Nghiên cứu mô phỏng dòng khí trong hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy

Trang 1

School of Mechanical Engineering ********

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nghiên cứu mô phỏng dòng khí trong hệ thống lấy mẫuCVS của băng thử khí thải xe máy

(A simulation study on gas flow in CVS system of motorcycle’semission testing system )

NGUYỄN KHẮC HOÀN

Ngành CTTT Kĩ thuật ô tô

Giảng viên hướng dẫn : PGS Phạm Hữu Tuyến Chữ kí của GVHDBộ môn : Hệ thống động lực trên ô tô

Trường : Cơ khí

Trang 2

Hà Nội, 07/2022

Trang 3

PHIẾU GIAO

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Khắc Hoàn Lớp: Ô tô ElitechKhóa: 63 Ngành: Kỹ thuậ Ô tôGiáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Hữu Tuyến

1 Tên đề tài tốt nghiệp:

Nghiên cứu mô phỏng dòng khí trong hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy

Chương 2: Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống lấy mẫu CVS bằng phần mềmAnsys Fluent

2.1 Xây dựng mô hình hệ thống CVS

2.2 Lý thuyết tính toán dòng chảy trong CVS2.3 Các thông số điều kiện biên cho mô hình

Chương 3: Kết quả tính toán va thảo luận

3 Số lượng và tên các bản vẽ: 3

- Bản vẽ 1: Sơ đồ băng thử và bản vẽ CVS

- Bản vẽ 2: Mô hình CVS và các phương trình tính toán- Bản vẽ 3: Điều kiện biên và kết quả mô phỏng

4 Ngày giao làm ĐATN: 04/03/2022

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: trước 20/07/2022

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Giáo viên hướng dẫn

Trang 4

Trong sự phát triển của xã hội, con người luôn tìm hiểu, sáng tạo ra các thiết bị sản phẩm nhằm thỏa mãn các nhu cầu của mình Sự đi lại là một trong những nhu cầu thiết yếu đó Chính vì vậy động cơ xe máy đã ra đời phục vụ cho nhu cầu này Tuy nhiên, sự ra đời của xe máy cũng ảnh hưởng lớn đến môi trường sống xung quanh chúng ta và ảnh hưởng đến chính con người bởi khí thải mà nó cũng không hề nhỏ Chính vì vậy, luôn có những tiêu chuẩn về khí thải rất khắt khe nhằm giảm tối đa lượng khí thải phát ra môi trường

Và để đo được lượng khí thải từ xe máy, cần một hệ thống với những máy móc hiện đại, một trong đó là hệ thống đo khí thải với thể tích không đổi (CVS – Constant Volume Sampling) để đo được lượng khí thải phát ra tức

thời Và với hệ thống hiện đại như vậy, em xin chọn đề tài: Nghiên cứu mô

phỏng dòng khí trong hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy.

Đồ án thực hiện mô phỏng dòng khí trong hệ thống pha loãng CVS, tính toán tốc độ dòng chảy ở các tỷ lệ pha loãng khác nhau Qua đó có thể tính toán thời gian trễ từ đuôi ống xả xe máy đến điểm lấy mẫu khí thải sau pha loãng, hỗ trợ cho quá trình xử lý dữ liệu đo khí thải liên tục trên băng thử sử dụng hệ thống lấy mẫu CVS Với nghiên cứu này em mong muốn vận dụng các kiến thức lý thuyết chuyên ngành đã được học để giải quyết một vấn đề đặt ra trong thực tế.

