Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi" là nghiên cứu thiết kế và chế tạo CVCC; Nghiên cứu cơ chế và các biện pháp điều khiển quá trình hình thành hỗn hợp HCCI trong CVCC... Mời các bạn cùng tham khảo luận án.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi

MỞ ĐẦU i. Đặt vấn đề Động cơ đốt trong hiện nay là một trong những nguồn động lực chủ yếu trong nhiều ngành kinh tế, sản xuất, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải. Nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong thường là các sản phẩm chưng cất từ dầu mỏ như xăng và dầu diesel. Bên cạnh đó, trong khí thải của động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống có chứa nhiều chất độc hại với con người và gây ô nhiễm môi trường. Việc thiết lập và sử dụng chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI- Homogeneous Charge Compression Ignition) đang nhận được sự quan tâm lớn. Đây được cho là chế độ vận hành tương lai của động cơ nhờ kết hợp được ưu điểm của cả động cơ xăng và động cơ diesel. Khi nghiên cứu quá trình cháy HCCI trên động cơ thực tế gặp nhiều khó khăn. Buồng cháy không trong suốt nên khó quan sát từ bên ngoài. Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi (CVCC) sẽ hạn chế những nhược điểm như trên của buồng cháy truyền thống. Buồng cháy CVCC là buồng cháy có nhiều cửa sổ bằng thạch anh trong suốt nên dễ quan sát bên trong buồng cháy. Buồng cháy CVCC rất linh hoạt khi nghiên cứu đối với nhiều loại nhiên liệu khác nhau. Việt Nam chưa có phòng thí nghiệm nào được trang bị loại buồng cháy CVCC. Vì vậy, trong luận án này NCS tập trung nghiên cứu thiết kế chế tạo CVCC. Trên cơ sở đó, tiến hành nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi phù hợp với thực tiễn tại Việt Nam. ii. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo CVCC. - Nghiên cứu cơ chế và các biện pháp điều khiển quá trình hình thành hỗn hợp HCCI trong CVCC. - Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số như: nhiệt độ và nồng độ ô xy đến quá trình cháy HCCI trong CVCC. - Bước đầu đưa ra khuyến cáo về thiết lập quá trình cháy HCCI trong CVCC. iii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Luận án lựa chọn CVCC được chế tạo tại Việt Nam là buồng cháy nghiên cứu. Đây là một loại buồng cháy mới có nhiều ưu 1
điểm so với buồng cháy của động cơ truyền thống. Nhiên liệu sử dụng là nhiên liệu diesel (B0) và bio-diesel với tỉ lệ pha trộn 10% (B10). Các nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu cơ, nhiên liệu và khí thải, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. iv. Phương pháp nghiên cứu Luận án kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm, kiểm chứng và đánh giá. v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn – Xây dựng cơ sở lý thuyết để thiết kế chế tạo ra buồng cháy CVCC trong điều kiện Việt Nam. – Xây dựng