Sử dụng các thơng số hình học trong Bảng 4.1, mơ hình lưới tính tốn được xây dựng sử dụng cơng cụ 3D-CAD tích hợp trong Star-CCM+. Theo quy định của In- Cylinder mơ hình CAD phải chứa cĩ 3 thành phần: Cylinder-phần thể tích sảy ra phản ứng cháy của nhiên liệu trong buồng cháy; IntakeValve, ExhaustValve-được định nghĩa là các van xupáp nạp nhiên liệu và xả hỗn hợp sản phẩm sau khi cháy.
Miền khơng gian xảy ra phản ứng cháy (Cylinder), và các van nạp, xả trong mơ hình mơ phỏng được hiển thị trong Hình 4. 2.
Thơng số Giá trị Ghi chú
Đường kính buồng đốt 80mm
Độ dài buồng đốt 90mm
Đường kính van nạp 5mm
Đường kính van xả 5mm
Hình 4. 2. Mơ hình mơ phỏng CVCC
Cơng cụ In-Cylinder yêu cầu piston phải chuyển động theo vịng quay trục khủyu trong quá trình cháy. Khi sử dụng In-Cylinder để mơ phỏng CVCC, cần điều chỉnh các hệ số để piston khơng chuyển động. Qua tìm hiểu các thống số cài đặt của cơng cụ In- Cylinder, cho thấy rằng chuyển động của piston dựa trên các thơng tin cụ thể về hình dạng của động cơ, sử dụng các đặc tính hình học di chuyển piston dọc theo trục z âm, độ lệch từ vị trí điểm chết trên được tính theo phương trình 4.12, Trong đĩ S là hành trình dịch chuyển của vấu cam, CA là gĩc quay trục khuỷu tính bằng độ (từ 0 đến 720°), CRL là chiều dài thanh truyền, PO là vị trí xác định ban đầu. Trong mơ hình mơ phỏng tham số S được đặt bằng 0.05mm (tương ứng bằng 1 nửa kích thước ơ lưới cơ bản).
Để mơ phỏng quá trình phun nhiên liệu trong xylanh, cơng cụ In-Cylinder cho phép đưa vào mơ hình kim phun một hoặc nhiều vịi phun với các dạng phun khác nhau và được đặt ở bất kỳ bên trong buồng cháy. Trong mơ phỏng này, nhiên liệu phun được điều chỉnh theo 4 tham số: vận tốc tia phun, tỉ lệ phun, nhiệt độ và kích thước hạt nhiên liệu phun vào buồng cháy. Các tham số nhiệt độ và kích thước hạt được nội suy trực tiếp từ bảng dữ liệu đầu vào. Các tham số vận tốc và tỉ lệ phun được xác định như sau:
Vận tốc được xác định như sau:
�� =
2) �
(4.12)
Trong đĩ: �,̇�, ��,� , �, �� lần lượt là tỉ lệ phun, số lượng vịi phun, hệ số xả, khối
lượng riêng của nhiên liệu, và là đường kính thủy lực tiết diện phun. Tỉ lệ phun được tính như sau :
� = ̇ ������������ (������� − ���� + ����) (4.13) Trong đĩ:
�; ̇ ������������ ; ������� , ����, ���� lần lượt là hàm nội suy từ bảng dữ liệu,
gĩc quay trục khuỷu tính bằng độ (0-720°), các gĩc quay trục khủy xác định thời điểm phun nhiên liệu.
4.2. Các chế độ mơ phỏng
Quá trình cháy trong động cơ là một quá trình diễn biến theo thời gian, trong mơ hình mơ phỏng hiện tại sử dụng thuật tốn PISO (Pressure-Implicit with Splitting of Operators) để giải tuần tự các phương trình chủ đạo. Theo đĩ phương trình các thành phần vận tốc được giải lần lượt, trước khi giải phương trình liên tục, phương trình năng
��.��(��⁄ 2 �⁄̇
lượng, các phương trình phản ứng cháy. Quá trình cháy của nhiên liệu được mơ phỏng sử dụng mơ hình ECFM-3Z, mơ hình cháy này cho phép mơ phỏng hỗn hợp hỗn loạn phức tạp, lan truyền ngọn lửa, đốt cháy khuếch tán và phát thải chất ơ nhiễm đặc trưng cho các cơ chế hiện đại của động cơ đốt trong.
Mơ phỏng ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành hỗn hợp và cháy của nhiên liệu bao gồm: thời điểm phun nhiên liệu, thời điểm kết thúc phun và thời điểm bay hơi hồn tồn nhiên liệu. Nhiệt độ thay đổi từ 300K đến 1200K với khoảng chia: 300K, 450K, 600K, 900K và 1200K. Lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy: 0,039 (gam).
Mơ phỏng ảnh hưởng của nồng độ ơxy đến quá trình cháy của nhiên liệu trong hai trường hợp: 10% ơxy và 20% ơxy trước và sau khi CNLM.
Điều kiện biên
Điệu kiện biên tại vỏ cylinder, van nạp, van xả, kim phun ứng với các biến vật lý khác nhau được cho trong Bảng 4. 2.