Trang 6

Đối với một sinh viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đồ án tốt nghiệp là một minh chứng cho những kiến thức có được sau những năm học tập Trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, ngoài những cố gắng của bản thân, em sẽ không thể hoàn thành tốt được đồ án nếu không có sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Phạm Hữu Tuyến Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy

Ngoài ra, trong suốt quá trình nghiên cứu em cũng nhận được sự giúp đỡ, hỗ trợ tận tình của các thầy cô nhóm chuyên môn Hệ thống động lực ô tô cùng với các anh đang công tác tại phòng thí nghiệm khí thải động cơ đốt trong ở C15 Em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy cô và các anh đã tạo điều kiện để em có thể thực hiện Đồ án tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung đồ án

Mô phỏng chuyển động của khí thải chuyển động trong hệ thống CVS nhằm xác định các nguyên nhân gây ra hiện tượng sai lệch tín hiệu đo của hệ thống lấy mẫu CVS Công cụ hỗ trợ là phần mềm mô phỏng Ansys Fluent Kết quả của đồ án đã chỉ ra nguyên nhân gây sai lệch tín hiệu đo của hệ thống CVS Từ kết quả của đồ án này, có cơ sở định hướng cho việc phát triển đồ án là xây dựng phương pháp hiệu chỉnh các thử nghiệm khí thải liên tục Qua quá trình làm đồ án, em đã có kiến thức về hệ thống lấy mẫu với thể tích không đổi CVS ( Constant Volume Sampling) và cách lấy mẫu để kiểm định khí thải Ngoài ra, em còn học được thêm các sử dụng phần mềm mô phỏng Ansys Fluetn – một phần mềm mô phỏng sát với thực tế.

Hà Nội, ngày … tháng 07 năm 2022 Sinh viên

Trang 7

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU IIDANH MỤC HÌNH VẼ VIDANH MỤC BẢNG BIỂU IXChương 1 Hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy 11.1.Giới thiệu băng thử khí thải xe máy 1

Trang 8

2.5.Các bước xây dựng bài toán trên phần mềm mô phỏng Ansys Fluent 24

2.5.3 Thiết lập mô hình giải cho bài toán mô phỏng 26

Chương 3 Kết quả tính toán và thảo luận 35

3.1.Sự phân bố về nhiệt độ, vận tốc và khối khí trong hệ thống CVS35 3.1.1 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 1m3/ phút 35 3.1.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/ phút 40 3.2.Xây dựng hàm số liên hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải45 3.2.1 Lưu lượng của ống Venturi Qoutlet = 1m3/phút 45 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút 47 Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài 50

Trang 9

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải xe máy 2 Hình 1.3 Hệ thống thử nghiệm khí thỉa xe máy tại phòng thí nghiệm động cơ

Hình 2.8 Cách vào và khởi tạo ban đầu của SETUP 27

Trang 10

Hình 2.13 Thông số không khí 30

Hình 2.17 Định nghĩa đầu vào khí thải và không khí 32

Hình 3.1 Diễn biến về nhiệt độ trong hệ thống CVS 35 Hình 3.2 Diễn biến về vận tốc trong hệ thống CVS 36 Hình 3.3 Sự hòa trộn giữa khí thải và khí pha loãng 36

Hình 3.6 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời gian DF = 8 38 Hình 3.7 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời giankhi DF = 12 38 Hình 3.8 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời gian khi DF = 16 39 Hình 3.9 Phân bố về khí, nhiệt độ, vận tốc và thời gian khi DF = 20 39 Hình 3.10 Thời gian trễ khi hệ số pha loãng DF = 4 40

Trang 11

Hình 3.12 Diễn biến nhiệt độ trong hệ thống với hệ số pha loãng DF = 4 41 Hình 3.13 Diễn biến hệ số thể tích trong hệ thống với hệ số pha loãng DF = 4

42 Hình 3.14 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF =8 42 Hình 3.15 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF =12 43 Hình 3.16 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF =16 43 Hình 3.17 Diễn biến thời gian, nhiệt độ, vận tốc và hệ số thể tích DF =20 44 Hình 3.18 Đồ thị biểu thị thời gian trễ theo lưu lượng khí thải với lưu lượng Q

Hình 3.19 Đồ thị biểu thị thời gian trễ theo lưu lượng khí thải với lưu lượng 48

Trang 12

● Bảng 2.1 Tính năng và phương pháp mô phỏng 19 ● Bảng 2.2 Thông số của không khí và khí thải 21 ● Bảng 2.3 Thông số điều kiện biên về vận tốc với Qoutlet = 1m3/phút 23 ● Bảng 2.4 Thông số điều kiện biên về vận tốc với Qoutlet = 2.5m3/phút 23 ● Bảng 3.1 Thời gian trễ của từng trường hợp với Qoutlet = 1m3/phút 45 ● Bảng 3.2 Quan hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải với Qoutlet =