được mối quan hệ của thông số áp suất, nhiệt độ và nồng độ ô xy với áp suất cháy của quá trình cháy HCCI. – Ứng dụng phục vụ nghiên cứu đối với nhiều loại nhiên liệu khác nhau. Định hướng nghiên cứu về hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong CVCC tại Việt Nam. – Định hướng nghiên cứu về hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi. vi. Điểm mới của luận án Thiết kế, chế tạo được buồng cháy CVCC ở Việt Nam. Thiết lập các chế độ điều khiển nhiệt độ, áp suất và tỉ lệ không khí - nhiên liệu của hỗn hợp. Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong CVCC tại Việt Nam. vii. Bố cục luận án  Mở đầu  Chương 1. Tổng quan.  Chương 2. Cơ sở lý thuyết quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi.  Chương 3. Tính toán, thiết kế và chế tạo buồng cháy thể tích không đổi 2
 Chương 4: Mô phỏng quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy thể tích không đổi.  Chương 5. Nghiên cứu thực nghiệm.  Kết luận chung và hướng phát triển. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung 1.1.1. Quá trình hình thành và cháy HCCI HCCI (Homogeneous charge compression ignition – HCCI) là thuật ngữ dùng để chỉ một quá trình cháy mới kết hợp được ưu điểm của quá trình cháy do nén và cháy cưỡng bức. Nhược điểm của quá trình cháy này là không thể điều khiển trực tiếp quá trình cháy và chỉ thiết lập được ở chế độ tải nhỏ. Vùng làm việc của động cơ chạy theo nguyên lý HCCI bị giới hạn bởi hai yếu tố: không cháy và kích nổ. Các phương pháp hình thành hỗn hợp có thể được phân loại theo đặc điểm phun: hình thành hỗn hợp đồng nhất bên ngoài và hình thành hỗn hợp đồng nhất bên trong. 1.1.2. Buồng cháy thể tích không đổi (CVCC) CVCC là thiết bị thí nghiệm có nhiều cửa sổ bằng thạch anh trong suốt nên rất dễ quan sát bên trong. CVCC thường có dạng hình hộp chữ nhật hoặc hình trụ. CVCC có lợi thế về khả năng thay đổi dễ dàng các thông số quá trình đốt cháy như tỉ lệ không khí-nhiên liệu, tỉ lệ khí dư, áp suất và nhiệt độ bên trong buồng cháy. Hệ thống CVCC có thể thực hiện rất nhiều các nghiên cứu về cháy theo định hướng khác nhau đối với nhiên liệu cháy cưỡng bức và tự bốc cháy. CVCC kết hợp với hệ thống quang học nghiên cứu các hiện tượng tương tự ở gần điểm chết trên ĐCT của động cơ truyền thống. Ưu điểm, nhược điểm – Buồng cháy đơn giản, quan sát toàn bộ quá trình cháy bên trong buồng cháy. Dễ dàng thay đổi các điều kiện biên của quá trình cháy. Nghiên cứu được nhiều loại nhiên liệu khác nhau. – Thiết bị đo và quan sát rất hiện đại, chi phí mua sắm cao. Thiết kế hệ thống điều khiển phức tạp. Vật liệu chế tạo 3
