- Trang Chủ
- Hoá dầu
- Nghiên cứu mô phỏng động cơ khi sử dụng nhiên liệu pha phụ gia vi nhũ thế hệ mới
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG
NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI
Nguyễn Hữu Tuấn
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi, email: nhtuan@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Bảng 1. Thông số kỹ thuật động cơ
Ô nhiễm môi trường từ các phương tiện diesel D4BB
giao thông là vấn đề mà các nhà khoa học đã,
Model động cơ D4BB
đang tìm các giải pháp để khắc phục và thu
3
được những kết quả tích cực. Hiện nay có ba Dung tích xi lanh (cm ) 2.607
hướng nghiên cứu để giải quyết vấn đề này Đường kính x hành trình (mm) 91,1 100
gồm hướng liên quan đến kết cấu động cơ,
Công suất lớn nhất (Kw - vòng/phút) 59 - 4.000
xử lý khí thải và nhiên liệu. Hai hướng trên
đi kèm với giá thành cao và thường phù hợp Mô-men lớn nhất (N.m - vòng/phút) 170 - 2.200
với các thiết kế động cơ mới, khó can thiệp Nghiên cứu mô phỏng sử dụng phương
vào các động cơ đang vận hành. Hướng trình nhiệt động học thứ nhất để tính toán quá
nghiên cứu liên quan đến nhiên liệu gồm sử trình cháy trong động cơ đốt trong. Định luật
dụng các loại nhiên liệu thay thế như cồn nhiệt động học thứ nhất thể hiện mối quan hệ
ethanol, biodiesel, khí sinh học, CNG, giữa sự biến thiên của nội năng (hay enthalpy)
DME... hoặc sử dụng phụ gia để cải thiện với sự biến thiên của nhiệt và công:
quá trình cháy của nhiên liệu truyền thống. d (mc .u ) dV dQF
Việc sản xuất nhiên liệu thay thế thường yêu pc .
cầu công nghệ cao, quy mô lớn để đáp ứng d d d
(1)
nhu cầu sử dụng dẫn tới chi phí đầu tư và giá dQw dmBB
hBB .
thành nhiên liệu cao. Trong khi đó, phụ gia d d
nhiên liệu được phối trộn với tỷ lệ nhỏ trong Quá trình truyền nhiệt từ trong buồng cháy
nhiên liệu, quy mô sản xuất không cần lớn và qua thành buồng cháy cũng như nắp xy lanh,
có thể sử dụng trên động cơ truyền thống mà piston và lót xy lanh được tính dựa vào
không cần phải thay đổi kết cấu hoặc điều phương trình truyền nhiệt như thể hiện trên
chỉnh thông số làm việc của động cơ. phương trình (2):
Qwi Ai . w .(Tc Twi ) (2)
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mô hình Woschni 1978 phù hợp cho động
Nghiên cứu ứng dựng phần mềm AVL- cơ diesel được sử dụng để tính toán hệ số
Boost mô phỏng động cơ diesel D4BB sử truyền nhiệt.
dụng nhiên liệu diesel và diesel pha phụ gia. Mô hình cháy sử dụng trong nghiên cứu là
Nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của mô hình AVL MCC. Tốc độ tỏa nhiệt là
phụ gia vi nhũ thế hệ mới tới các thông số hàm số của lượng nhiên liệu (f1) và năng
của quá trình cháy cũng như tính năng kỹ lượng động học rối (f2), như thể hiện trong
thuật và phát thải động cơ diesel. phương trình (3):
Đối tượng nghiên cứu là động cơ Hyundai dQ
D4BB với các thông số cơ bản của được CComb . f1 ( M F , Q). f 2 ( k ,V ) (3)
d
trình bày trong bảng 1.
33
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
CO là sản phẩm cháy của quá trình cháy (Hình 2) trình bày kết quả so sánh về áp
thiếu O2, tức là CO chủ yếu sinh ra từ quá suất trong xy lanh giữa mô phỏng và thử
trình cháy không hoàn toàn các hydro nghiệm tại tốc độ 2000 vòng/phút có mômen
cácbon. Tốc độ phản ứng tạo thành CO được lớn nhất là 147,1Nm. Kết quả cho thấy sai
tính theo công thức: lệch áp suất lớn nhất giữa mô phỏng và thử
nghiệm nhiên liệu là 1,3%.
d CO CO
( R1 R2 ) 1 (4)
dt CO
e
Cơ chế hình thành NOx trong mô phỏng
Boost dựa trên cơ sở Pattas và Hafner. Quá
trình hình thành của chúng được thể hiện qua
sáu phương trình phản ứng theo cơ chế
Zeldovich.