● Bảng 3.3 Thời gian trễ của từng trường hợp với Qoutlet = 2.5m3/phút 47 ● Bảng 3.4 Quan hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải với Qoutlet =

● Chương 1 Hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy ● 1.1 Giới thiệu băng thử khí thải xe máy

Trang 13

● 2.4 Các thông số điều kiện biên cho mô hình

● 2.5 Các bước xây dựng bài toán trên phần mềm mô phỏng Ansys Fluent

○ 2.5.1 Xây dựng mô hình ○ 2.5.2 Chia lưới mô hình

○ 2.5.3 Thiết lập mô hình giải cho bài toán mô phỏng ● Chương 3 Kết quả tính toán và thảo luận

● 3.1 Sự phân bố về nhiệt độ, vận tốc và khối khí trong hệ thống CVS ○ 3.1.1 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 1m3/ phút

○ 3.1.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/ phút

● 3.2 Xây dựng hàm số liên hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải ○ 3.2.1 Lưu lượng của ống Venturi Qoutlet = 1m3/phút

○ 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút ● Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

Trang 14

● Hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy

● Giới thiệu băng thử khí thải xe máy

● Xe máy trước khi thử nghiệm cần đặt trong phòng chuẩn bị để quen với nhiệt độ, độ ẩm và áp suất trong phòng thử Khi thử, xe được kéo lên con lăn của bệ thử Người lái điều khiển xe chạy theo chu trình

nhất định được hiển thị hỗ trợ trên màn hình (Hình 1.1)

● Hình 1.1 Chu trình thử theo TCVN 9726 : 2013 đối với xe máy

● Chu trình thử bao gồm 6 giai đoạn lặp lại, mỗi giai đoạn tương ứng 195 (s), tổng cộng là 1200 s, chiều dài quãng đường là 6 km Đối với

Trang 15

tiêu chuẩn Euro III thì mẫu phân tích chỉ lấy 4 giai đoạn sau tức là từ giây thứ 430, hai giai đoạn đầu chỉ là thời gian chạy ấm máy, tổng quãng đường lấy mẫu là 4 km, tốc độ lớn nhất là 50 km/h Khí thải từ ống xả của xe máy sẽ đi vào hệ thống Constant Volume Sampling (CVS) và pha trộn với không khí sạch môi trường tạo thành khí pha loãng, lưu lượng của dòng khí trong CVS được tạo ra bởi

● LỜI MỞ ĐẦU

● DANH MỤC BẢNG BIỂU

● Chương 1 Hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy ● 1.1 Giới thiệu băng thử khí thải xe máy ○ 2.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng.

○ 2.3.2 Mô hình k-ε mô phỏng dòng chảy rốiε mô phỏng dòng chảy rối ○ 2.3.3 Thuật toán mô phỏng

Trang 16

○ 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút ● Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài ● 4.1 Kết luận chung

● 4.2 Hướng phát triển của đề tài ● LỜI KẾT

● Tài liệu tham khảo

● quạt hút đặt ở cuối hệ thống Một phần nhỏ khí pha loãng được lấy và chứa trong các túi khí theo từng pha của chu trình thử Khi chu trình kết thúc, tủ phân tích khí thải sẽ lấy khí trong các túi khí để phân tích hàm lượng các chất.

● Để đánh giá phát thải của các mẫu xe được lựa chọn theo tiêu chuẩn Euro III, các xe lần lượt được thử nghiệm theo chu trình thử WMTC, khí thải được phân tích liên tục cũng như tính trung bình trên toàn bộ chu trình thử và so sánh với giới hạn tiêu chuẩn của châu Âu [1]

● -ε mô phỏng dòng chảy rối Hệ thống gồm 3 khối thiết bị chính sau: (Hình 1.2)

● Khối băng thử động lực học Chassiss Dyno với đường kính 20”; khối

lấy mẫu với thể tích không đổi CVS gồm bộ lọc không khí, ống pha loãng, bộ lấy mẫu chất thải dạng hạt PTS ( Particular Sample), ông Venturi, tủ đựng túi khí, quạt hút, các ống dẫn và khối phân tích khí thải CEBII (Combustion Emission Bench II).