Thép không gỉ hoặc thép trung bình S45C [1]. Phân loại: Buồng cháy hình hộp chữ nhật, buồng cháy hình trụ. 1.2. Tình hình nghiên cứu về HCCI và CVCC 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước Khương Thị Hà đã nghiên cứu thiết lập chế độ chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) trong động cơ diesel [2]. Kết quả chỉ ra rằng, với tỷ số nén thiết kế 20:1, động cơ HCCI chuyển đổi hoạt động ổn định tại chế độ tốc độ và tải thấp từ 1600 vg/ph đến 2000 vg/ph và 10% tải đến 20% tải... Chưa có công trình nghiên cứu trực tiếp nào liên quan đến CVCC. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài 1.2.2.1. Nghiên cứu hình thành HCCI P. Saisirirat và cộng sự [28] nghiên cứu thời điểm tự cháy và đặc tính cháy HCCI khi sử dụng nhiên liệu 1-butanol/n-heptane và ethanol/n-heptane. Sử dụng động cơ diesel 1 xilanh nhiên liệu là hỗn hợp alcohol/n-heptane, Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng tỉ lệ rượu thì thời điểm cháy diễn ra muộn hơn do tăng trị số octane. Dongwon Jung và các cộng sự [29] đã nghiên cứu cung cấp dimethyl ete (DME) cho động cơ xăng 1xylanh, làm mát bằng không khí, với phuơng án sử dụng EGR để điều khiển thời điểm cháy. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng cả luân hồi nội tại và luân hồi ngoài đều thiết lập được đặc tính cháy HCCI cho động cơ khi sử dụng DME tại 1500v/ph... 1.2.2.2. Nghiên cứu sử dụng CVCC Sieber và cộng sự [52] nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ ô xy bằng cách thay đổi nồng độ ô xy trong CVCC. Kết quả cho thấy, sự giảm nồng độ ô xy dẫn đến giảm nhiệt độ ngọn lửa. Prathan Srichai và cộng sự sử dụng phần mềm mô phỏng Solidworks Simulation và CAE tiến hành phân tích, thiết kế và chế tạo CVCC [1], mô phỏng điều kiện làm việc tại điểm chết trên của động cơ truyền thống (TDC) với áp suất lớn nhất là 70 bar... 4
Nghiên cứu về thiết kế và chế tạo CVCC đưa ra còn hạn chế và chưa có nghiên cứu nào đưa ra quy trình tính toán, thiết kế và chế tạo CVCC. CVCC là thiết bị được thiết kế, chế tạo theo yêu cầu của các phòng thí nghiệm, sản suất đơn chiếc nên giá thành cao và không có trên thị trường. Vì vậy, thiết kế chế tạo CVCC tại Việt Nam để phục vụ nghiên cứu là cần thiết và tiết kiệm chi phí mua sắm cho phòng thí nghiệm. 1.3. Kết luận chương 1 Tác giả đã phân tích để thấy được ưu điểm của HCCI là hiệu suất nhiệt cao, phát thải NOx và PM nhỏ. Nhưng khó khăn lớn nhất khi thiết lập chế độ HCCI trong động cơ truyền thống có nhiều khó khăn trong đó khó khăn nhất là điều khiển thời điểm cháy và thời điểm phun nhiên liệu. Mặt khác, động cơ không hoạt động hoàn toàn ở chế độ HCCI mà chỉ hoạt động ở chế độ tải nhỏ có sử dụng luân hồi khí thải và sử dụng nhiên liệu có nhiệt độ bay hơi thấp. Tuy nhiên, hệ thống CVCC linh hoạt có rất nhiều ưu điểm khi nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy. Hệ thống này khắc phục được khó khăn của động cơ truyền thống khi nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI. Vì vậy, hướng tiếp cận của NCS “nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong CVCC”. Ở Việt Nam hiện nay