Phát thải soot thường dựa theo cơ chế
được đề xuất bởi Hiroyasu và cộng sự. Cơ
chế này còn được gọi là cơ chế hai bước, mô Hình 2. Kết quả kiểm chứng đường
tả sự hình thành và ô xy hoá của các phân tử áp suất xy lanh
bồ hóng bởi hai hoặc nhiều phản ứng.
Hình 3. Kết quả kiểm chứng phát thải
Hình 3 trình bày kết quả so sánh các phát
thải giữa mô phỏng và thử nghiệm tại tốc độ có
mômen lớn nhất 2000 vòng/phút. Thay đổi kết
quả phát thải CO, NOx, Soot giữa mô phỏng và
thử nghiệm lần lượt là 2,8%, 4,7%, 3,3%.
Hình 1. Xây dựng mô hình mô phỏng
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Dựa trên các thông số kết cấu và các
nguồn tài liệu liên quan, mô hình mô phỏng 3.1. Ảnh hưởng của phụ gia tới tính
của động cơ được thể hiện trên Hình 1. Kết năng kỹ thuật động cơ
quả kiểm chứng hai mô hình bằng cách so Công suất của động cơ sử dụng nhiên liệu
sánh đường áp suất xy lanh và các phát thải DO-phụ gia lớn hơn động cơ sử dụng nhiên
trên hình 2, 3. Với nhiên liệu pha phụ gia vi liệu DO. Tính trên toàn dải tốc độ, công suất
nhũ thế hệ mới, các thông số cháy và các hệ tăng 2,7%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm
số nhân động học của mô hình phát thải được 2,6%. Với lượng nhiên liệu cung cấp cho một
điều chỉnh đảm bảo sai số giữa mô phỏng và chu trình là như nhau đối với các nhiên liệu
thực nghiệm sai lệch từ 2% đến 5%, đảm bảo thì kết quả này là do sự điều chỉnh trên mô
độ tin cậy của mô hình để thực hiện các hình DO-phụ gia có hệ số cháy hiệu quả hơn
nghiên cứu tiếp theo. trên mô hình DO.
34
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Hình 7. Diễn biến phát thải NOx
Hình 4. Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu
Hình 7 thể hiện động cơ sử dụng nhiên
liệu DO-phụ gia có phát thải NOx ít hơn
động cơ dùng nhiên liệu DO. Tính trung bình
trên toàn dải tốc độ, độ giảm 10,0%.
Hình 5. Diễn biến áp suất trong xy lanh
Hình 5 so sánh diễn biến áp suất trong xy
lanh của động cơ sử dụng nhiên liệu DO và Hình 8. Diễn biến phát thải Soot
DO-phụ gia ở tốc độ 2000 v/ph, có mômen
lớn nhất là 147,1Nm. Kết quả cho thấy nhiên Kết quả cho thấy, phát thải độ khói động
liệu DO-phụ gia có áp suất lớn nhất cao hơn cơ dùng nhiên liệu DO-phụ gia đều giảm hơn
nhiên liệu DO là 1,1%. so với nhiên liệu DO. Tính trung bình trên
toàn dải tốc độ, độ giảm là 4,8%.
3.2. Ảnh hưởng của phụ gia tới hàm
4. KẾT LUẬN
lượng phát thải động cơ
Theo kết quả mô phỏng cho thấy, tính
Từ kết quả ở trên dễ dàng nhận thấy phát
trung bình trên toàn dải tốc độ, công suất
thải CO trên động cơ dùng nhiên liệu DO-
tăng tăng trung bình 2,7%, suất tiêu hao
phụ gia giảm hơn đáng kể động cơ dùng
nhiên liệu giảm 2,6%. Các phát thải CO, NOx
nhiên liệu DO. Tính trung bình trên toàn bộ
và độ khói đều giảm khi sử dụng nhiên liệu
dải tốc độ, độ giảm là 10,7%.
diesel pha phụ gia vi nhũ thế hệ mới. Tính
trung bình trên toàn dải tốc độ, độ giảm lần
lượt là 10,7%, 10,0% và 4,8%.
Kết quả mô phỏng cho thấy nhiên liệu pha
phụ gia vi nhũ thế hệ mới có hiệu quả cải thiện
tính năng kỹ thuật và phát thải động cơ diesel.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] AVL-BOOST (2011), Theory AVL-
BOOST, AVL-BOOST.
[2] Hyundai (2009), Automotive diesel engines
Hình 6. Diễn biến phát thải CO catalogue, Perez Wholesale Distributor, Inc.
35
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
36
nguon tai.lieu . vn