Trang 17

● Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải xe máy

●

Trang 18

● Bằng thử động lực học Chasssiss Dynamometer 20” có chức năng mô phỏng điều kiện mặt đường khi xe lăn bánh tại chỗ trong phòng thử nghiệm Hệ thống băng thử được thiết kế với một động cơ điện xoay chiều đặt giữa 2

Trang 19

● 2.2 Mô phỏng bằng lý thuyết động lực học chất lỏng CFD ○ 2.2.1 Phương trình liên tục và phương trình động lượng ○ 2.2.2 Các phương trình khác

● 2.3 Xây dựng mô hình hệ thống CVS ○ 2.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng.

Trang 20

● Tốc độ của xe được xác định qua tốc độ của con lăn bằng bộ cảm biến kiểu quang học được gắn ở đầu trục của con lăn.

● - Mô phỏng các lực cản khi xe chuyển động

● Các lực cản khi xe chuyển động được quy định về điểm tiếp xúc giữa bánh xe và con lăn và được tạo ra trên nguyên lý phanh điện xoay chiều

● Stato của động cơ điện xoay chiều được đặt tự do trên hai gối trục, có thể quay tương đối với roto Khi con lăn quay quanh trục kéo roto quay theo, do tác dụng tương hỗ với từ trường của roto nên stato của động cơ điện chịu lực từ và có xu hướng xoay chiều quay của roto, lực tương hỗ này được đo bằng một cảm biến đo lực.

● Lực FRL được tạo ra và thay đổi nhờ sự thay đổi cường độ dòng điện trong stato.

● Lực FRL được xác định theo công thức: ● FRL=F0+F1× v +F2x v2± mđiện× a+mg sin sin α

Trang 21

● Khối lấy mẫu với thể tích không đổi CVS (Constant Volume

● Hệ thống CVS có nhiệm vụ pha trộn khí thải với không khí được lọc sach từ môi trường tại thành khí pha loãng nhằm mô phỏng điều kiện phát thải của khí thải ra môi trường tạo thành khí pha loãng nhằm mô phỏng điều kiện phát thải của không khí thải ra môi trường và tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trong khí thải động cơ Lưu động của dòng khí trong hệ thống được tạo ra bởi quạt hút, lưu lượng của khí pha loãng được giữ không đổi nhờ ống Venturi Phía trước ống Venturi có cảm biến đo nhiệt độ, áp suất khí và đầu lấy mẫu khí đi vào các túi khí

● Ống pha loãng có nhiệm vụ pha trộn khí thải động cơ với không khí

môi trường nhằm mô phỏng điều kiện thực tế vận hành của xe Điều này đặc biệt cần thiết với động cơ diesel vì một phần chất thải dạng P-ε mô phỏng dòng chảy rối M được hình thành sau khi khí thải thải ra ngoài môi trường Do vậy ống pha loãng của động cơ diesel cần có kích thước lớn hơn của động cơ xăng Pha loãng của khí thải còn tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên đường ống làm sai lệch kết quả phân tích.

Trang 22

● 2.2 Mô phỏng bằng lý thuyết động lực học chất lỏng CFD ○ 2.2.1 Phương trình liên tục và phương trình động lượng ○ 2.2.2 Các phương trình khác

● 2.3 Xây dựng mô hình hệ thống CVS ○ 2.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng.