chưa có trung tâm nghiên cứu nào có CVCC phục vụ nghiên cứu nghiên cứu cơ bản về quá trình cháy. Vì vậy, lựa chọn thiết kế, chế tạo CVCC ở Việt Nam và nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI trong buồng cháy này mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Ngoài ra, nghiên cứu quá trình cháy cơ bản còn làm tiền đề cho những nghiên cứu về quá trình cháy sau này. Mặt khác những nghiên cứu trước đó chỉ tập trung vào thực nghiệm mà chưa xây dựng được mô hình mô phỏng để kết hợp kiểm chứng. Hạn chế này sẽ được khắc phục trong luận án. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY HCCI TRONG CVCC 2.1. Hình thành hỗn hợp trong CVCC 2.1.1. Hình thành hỗn hợp trước thời điểm cháy của nhiên liệu mồi (hình thành hỗn hợp đồng nhất HCCI) 5
2.1.2. Hình thành hỗn hợp sau thời điểm cháy nhiên liệu mồi Quá trình cháy trong CVCC được chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn cháy thứ nhất: Cháy hỗn hợp khí C2H2, O2 và N2 phun vào buồng cháy với tỉ lệ nhất định (tỉ lệ này quyết định nồng độ ô xy dư sau quá trình cháy). Giai đoạn cháy thứ 2: cháy nhiên liệu chính phun vào CVCC. 2.2. Phương pháp hình thành hỗn hợp đồng nhất trong CVCC 2.2.1. Phun nhiên liệu trước thời điểm cháy nhiên liệu mồi Dùng vòi phun nhiều lỗ phun kết hợp với hệ thống nhiên liệu áp suất cao common Rail và gia nhiệt buồng cháy. Hình 2. 3. Phun nhiên liệu trước khi đánh lửa 2.2.2. Phun nhiên liệu sau thời điểm cháy nhiên liệu mồi Dùng vòi phun nhiều lỗ khi đó có nhiều khu vực hình thành hỗn hợp đồng nhất. Tuy nhiên không phải toàn bộ buồng đốt hỗn hợp đồng nhất mà là đồng nhất từng vùng. Đồ thị áp suất (Hình 2. 4). Hình 2. 4. Đồ thị áp suất của CVCC phun sau khi đánh lửa [55] Phun lưỡng nhiên liệu đạt được hỗn hợp đồng nhất (Hình 2. 5). 6
Hình 2. 5. Đồ thị áp suất buồng cháy khi phun lưỡng nhiên liệu 2.3. Cơ chế phá vỡ chất lỏng, giọt chất lỏng và cấu trúc tia phun 2.3.1. Cơ chế phá vỡ chất lỏng 2.3.2. Cơ chế phá vỡ giọt chất lỏng 2.3.3. Cấu trúc tia phun 2.4. Cơ sở hóa lý quá trình cháy 2.4.1.1. Áp suất ban đầu [59] 2.4.1.2. Nhiệt độ đỉnh và áp suất đỉnh 2.4.1.3. Giới hạn cháy thấp [61] 2.4.1.4. Tỏa nhiệt [63] 𝑑𝑄 1 𝑑𝑃 𝑑𝑡 = 𝛾−1 . 𝑉. 𝑑𝑡 (2.24) 2.5. Kết luận chương 2 Nghiên cứu đã lựa chọn C2H2 làm nhiên liệu mồi với những ưu điểm: tốc độ cháy nhanh, khi cháy tạo ra nhiệt độ, áp suất cao và ít độc hại đối với người sử dụng. Nghiên cứu đưa ra phương pháp xác định thành phần phần trăm của ôxy sau khi CNLM và giới hạn cháy của nhiên liệu. Đưa ra các phương án tạo hỗn hợp trong buồng cháy CVCC với các giải pháp phun nhiên liệu trước và sau thời điểm CNLM. Để nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hơp và cháy HCCI trong buồng cháy này, nghiên cứu lựa chọn phương phun nhiên liệu vào buồng cháy trước thời điểm CNLM, sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail kết hợp với vòi phun nhiều lỗ, hệ thống quạt hòa trộn và gia nhiệt buồng cháy để nhiên liệu bay hơi và hòa trộn tốt hơn. Bên 7
