình cháy (Combustion)
- Các thông số thiết lập mô hình cháy được trình bày trong Hình 2.15, gồm: + Mô hình cháy: AVL MCC;
+ Lượng nhiên liệu cho mỗi chu trình (Fuel/cycle) gct: thay đổi theo tải và tốc độ động cơ (nhập vào mô hình bằng kết quả nghiên cứu thực nghiệm);
+ Quá trình hình thành hòa khí: Bên trong; + Nhiệt độ nhiên liệu: 25°C;
+ Kiểu buồng cháy: Buồng cháy phụ.
TT Góc trục khuỷu (°TK) Độ nâng (mm) TT Góc trục khuỷu (°TK) Độ nâng (mm) 1 344 0,000 13 463 4,999 2 352 0,125 14 473 4,935 3 360 0,498 15 483 4,774 4 367,3 0,88 16 493 4,516 5 380 1,873 17 503 4,163 6 400 3,186 18 523 3,186 7 420 4,163 19 543 1,873 8 430 4,516 20 556,2 0,88 9 440 4,774 21 561 0,498 10 450 4,935 22 569 0,125 11 460 4,999 23 575 0,000 12 462 5 TT Góc trục khuỷu (°TK) Độ nâng (mm) TT Góc trục khuỷu (°TK) Độ nâng (mm) 1 132 0,000 13 255 4,999 2 140 0,079 14 265 4,935 3 148 0,317 15 275 4,774 4 156 0,712 16 285 4,516 5 164,3 1,285 17 315 3,186 6 172 1,873 18 335 1,873 7 192 3,186 19 342,7 1,285 8 222 4,516 20 351 0,712 9 232 4,774 21 359 0,317 10 242 4,935 22 367 0,079 11 252 4,999 23 375 0,000 12 253,5 5
37
Hình 2. 15 Chọn lựa mô hình cháy và phương pháp hình thành hòa khí
i) Mô hình cháy AVL MCC
Thông số mô hình cháy AVL MCC bao gồm thông số vật lý của vòi phun diesel (Hình 2.16) và quy luật phun diesel theo biên dạng cam của bơm cao áp (Hình 2.17).
Hình 2. 16 Khai báo thông số vật lý vòi phun diesel phun diesel
Hình 2. 17 Tỉ lệ phun của vòi phun diesel sơ bộ theo biên dạng cam bơm sơ bộ theo biên dạng cam bơm
- Đặc tính vật lý: * Số lỗ phun: 4
* Đường kính lỗ: 0,25 mm * Hệ số lưu lượng: 0,8(-) * Áp suất phun: 150 bar - Các thông số hiệu chỉnh mô hình
Để có thể hiệu chỉnh mô hình, AVL Boost cung cấp 2 công cụ là hiệu chỉnh trực tiếp mô hình cháy AVL MCC theo loại nhiên liệu (Hình 2.18) và theo kinh nghiệm của người mô phỏng (Hình 2.19).
38
Hình 2. 18 Các thông số hiệu chỉnh mô hình cháy trong mô hình AVL MCC cháy trong mô hình AVL MCC
Hình 2. 19 Hiệu chỉnh mô hình theo kinh nghiệm người dùng nghiệm người dùng
+ Thông số hiệu chỉnh theo loại nhiên liệu:
Bảng 2.8 trình bày các thông số hiệu chỉnh mô hình cháy theo loại nhiên liệu mà tác giả đã thực hiện nhiều lần để chọn lựa.
Bảng 2. 8 Bảng thông số hiệu chỉnh mô hình AVL MCC theo loại nhiên liệu
Thông số hiệu chỉnh Nhiên liệu
diesel
Nhiên liệu diesel và hydro
Hệ số hiệu chỉnh thời gian cháy trễ 1 0,8
Hệ số cháy 0,8 1
Hệ số rối 0,78 1
Hệ số tiêu tán 1 1
Hệ số ảnh hưởng của luân hồi khí thải 1 0,9
Hệ số cháy đồng nhất 0,7 0,97
+Thông số hiệu chỉnh theo mô hình:
Bảng 2.9 trình bày các thông số hiệu chỉnh theo tính toán của người mô phỏng.
Bảng 2. 9 Bảng thông số hiệu chỉnh mô hình AVL MCC theo người dùng
Thông số hiệu chỉnh Nhiên liệu
diesel
Nhiên liệu diesel và hydro
Hệ số thời gian cháy trước hòa trộn 2 1,7
Tính toán động năng rối Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn
Hệ số bốc hơi nhiên liệu 0,70353 0,9
j) Mô hình phát thải trong AVL MCC
Hình 2.20 trình các hệ số hiệu chỉnh phát thải của mô hình AVL-MCC được xác định sau nhiều lần thử nghiệm và tính toán cho mô hình thuần diesel của tác giả bao gồm các phát thải là NOx, CO và soot.
39
Hình 2. 20 Hiệu chỉnh các hệ số phát thải của mô hình cháy AVL-MCC