Trang 23

● Thiết bị xác định lưu lượng trong hệ thống CVS là ống Venturi (Hình

1.5) để xác định và giữ cố định lưu lượng dòng khí Ống Venturi lớn

nhất ở điều kiện tiêu chuẩn là 12m3/phut Trong mô phỏng ở phần III sử dụng ống 1m3/phút và ống 2m3/phút Quạt hút khí pha loãng có lưu lượng là 10m3/phút Như vậy, dòng khí qua họng ống Venturi luôn đạt giữ không đổi.[2] Lưu lượng dòng khí qua họng Venturi được tính theo

● Qv : lưu lượng của khí pha loãng

● Kv: hệ số, đặc trưng cho từng ống Venturi, do nhà chế tại quy định ● Pv, Tv: áp suất, nhiệt độ của dòng khí phía trước ống Venturi

● Phía trước ống Venturi đặt một đầu lấy mẫu để chứa vào trong các túi khí

● Tủ chứa khí mẫu gồm có 6 túi khí, trong đó có 3 túi dùng để chứa

khí pha loãng động cơ xăng và 3 túi chứa không khí môi trường Trước khi lấy mẫu mới, các túi khí được làm sạch sẽ bằng các thổi và hút khí nén nhiều lần Để tránh nổ, vỡ túi, các cảm biến vị trí túi sẽ báo động khi túi khí quá căng

● Bộ lọc không khi pha loãng lọc sạch các tạp chất cơ học và hạn chế

tối đa với các thành phần ô nhiễm có trong không khí trước khi hòa trộn với khí thải động cơ.

Trang 24

● Hệ thống phân tích khí thải CEBII (Combustion Emission Bench

● Hình 1.6 Analyazer CEBII

● Hệ thống CEBII phân tích các chất CO, CO2, NO, NOx, HC có trong khí thải động cơ Mỗi bộ phân tích được chia thành 4 dải đo, tùy vào hàm lượng thực tế các chất có trong khí thải mà bộ phân tích sẽ tự chọn dải đo phù hợp Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, các bộ phân tích được hiệu chuẩn trước khi đo bởi chất khí hiệu chuẩn ứng với từng dải đo.

● Bộ phân tích CO (CO2) có nhiệm vụ xác định thành phần CO (CO2)

bằng phương pháp hấp thụ tia hồng ngoại Khi chiếu tia hồng ngoại

qua hỗn hợp khí, tia sẽ bị CO (CO2) trong hỗn hợp hấp thụ và yếu đi.

Thông qua mức độ suy giảm của tia đo được sẽ xác định hàm lượng CO

trong hỗn hợp khí mẫu

● Bộ phân tích HC xác định thành phần HC bằng phương pháp ion hóangọn lửa Khí lấy mẫu được phun vào ngọn lửa hidro, các phần tử HC

sẽ cháy và bị ion hóa Cường độ dòng ion được xác định tỉ lệ với thành

phần HC trong mẫu thử

● Bộ phân tích NOx xác định thành phần NOx bằng phương pháp quang

hóa Mẫu thử đi qua bộ xúc tác nhiệt, tại đây NO2 bị phân hủy thành

NO và O2, sau đó khí mẫu với NO được đưa vào bộ phân tích quang

Trang 25

hóa Tại đây thành NO

Trang 26

● sẽ tác dụng với O3 tạo thành NO2 có mức năng lượng cao, tồn tại trong thời gian ngắn, nhảy về mức năng lượng thấp và phát ra tia bức xạ.

Cường độ bức xạ đo được sẽ phản ánh thành NOx trong mẫu thử ban đầu

● Vấn đề nghiên cứu

● -ε mô phỏng dòng chảy rối Trong quá trình lấy mẫu khí thải trong hệ thống CVS, khí thải được ghi lại bị trễ so với đầu ống xả do thời gian vận chuyển trong ống của hệ thống đến máy phân tích, quá trình hòa trộn với không khí và cũng do thời gian mà máy phản hồi kết quả

● -ε mô phỏng dòng chảy rối Để kết quả đo khí thải tức thời đúng với từng thời điểm, vận tốc của xe thì cần phải đưa ra phương pháp hiệu chỉnh để kết quả giữa vận tốc và nồng độ khí thải đo được phải tương đương với nhau