cạnh đó, nghiên cứu về cơ chế phá vỡ chất lỏng và cấu trúc của tia phun để đưa ra giải pháp hỗ trợ giúp cho quá trình hòa trộn hỗn hợp được đồng nhất hơn. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CVCC 3.1. Thiết kế chế tạo CVCC 3.1.1. Sơ đồ bố trí chung và yêu cầu đối với CVCC Hình 3. 1. Hệ thống CVCC 3.1.2. Tính toán buồng cháy 3.1.2.1. Tính toán kích thước buồng cháy Theo các phương trình sau 1−𝑛 𝑇1 𝑃 ( 𝑛 ) 𝑣1 1−𝑛 = ( 2) =( ) = (𝐶𝑅)1−𝑛 𝑇2 𝑃1 𝑣2 (3.1) 2.𝐶𝛥.𝑃𝑖𝑛𝑗 0.25 𝑡.𝑑𝑁 0.5 𝑋= ( 𝑝 ) . ( 𝑡𝑎𝑛𝜃) (3.2) 𝑎 ..... Thay số vào phương trình ta được: X là chiều dài tia phun = 79 mm (bio diesel); R: độ rộng tia phun = 26mm. Như vậy: Lựa chọn đường kính xylanh CVCC là 80 mm, chiều rộng là 90. 3.1.2.2. Tính toán bề dày xylanh 8
Hình 3. 7. Ứng suất bên trong thành xylanh [70] 𝑃 𝑐𝑦 .(𝑏2 +𝑎2 )  = (𝑏 2 −𝑎2 ) (3.5) Phương trình (3.5) và Bảng 3. 5 tính được bán kính ngoài của hình trụ (b) là 57,64 mm. NCS lựa chọn sơ bộ độ dày thành 60 mm. 3.1.2.3. Tính toán kích thước kính quan sát 3.1.2.4. Tính toán đường kính ngoài của kính quan sát 𝑃 𝑐𝑦 𝑎 2 Ứng suất uốn 𝜎𝐵 = 𝑏2 −𝑎2 (3.8) Từ công thức (3.8). Bán kính ngoài nhỏ nhất của kính quan sát là 48,10 mm. Chọn sơ bộ là 60 mm. 3.1.3. Tính toán bulông buồng cháy 3.1.4. Tính toán kiểm nghiệm buồng cháy Sử dụng phần mềm Ansys để mô phỏng tính bền với buồng cháy, và kính quan sát có kích thước sơ bộ và vật liệu chế tạo buồng cháy và kính quan sát như đã lựa chọn. 3.1.4.1. Kiểm nghiệm buồng cháy và kính quan sát Xây dựng mô hình Hình 3. 13. Mô hình CVCC và mô hình kính quan sát 9
Hình 3. 14. Mô hình chia lưới của buồng cháy, kính quan sát và nắp buồng cháy Bảng 3. 9. Điều kiện mô phỏng của buồng cháy Bộ phận của CVCC Áp suất (Pa) Nhiệt độ (0C) Thân buồng cháy 8000000 200 ÷ 1000 Nắp kính quan sát 8000000 200 ÷ 1000 Kính quan sát 8000000 200 ÷ 1000 Hình 3. 16. Ứng suất, chuyển vị và Hình 3. 18. Ứng suất, chuyển vị và truyền nhiệt của buồng cháy ở truyền nhiệt của kính quan sát ở 10000C 10000C Hình 3. 19. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chuyển vị tương đương và truyền nhiệt 10
Hình 3. 20. Ứng suất tương đương, chuyển vị và truyền nhiệt của nắp CVCC Kết quả mô phỏng: Hình 3. 16 và Hình 3. 18, 3.19, 3.20 chỉ ra rằng, buồng cháy đảm bảo an toàn khi nhiệt độ buồng cháy lên 10000C và áp suất bên trong buồng cháy 80 (bar). 3.2. Chế tạo các bộ phận chính của buồng cháy 3.2.1. Chế tạo thân buồng cháy 3.2.2. Chế tạo nắp buồng cháy 3.2.3. Chế tạo mặt bích giữ kính quan sát 3.3. Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển là sự kết hợp của hai phần mềm LabView và Arduino và thiết bị vi mạch điện tử Nano (Hình 3. 25). Hình 3. 25. Các bộ phận của hệ thống điều khiển CVCC Giao diện của hệ thống điều khiển (Hình 3. 26). Hình 3. 26. Giao diện hệ thống điều khiển hoạt động của CVCC 11
