Với lượng diesel cấp cho một chu trình tại các chế độ tải trọng được xác định dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Chọn lựa tỉ lệ hydro bổ sung thay thế một phần diesel lần lượt là: 5%, 10%, 20% và 30%. Do đó, dễ dàng xác định được lượng diesel bị thay thế theo công thức (2.1).
40
Lượng hydro bổ sung thay thế một phần diesel được tính toán dựa trên cơ sở nhiệt lượng của hai phần nhiên liệu thay thế này tương đương nhau được tính theo công thức (2.2).
Tỉ lệ diesel thay thế bởi H2 = 𝑚𝐷𝑡𝑡
𝑚𝐷𝑏𝑑× 100% (2. 1)
Lượng H2 thay thế = 𝑚𝐷𝑡𝑡×𝐿𝐻𝑉𝐷
𝐿𝐻𝑉𝐻
(2. 2)
Trong đó mDtt là lượng diesel bị thay thế, mDbd là lượng diesel ban đầu, LHVD và
LHVH là nhiệt trị thấp của diesel và hydro (MJ/kg).
Bước 3: Thực hiện mô phỏng động cơ diesel có bổ sung hydro ở các chế độ tải trọng với các tỉ lệ thay thế 5%, 10%, 20% và 30% được ký hiệu lần lượt là H5, H10, H20 và H30.
- Lượng diesel nhập vào mô hình là lượng diesel còn lại sau khi trừ đi phần diesel bị thay thế, đơn vị (gam/ chu trình)
-Lượng hydro nhập vào mô hình là lượng hydro bổ sung thay thế phần diesel bị thay thế, đơn vị (gam/chu trình). Để đảm bảo tính chính xác của mô hình nhiên liệu hydro bổ sung trên đường ống nạp, nhiên liệu hydro được khai báo thêm các điều kiện biên và thông số hiệu chỉnh như: áp suất nhiên liệu hydro phun vào đường ống nạp, hệ số cháy, hệ số rối....Các thông số hiệu chỉnh được trình bày trong Bảng 2.8 và Bảng 2.9.
Bước 4: Thực hiện mô phỏng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-hydro có luân hồi khí thải:
Tại cùng một chế độ tải trọng, với lượng hydro bổ sung như nhau thực hiện mô phỏng luân hồi khí thải (EGR) với biến là độ mở van EGR. Với mỗi độ mở van EGR, tính toán tỉ lệ luân hồi theo công thức (2.3)
(%) EGR 100 i V EGR V = (%) (2. 3)
VEGRlà lưu lượng khí luân hồi được lấy từ điểm MP6 trên mô hình; Vi là lưu lượng khí nạp được lấy từ điểm MP3 đóng vai trò như cảm biến lưu lượng khí nạp.
Bước 5: Tổng hợp kết quả mô phỏng khi động cơ làm việc với các tỉ lệ hydro bổ sung và tỉ lệ EGR khác nhau
Các kết quả mô phỏng chỉ lấy ở trong vùng hệ số lambda lớn hơn 1,2 để có đủ ô- xy đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu diesel và nhiên liệu hydro.
Các kết quả mô phỏng được quy đổi về theo các tải trọng của động cơ nguyên bản lần lượt là 1kW đến 5kW để dễ dàng xác định xu hướng, so sánh và đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ hydro bổ sung và tỉ lệ EGR tới đặc tính làm việc và phát thải của động cơ.
Trong trường hợp sử dụng lưỡng nhiên liệu, tính năng kinh tế của động cơ được đánh giá bằng suất tiêu hao nhiên liệu qui đổi ra diesel xác định theo công thức (2.4):
41 𝑔e=𝑚𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙+ 𝑚𝐻×𝐿𝐻𝑉𝐻 𝐿𝐻𝑉𝐷 𝑁𝑒 (2. 4)
Trong đó mdiesel và mH lần lượt là lượng nhiên liệu diesel và hydro tiêu thụ (kg/h); Ne
là công suất có ích của động cơ (kW).
2.3.3.2. Các nội dung mô phỏng
Các nội dung mô phỏng bao gồm:
1) Mô phỏng động cơ nguyên bản (NB) và hiệu chỉnh mô hình tại đặc tính ngoài, đặc tính tải cho mô-men lớn nhất và đặc tính tải cho công suất lớn nhất đảm bảo độ tin cậy của mô hình với kết quả mô phỏng sai lệch dưới 5% so với thực nghiệm;
2) Mô phỏng động cơ R180 có thực hiện bổ sung hydro với tỉ lệ 5%, tỉ lệ luân hồi 5% và hiệu chỉnh mô hình tại hai đặc tính tải nêu trên đảm bảo độ tin cậy của mô hình với kết quả mô phỏng sai lệch dưới 5% so với thực nghiệm
3) Mô phỏng động cơ ở đặc tính tải ở tốc độ cho mô men lớn nhất (1500 v/p) với các tỉ lệ hydro bổ sung và EGR lớn hơn;
4) Mô phỏng động cơ ở đặc tính tải ở tốc độ cho công suất lớn nhất (2600 v/p) với các tỉ lệ hydro bổ sung và EGR lớn hơn;
5) Mô phỏng động cơ ở đặc tính ngoài với các tỉ lệ hydro bổ sung 5% và EGR 5%.
Hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ tin cậy
Quá trình đo đạc và nghiên cứu thực nghiệm đã giúp xác định được một số thông số đầu vào cho mô hình và một số thông số để đánh giá độ tin cậy của mô hình. Việc hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách so sánh giá trị của một số thông số đầu ra của mô hình mô phỏng với kết quả thực nghiệm rồi thay đổi các thông số điều chỉnh trong mô hình để đạt được sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm nhỏ hơn 5%. Lúc đó mô hình R180 được coi là đủ độ tin cậy để sử dụng tính toán mô phỏng.
Các đồ thị Hình 2.23 đến 2.25 trình bày so sánh kết quả tính toán mô phỏng và thực nghiệm về công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ ở đặc tính ngoài sử dụng thuần nhiên liệu diesel.
Hình 2.26 đến 2.28 trình bày so sánh kết quả tính toán mô phỏng và thực nghiệm về tiêu hao nhiên liệu và phát thải tại đặc tính tải ở tốc độ 1500 v/p và 2600 v/p.
Hình 2.29 đến 2.30 trình bày so sánh kết quả tính toán mô phỏng và thực nghiệm về phát thải tại đặc tính tải ở tốc độ 1500 v/p và 2600 v/p khi thực hiện luân hồi khí thải với tỉ lệ 5% và bổ sung hydro với tỉ lệ 5% (H5E5)
Sai lệch trung bình giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên ở các nội dung so sánh đều không quá 5%. Vì vậy mô hình động cơ R180 trên AVL Boost có thể dùng để tham chiếu khi thực hiện các mô phỏng khác.
Các số liệu về lượng tiêu hao nhiên liệu cho một chu trình sẽ là dữ liệu quan trọng để thực hiện các mô phỏng tiếp theo.
42