● -ε mô phỏng dòng chảy rối Và phương pháp hiệu chỉnh là sử dụng mô phỏng chuyển động của khí thải chuyển động trong hệ thống CVS nhằm xác định các nguyên nhân gây ra hiện tượng sai lệch tín hiệu đo của hệ thống lấy mẫu CVS Đây là nhiệm vụ không thể thiếu làm cơ sở cho việc xây dựng phương pháp hiệu chỉnh các thử nghiệm khí thải liên tục Nghiên cứu được trình bày báo cáo này bao gồm:

● + Khảo sát và xác định độ trễ tín hiệu khí thải đo được so với tín hiệu thực tại nơi chúng được hình thành ( cửa xả của động cơ ) khi chế độ tốc độ và tải trọng thay đổi

● + Phân tích và tìm ra các nguyên nhân gây ra hiện tượng san phẳng tín hiệu khí thải đo được so với tín hiệu tại cửa xả của động cơ.

●

Trang 27

● Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống lấy mẫu CVS bằng phần

mềm Ansys Fluent

● Giới thiệu về phần mềm CFD và Ansys Fluent

● Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) là phân tích các dòng chất lỏng bằng cách sử dụng phương pháp giải số Sử dụng CFD, bạn có thể phân tích các vấn đề phức tạp liên quan đến tương tác chất lỏng-ε mô phỏng dòng chảy rốichất lỏng, chất lỏng-ε mô phỏng dòng chảy rốirắn hoặc chất lỏng-ε mô phỏng dòng chảy rốikhí Các lĩnh vực kỹ thuật nơi phân tích CFD thường được sử dụng, chẳng hạn như khí động học và thủy động lực học, nơi thu được các đại lượng như lực nâng và lực cản hoặc các đặc tính của trường như áp suất và vận tốc Động lực học chất lỏng liên quan đến các định luật vật lý dưới dạng phương trình vi phân riêng Những người giải CFD tinh vi biến đổi các định luật này thành các phương trình đại số và có thể giải các phương trình này bằng số một cách hiệu quả Từ những yêu cầu của bài toán đặt ra, nghiên cứu phân tích khả năng của phần mềm, tôi sử dụng phần mềm Ansys Fluent để xác định các đặc tính của dòng khi chảy trong ống của hệ thống CVS ( Constant Volume Sampling) [3]

● ANSYS FLUENT là một phần mềm với những khả năng mô hình hóa một cách rộng rãi các đặc tính vật lý cho mô hình dòng chảy chất lưu, rối, trao đổi nhiệt và phản ứng được áp dụng trong công nghiệp từ dòng chảy qua cánh máy bay đến sự cháy trong 1 lò lửa, từ các cột bọt khí đến các đệm dầu, từ dòng chảy của các mạch máu cho đến việc chế tạo các vật liệu bán dẫn và từ thiết kế các căn phòng sạch cho đến các thiết bị xử lí nước thải Các mô hình đặc biệt giúp cho phần mềm có khả năng mô hình hóa buồng cháy động cơ cylinder, khí động học sự truyền âm, máy cánh và các hệ thống đa pha nhằm phục vụ cho việc mở rộng khả năng của phần mềm.

Trang 28

● Các bộ giải kỹ thuật tiên tiến giúp đưa ra những kết quả CFD nhanh và chính xác, lưới chuyển động hay biến dạng và khả năng tăng tốc chạy song song Các chức năng người dùng định nghĩa cho phép bổ sung những mô hình

○ 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút

Trang 29

● Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài ● 4.1 Kết luận chung

● 4.2 Hướng phát triển của đề tài ● LỜI KẾT

● Tài liệu tham khảo

● mới hay những tương tác người dùng trên mô hình đang tồn tại Những khả năng thiết lập bộ giải tương tác, quá trình giải và hậu xử lý của ANSYS FLUENT làm cho dễ dàng có thể tạm dừng tính toán, kiểm tra kết quả với quá trình hậu xử lý đã được phân tích, thay đổi bất cứ thiết lập nào và sau đó tiếp tục tính toán với từng ứng dụng Các tệp dữ liệu và các trường hợp tính có thể được đọc vào ANSYS CFD-ε mô phỏng dòng chảy rốiPost với mục đích phân tích kĩ hơn bằng các công cụ xử lý kết quả tiên tiến Ta có thể xem xét đánh giá song song các trường hợp khác nhau