3.3.1. Sơ đồ khối thuật toán điều khiển 3.3.2. Ngôn ngữ lập trình điều khiển 3.3.3. Phần cứng Arduino 3.3.4. Lập trình điều khiển hệ thống 3.4. Các hệ thống khác 3.4.1. Hệ thống nhiên liệu áp suất cao (common Rail) ..... 3.5. Kết luận chương 3 Trên cơ sở tính toán lý thuyết, mô phỏng kiểm nghiệm bền đã chế tạo ra buồng cháy CVCC với vật liệu chế tạo buồng cháy là thép S45C và vật liệu sử dụng làm kính quan sát là tinh thể thạch anh. Buồng cháy CVCC có kích thước đường kính 80 mm, chiều rộng 90 mm và chiều dày thành xylanh 60 mm đảm bảo đủ bền với áp suất bên trong lên đến 8 MPa. Trên cơ sở hệ thống nhiên liệu common rail động cơ huyndai Santafe 2004, nghiên cứu cải tiến thành công hệ thống điều khiển phun nhiên liệu với áp suất phun 150 MPa, điều chỉnh được thời điểm phun và thời gian phun theo thời gian thực. Thiết kế hệ thống đánh lửa, hệ thống cung cấp khí và hệ thống thông tin thu thập dữ liệu hình ảnh quá trình cháy theo thời gian thực cho buồng cháy CVCC . Thiết kế, chế tạo thành công hệ thống hòa trộn (mixing Fan) cho CVCC. Lựa chọn được các hệ thống khác phù hợp với buồng cháy CVCC để tiến hành nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy HCCI. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY HCCI TRONG CVCC 4.1. Xây dựng mô hình mô phỏng 4.1.1. Phương trình cơ bản mô tả quá trình cháy Phương trình biến thiên động lượng dòng chảy chất lỏng 𝜕 𝜕𝑡 ∫ 𝑉 𝜌𝑣𝑑𝑉 + ∮ 𝐴 𝜌𝑣®𝑣. 𝑑𝑎 = − ∮ 𝐴 𝑝𝐼. 𝑑𝑎 + ∮ 𝐴 𝑇. 𝑑𝑎 + ∮ 𝑉 𝑓 𝑏 𝑑𝑉 + ∫ 𝑉 𝑠 𝑢 𝑑𝑉 (4.1) 12
Phương trình liên tục của dòng chảy chất lỏng: 𝜕 ∫ 𝜌𝑑𝑉 + ∮𝑉 𝜌𝑣. 𝑑𝑎 = ∫ 𝑉 𝑆 𝑢 𝑑𝑉 (4.2) 𝜕𝑡 𝑉 Các phản ứng xảy ra trong buồng cháy: 𝐶2 𝐻2 + 𝑂2 + 𝑁2 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 + 𝑁2 ; 𝐻2 → 2𝐻 2𝐻 + 2𝑂2 → 2𝑂𝐻 + 2𝑂 ; 2𝑂𝐻 + 2𝐻2 → 2𝐻2 𝑂 + 2𝐻 2𝑂 + 2𝐻2 → 2𝑂𝐻 + 2𝐻 ; 𝑂2 → 2𝑂 𝑁2 + 𝑂 → 𝑁𝑂 + 𝑁 ; 𝑂2 + 𝑁 → 𝑁𝑂 + 𝑂 4.1.2. Phương pháp mô phỏng Simcenter Star-CCM+ đã xây dựng riêng một công cụ bổ sung (Add-on) chuyên dụng cho lớp các bài toán cháy trong xi-lanh. 4.1.3. Đối tượng mô phỏng Đối tượng mô phỏng là CVCC thiết kế, chế tạo ở chương 3. 4.1.4. Mô hình mô phỏng Hình 4. 2. Mô hình mô phỏng CVCC 4.2. Các chế độ mô phỏng Điều kiện biên và điều kiện ban đầu, các trường hợp mô phỏng - Bước thời gian nhỏ nhất: 1.0 E -7 s; - Bước thời gian liên quan đến chuyển động của xu páp: 4.3.1. Mô hình lưới tính toán 13
Hình 4. 5. Lưới tính toán sử dụng cho mô hình mô phỏng: 4,740,722 ô lưới; 14,157,523 mặt; 4,859,160 điểm nút 4.3. Kết quả và thảo luận 4.3.1. Quá trình bay hơi của nhiên liệu trong CVCC 4.3.2. Quá trình hòa trộn nhiên liệu trong CVCC 14
Hình 4. 9. Quá trình hình thành Hình 4. 10. Quá trình hình thành hỗn hợp trong CVCC thời điểm hỗn hợp ở 1.0E-6 (s) sau khi phun bắt đầu phun nhiên liệu nhiên liệu Hình 4. 11. Quá trình hình thành Hình 4. 12. Quá trình hình thành hỗn hợp ở 2.0E-6 (s) sau khi phun hỗn hợp ở 5.0E-6 (s) sau khi phun nhiên liệu nhiên liệu Hình 4. 13. Phân bố nhiệt độ trước thời điểm cháy trong CVCC 4.3.3. Độ tin cậy của mô hình 15
REC1-tn b0 65 Áp suất buáy cháy (bar) 15 100 105 110 Thời gian sau khi cháy nhiên liệu … Hình 4. 14. Đồ thị áp suất thực nghiệm và mô phỏng Hình 4.14 cho thấy, mô hình đảm bảo khi tiến hành mô phỏng quá trình cháy của nhiên liệu trong CVCC (sai lệch
a. Áp suất buồng cháy (Hình 4. 18) b. Tốc độ truyền nhiệt (Hình 4. 19) Hình 4. 18. Ảnh hưởng của nồng Hình 4. 19. Ảnh hưởng của nồng độ ô xy đến áp suất buồng cháy độ ô xy đến tốc độ truyền nhiệt 4.4. kết luận chương 4 - Đưa ra cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trong CVCC. - Đã xây dựng mô hình và đánh giá được độ tin cậy của mô hình mô phỏng CVCC và buồng cháy thực tế. Mức độ sai lệch khi tiến hành mô phỏng diễn biến áp suất trong buồng cháy sai lệch lớn nhất
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1. Mục đích thử nghiệm Đánh giá độ bền và độ tin cậy của CVCC. Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng. Phân tích quá trình cháy hỗn hợp đồng nhất trong CVCC (cháy hỗn hợp đồng nhất). Phân tích quá trình cháy của hỗn hợp hình thành sau thời điểm cháy nhiên liệu mồi (cháy kiểu truyền thống). 5.1.1. Đối tượng thử nghiệm Hình 5. 1. Hình ảnh thực tế của CVCC 5.1.2. Nhiên liệu thử nghiệm Nhiên liệu dùng trong thử nghiệm:B0, B10 5.2. Quy trình và phạm vi thử nghiệm 5.3. Sơ đồ bố trí thử nghiệm và các trang thiết bị chính 5.3.1. Sơ đồ bố trí thử nghiệm Hình 5. 4. Sơ đồ bố trí thử nghiệm 5.3.2. Trang thiết bị thử nghiệm 5.4. Kết quả thử nghiệm và thảo luận 5.4.1. Đánh giá độ tin cậy của CVCC 18
Hình 5. 6. Đồ thị áp Hình 5. 7. Hình ảnh Hình 5. 8. CVCC sau suất trong CVCC cháy trong CVCC khi thử nghiệm 5.4.2. Thực nghiệm đánh giá chất lượng hỗn hợp HCCI Hình 5. 9. Hỗn hợp nhiên liệu hòa trộn trong CVCC theo thời gian 5.4.3. Đặc tính cháy của nhiên liệu B0, B10 hòa trộn trước khi cháy nhiên liệu mồi 5.4.3.1. Sự phát triển màng lửa. Hình 5. 10. Hình ảnh quá trình lan truyền màng lửa của nhiên liệu mồi và cháy HCCI của nhiên liệu trong CVCC.. Hình 5. 11. Tốc độ lan tràn màng lửa ở thời điểm 2ms sau thời điểm CNLM; (a). B0; (b). B10 5.4.3.2. Áp suất trong xylanh (Hình 5. 12) 19
5.4.3.3. Tốc độ tăng áp suất (Hình 5. 13) Hình 5. 12. Diễn biến áp suất Hình 5. 13. Tốc độ tăng áp suất trong CVCC trong CVCC 5.4.3.4. Tốc độ tỏa nhiệt (Hình 5. 14) Hình 5. 15. Đồ thị % nhiên liệu Hình 5. 14. Tốc độ tỏa nhiệt của thử nghiệm đốt cháy nhiên liệu trong CVCC 5.4.3.5. Phần trăm nhiên liệu đốt cháy (Hình 5. 15) 5.4.4. Đặc tính cháy của nhiên liệu B0 và B10 hòa trộn sau khi cháy nhiên liệu mồi. 5.4.4.1. Áp suất buồng cháy 5.4.4.2. Tốc độ tăng áp suất Hình 5. 16. Diễn biến áp suất Hình 5. 17. Đồ thị tốc độ tăng áp trong CVCC suất trong CVCC 20