● Sự sát nhập của ANSYS FLUENT vào ANSYS Workbench sẽ cung cấp cho người sử dụng với 2 hướng kết nối tới toàn bộ hệ thống CAD, xây dựng và thay đổi về hình học một cách hữu hiệu với ANSYS DesignModeler , và những công nghệ chia lưới tiên tiến trong ANSYS Meshing Những chức năng cơ bản này cũng cho phép dữ liệu và kết quả được chia sẻ giữa các ứng dụng bằng cách kéo và thả dễ dàng, cho tới việc sử dụng một phép giải dòng chảy chất lỏng với các điều kiện biên của mô phỏng về kết cấu cơ khí.

● Sự kết hợp của những lợi ích này với hàng loạt các khả năng mô hình hóa mô hình vật lý và những kết quả CFD nhanh chóng, chính xác, phần mềm ANSYS FLUENT cung cấp các kết quả dưới dạng một trong những gói phần mềm toàn diện nhất cho quá trình mô hình hóa CFD trên thế giới hiện nay Phần mềm ANSYS FLUENT có khả năng mô hình hóa các mô hình vật lý cần thiết cho các mô hình dòng chảy, rối, truyền

Trang 30

● Mô phỏng bằng lý thuyết động lực học chất lỏng CFD

● Lý thuyết động lực học chất lỏng (CFD) là công cụ phân tích hệ thống dòng chảy và truyền nhiệt cũng như các hiện tượng liên quan như các phản ứng hóa học bằng công cụ mô phỏng dựa vào sự trợ giúp của máy tính

● Quá trình mô phỏng dựa trên lý thuyết CFD gồm có 3 bước: ● LỜI MỞ ĐẦU

Trang 31

● Pre – Processor: Xây dựng mô hình, định nghĩa các miền tính toán, sinh lưới (chia mô hình thành những phần nhỏ), lựa chọn các quá trình lý hóa cần mô phỏng, định nghĩa các thuộc tính của chất lỏng, xác định các điều kiện biên chính xác tại các phần tử trùng hoặc dính với vùng biên trên phần mềm AutoCad Nhập số liệu các thông số ban đầu, điều kiện biên và lựa chọn giải pháp trên các phần mềm mô phỏng Cụ thể là phần mềm ANSYS Fluent

● Solver: Chạy chương trình theo các giải pháp lựa chọn trên Fluent ● Post – Processor: Xử lí và hiển thị kết quả tính toán.

● Lý thuyết CFD tích hợp trong phần mềm mô phỏng Fluent,… được dùng để giải quyết các bài toàn dựa trên phương pháp thể tích hưu hạn, thuật toán số hóa gồm các bước sau:

● Xây dựng phương trình tích phân điều khiển (governing equations) của dòng chảy cho tất cả các phần tử (cells) thuộc mô hình tính toán.

● Rời rạc hóa, bao gồm việc thay thế các biến trong phương trình tích phân dại diện cho các quá trình của dòng chảy như đối lưu, khuếch tán và nguồn kích thích bằng một loạt các xấy xỉ hữu hạn Túc là chuyển đổi các phương trình vi phân thành hệ các phương trình đại số.

● Giải các hệ phương trình đại số bằng phương pháp tương tác [4]

● Phương trình liên tục và phương trình động lượng

● Phương trình bảo toàn khối lượng (phương trình liên tục)

Trang 32

Trang 33

● Sm: khối lượng được thêm vào pha liên tục từ pha khuếch tán thứ 2 và các nguồn do người dùng định nghĩa

● Phương trình vi phân điều khiển của động lượng được thể hiện như

● Bx: lực tác dụng lên đơn vị thể tích theo hướng x,

● Vx: thể hiện các thành phần nhớt ngoài các thành phần đã được thể hiện

● Phương trình năng lượng:

● Quá trình trao đổi nhiệt thường diễn ra dưới 3 dạng: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ Mô hình vật lý đơn giản nhất thường chỉ bao hàm quá trình dẫn nhiệt hoặc đối lưu, trong khi dòng chảy nổi hoặc các mô hình đợi lưu tự nhiên và bức xạ thường rất phức tạp Mô hình mô phỏng chuyển động của khí thải ở đây chỉ bao hàm các quá trình dẫn nhiệt và

Trang 34

đối lưu mà bỏ qua quá trình bức xạ Sức nổi sẽ được đề cập tới trong mô hình dòng chảy rối FLUENT sử dụng phương trình năng lượng

● 3.2 Xây dựng hàm số liên hệ giữa thời gian trễ và lưu lượng khí thải

Trang 35

○ 3.2.1 Lưu lượng của ống Venturi Qoutlet = 1m3/phút ○ 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút ● Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

● ⃗V: vevto vận tốc - keff : hệ số dẫn nhiệt dụng ● v: hệ số nhớt động học - ⃗Jj : là thông lượng khuếch tán ● ⃗F: lực khối đơn vị - p: áp suất

●

● Ở đây keff là hệ số dẫn nhiệt dụng ( k+kt với kt là hệ số dẫn nhiệt xoáy được định nghĩa theo mô hình xoáy), và ⃗Jj là thông lượng khuếch tán ( diffusion flux) của thành phần thứ j Ba hạng tử đầu tiên của về phải phương trình trên lần lượt thể hiện sự dẫn nhiệt của phản ứng hóa học và các nguồn nhiệt do người dùng sử dụng Do bài toán không sử dụng thêm nguồn nhiệt nào từ bên ngoài và bỏ qua các phản ứng hóa học nên đại lượng Sh bằng 0 E là nhiệt dung riêng của chất lỏng

● Phương trình chuyển động của các thành phần dòng chảy

● Đối với dòng chảy có nhiều thành phần thì thành phần khối lượng của mỗi thành phần trong dòng chảy Y được tính toán theo phương trình bảo toàn sau:

● ∂∂

t(ρYt)+(ρ ⃗vYt)=⃗Jj+Ri+Si

● Ở đây:

Trang 36

○ 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút

Trang 37

● Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài n+1 số thực bất kỳ Chúng ta sẽ tìm đa thức P(x) có bậc bé thua hoặc bằng n thõa mãn điều kiện

● P(x1)=y1, P(x2)=y2,…, P(xn)=yn, P(xn+1)=yn+1.

● Như ở trên, chúng ta thấy rằng đa thức P(x) có thể được xây dựng từ các đa thức P1(x), P2(x), … , Pn(x), Pn+1(x) như sau:

● Xây dựng mô hình mô phỏng.

● Mô hình của hệ thống CVS (Constant Volume Sampling) được xây

Trang 38

dựng trên phần mềm AutoCad dựa theo kích thước đo trực tiếp tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong C15 của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

● Mô hình bao gồm 1 đường ống là khớp nối mềm inox, đường ống hòa trộn chữ T, ống pha loãng, bình chứa và ống Venturi được thể hiện như hình dưới đây.

Trang 39

● Đường ống dẫn từ ống xả là khớp nối mềm inox có chiều dài là 770 mm, đường kính ống tại đầu vào mô hình ( Inlet1) là 34 mm, đường kính ống dẫn khí pha loãng tại cửa vào (Inlet 2) là 150 mm Tại đầu ra của mô hình (Outlet) đường kính của ống là 96 mm Đường ống pha loãng có chiều dài 1815 mm và đường kính 100mm Bình chứa là một hình trụ với chiều cao 600mm và đường kính đáy là 300mm Ống Venturi lưu lượng 1m3/phút có số đo cụ thể chi tiết có trong bản vẽ kĩ thuật

Trang 40

● Mô hình 3D của hệ thống CVS để thực hiện quá trình mô phỏng trong phần mềm Ansys Fluent, được thể hiện như hình dưới đây.

○ 3.2.2 Lưu lượng ống Venturi Qoutlet = 2.5m3/phút ● Chương 4 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài ● 4.1 Kết luận chung

Nghiên cứu mô phỏng dòng khí trong hệ thống lấy mẫu CVS của băng thử khí thải xe máy

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan