Đang tải... (xem toàn văn)
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của quá trình cơ giới hóa ở nông thôn Việt Nam thì nhu cầu động lực trong hoạt động sản xuất cũng tăng nhanh chóng. Bên cạnh đó, việc ứng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel sử dụng trên động cơ diesel cũng là một ưu tiên hàng đầu để cắt giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường và duy trì ổn định nguồn cung cấp nhiên liệu. Động cơ diesel 3 xylanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC với dãy công suất 2050HP không những đáp ứng được yêu cầu cho nguồn động lực trong sản xuất mà còn được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đánh giá cao trong việc kết hợp sử dụng các loại nhiên liệu biodiesel đặc biệt là khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí trong loại buồng cháy này. Luận văn với đề tải: “Nghiên cứu quá trình nạp và tạo hỗn hợp của động cơ 3 xy lanh diesel phun gián tiếp có buồng cháy three vortex combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel.”, đã được thực hiện để góp phần nghiên cứu, cải tiến quá trình hình thành hỗn hợp cháy của nhiên liệu biodiesel trên loại động cơ 3 xy lanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC. .
Luận văn tốt nghiệp Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Sự hình thành hỗn hợp cháy động đốt 1.1.1 Sự phát triển tia phun nhiên liệu Dựa vào tốc độ, đặc tính chất lỏng, môi trường khí xung quanh mà phát triển tia phun kiểm soát theo chế độ phân rã khác Các chế khác xác định khoảng cách vòi phun điểm hình thành hạt nhiên liệu tia phun, khoảng cách gọi độ dài phân rã (break-up length) kích thước mà hạt nhiên liệu hình thành Theo Reitz Braco [34] có bốn trạng thái phát triển tia phun nhiên liệu phân biệt: trạng thái Rayleigh, trạng thái cảm ứng gió thứ nhất, trạng thái cảm ứng gió thứ hai, trạng thái phun sương Hình 1.1.Trạng thái phân rã tia phun Các trạng thái phát triển tia phun mô tả sơ lược qua hình 2.2 Nếu kết cấu vòi phun phù hợp tính chất nhiên liệu không đổi có yếu thay đổi tốc độ phun chất lỏng u Hình 2.3 biểu diễn đường cong phát triển tia phun tương ứng, miêu tả độ dài tia phun liên tục theo hàm vận tốc phun SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp Hình 1.2 Các trạng thái phun Hình 1.3 Đặc tính phát triển tia phun Ở vận tốc thấp, tượng nhỏ giọt xuất không hình thành tia phun Khi vận tốc tăng trình hình thành phát triển tia phun liên tục đẩy nhanh Trạng thái gọi phân rã Rayleigth [22] Ở trạng thái phun cảm ứng gió thứ nhất, thông số quan trọng trạng thái số Weber pha khí , số cho thấy ảnh hường môi trường khí xung quanh đến tia phun Trong trạng thái phát triển tia phun cảm ứng gió thứ hai, dòng nhiên liệu bên vòi phun bắt đầu dao động tạo nên xoáy lốc Sự phân rã tia phun lúc xảy chủ yếu phát triển không ổn định sóng bề mặt có bước sóng ngắn sinh chảy rối bên tia phun khuếch đại khí động lực tốc độ tương đối tia phun khí buồng cháy Trạng thái phun sương (atomization regime) đạt chiều dài ISL tiến đến Khi tia phun hình nón hình thành phát triển, tia phun bắt đầu phân rã sau tia phun rời khỏi vòi phun, chuyển động xoáy lốc tia phun hình nón hình thành từ bên vòi phun Việc mô hình hóa hoàn chỉnh trình phân rã phức tạp gặp nhiều khó khăn tốc độ tia phun cao, không gian quan sát hẹp mật độ tia phun lại lơn 1.1.2 Sự phân rã động học hạt nhiên liệu: Sự phân rã hạt tia phun tạo nên lực khí động học (ma sát áp suất) hình thành vận tốc tương đối urel hạt nhiên liệu khí xung quanh Các lực khí động tạo nên phát triển sóng dao động SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp không ổn định bề mặt hay toàn hạt nhiên liệu, điều cuối dẫn đến phân rã hình thành hạt nhiêu liệu nhỏ Các hạt lại tạo điều kiện để thúc đẩy mạnh lực khí động cho trình phân rã Lực căng mặt mặt khác lại giữ cho hạt nhiên liệu có dạng cầu chống lại lực biến dạng Lực căng mặt phụ thuộc vào độ cong bề mặt: Hạt nhỏ lực căng lớn vận tốc tương đối tới hạn lớn, điều dẫn tới biến dạng phân rã hạt nhiên liệu Trạng thái biểu diễn số Weber cho pha khí: (1) Với d đường kính hạt nhiên liệu trước phân rã; σ sức căng bề mặt pha lỏng pha khí urel vận tốc tương đối hạt nhiên liệu không khí; Chỉ số Weber đại diện cho hệ số khí động (áp suất động học) lực căng mặt Hình 1.4 Các trạng thái phân rã hạt chất lỏng theo Wierzba.[11] SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp Từ nghiên cứu thí nghiệm cho thấy rằng, tùy vào số Weber mà có dạng phân rã hạt khác Một mô tả chi tiết cho đưa Hwang et al [12] Krzeczkowski [13] ví dụ Hình biểu diễn giai đoạn phân rã hạt chất lỏng Cần phải thấy chuyển tiếp số Weber khống quán nghiên cứu công bố Điều đặc biệt với trạng thái phân rã có số weber cao Khi số nhà nghiên cứu phân biệt chế độ phân rã phụ Trong dao động số Weber Wierzba [11] khoảng giá trị với Krzeczkowski [13], Arcoumanis et al [14], lại phân biệt loại phân rã bốc dần (stripping Break-up), bảng 1.1, bao gồm dãy số Weber từ 100 đến 1000 phân rã hỗn loạn (chaotic break-up) số Weber vượt mức 1000 Hình 1.5 Sự phân rã thứ cấp hạt Newton [30] Bảng 1.1 chuyển dịch hệ số Weber trường hợp phân rã [10] SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp Trong tia phun động cơ, tất chế độ phân rã nhiên liệu xuất Tuy nhiên, hầu hết phân rã diễn vùng gần vòi phun có số Weber cao Trong vùng xa vòi phun có số Weber đặc biệt nhỏ đường kính hạt nhiên liệu giảm tác dụng trình phân rã trước giảm tốc độ tương đối giảm tác dụng lực kéo 1.1.3 Cơ chế phân rã tia phun nhiên liệu a Tia phun hình chóp đặc Hình 1.6 Cấu trúc tia phun nhiên liệu Cơ chế phân rã tia nhiên liệu nhìn chung gồm vùng: Vùng phân rã sơ cấp (primary break-up): phần nhiên liệu vừa phun khỏi vòi phun nhiên liệu phun trạng thái phun sương ( khoảng 200Mpa) nên phần nhiên liệu tham gia vào trình phân rã Cấu trúc tia phun khu vực tạo thành chủ yếu do: + Thứ chuyển động xoáy (turbulence) dòng nhiên liệu tạo SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp qua lỗ phun nhiên liệu (ống tiết lưu), nhiên liệu từ vùng tích lớn (sac hole) qua vòi phun (injection hole) làm tăng độ chảy rối hình thành chuyển động xoáy Chuyển động xoáy góp phần cung cấp lượng cho trình phân rã tia phun nhiên liệu giai đoạn đầu, vận tốc lớn, dao động xoáy dòng nhiên liệu có tần suất Hình 1.7 Xoáy lốc tia phun cao hạt nhiên liệu hoàn toàn tách khỏi tia phun khỏi vòi phun + Thứ hai (cavitation) tượng hình thành bọt khí vòi phun, tượng hình thành nhiều nguyên nhận nhiệt độ đầu kim phun cao làm nhiên liệu bọng nhiên liệu đạt đến điểm sôi gậy bọt khí qua vòi phun hay nhiên liệu qua lỗ phun (ống tiết lưu) xuất khoảng trống chứa không khí vùng biên dòng nhiên liệu (như hình vẽ) nguyên nhân tạo Hình 1.8 Hình thành bọt khí tia phun kết cấu dạng côn tia nhiên liệu + Thứ ba áp suất môi trường bên vòi phun, tia phun khỏi vòi phun với tốc độ lớn (500m/s) gặp áp suất cao buồng cháy tạo nên lực cản khí động (areodynamic force) lực cắt (shear force), lực nén, kết hợp với dao động sóng bề mặt tia phun chuyển động xoáy hình thành lỗ phun, làm khuếch đại dao động tia nhiên liệu vùng biên từ hạt nhiên liệu đầu Hình 1.9 Dao động sóng tia phun tiên tách khỏi tia phun, giai đoạng tác dụng lực cản khí động chưa rỏ ràng, hạt nhiên liệu tách khỏi nhiên liệu chưa nhiều, cấu trúc bên tia nhiên liệu chưa bị ảnh hưởng + Thứ tư phục hồi tia phun khỏi lỗ phun, chuyển động lỗ phun dòng nhiên liệu bị giới hạn điều kiện chuyển động đường ống, áp suất nén, tốc độ cao chịu dao động xoáy không gian hẹp nên khỏi vòi phun tia phun chuyển sang trạng thái khác, hoạt động tự hơn, vận tốc dạng Hình 1.10 Sự phục hồi tia phun chuyển động phụ thuộc nhiều vào yếu tố bên vòi phun + Thứ năm áp suất phun nhiên liệu, yếu tố quan trọng ảnh SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp hưởng định yếu tố khác để hình thành nên cấu trúc tia phun hoàn chỉnh Áp suất phun cao độ phung sương nhiên liệu tăng, giai đoạn phân sơ cấp diễn nhanh chóng tạo điều kiện cho giai đoạn phân rã thứ cấp Vùng phân rã thứ cấp (Secondary Hình 1.11 So sánh áp suất break-up): sau giai đoạn đầu, tác dụng lực cản phun nhiên liệu (bên trái khí động lên tia nhiên liệu lớn làm đẩy nhanh 500bar, phải 1000bar) [15] hoạt động tách hạt nhiên liệu khỏi bề mặt tia nhiên liệu Mật độ hạt nhiên liệu độc lập khu vực cao, chuyển động chúng tương đối phức tạp, trình hạt nhiên liệu tách va chạm kết hợp lại với xảy cách liên tục, bên cạnh chuyển động không khí nén nhiệt độ buồng cháy góp phần hình thành cấu trúc đặc trưng cho tia phun giai đoạn Hình 1.12 Sự va chạm kết hợp hạt nhiên liệu [30] Vùng nhiên liệu (Evaporation): sau giai đoạn phân rã thứ SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp hai, hầu hết hạt nhiên liệu tách khỏi tia phun Các hạt nhiên liệu lúc có bề mặt tiếp xúc với môi trường buống cháy lớn nên nhanh chóng bay hòa trộn vào không khí buồng cháy Hơi nhiên liệu tập trung nhiều vùng biên tia phun kích thước hạt nhiên liệu đậy nhỏ, mật độ thấp nên tốc độ bay cao hạt nhiên liệu phần lỏi tia phun b Tia phun chóp rỗng Để đạt độ phân tán cực đại chất lỏng áp lực phun trung bình áp suất môi trường thấp, người ta sử dụng chùm phun dạng hình chốp rỗng Tia phun hình chóp rổng hình thành hạt nhiên liệu có đường kính nhỏ, khả hòatrộn với không khí cao, giảm độ xuyên thấu tạo nên khả phun sương hiệu Các tia phun sử dụng động xăng truyền thống, nhiên liệu phun vào đường ống nạp động đánh lửa trực tiếp (DIST) Hình 1.13 Tia phun dạng hình chóp rỗng [10] Hình thể cấu trúc tia phun loại hình chóp rỗng Nhiên liệu lỏng thoát từ vòi phun hình thành màng chất lỏng dạng hình nón tự SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp buồng cháy, loãng dần tiến xa khỏi vòi phun theo định luật bảo toàn khối lượng, dẫn đến phân rã hạt nhiên liệu Có hai dạng vòi phun là: kim mở từ bên (vòi phun xoáy lốc áp suất) vòi phun kim mở Trong trường hợp vòi phun xoáy lốc, màng nhiên liệu lỏng dạng hình trụ chuyển động xoay tròn mạnh phun từ vòi phun Thành phần tốc độ gốc tia phun, tạo chuyển động xoáy, giúp hình thành màng chất lỏng có dạng hình chóp tự Trong trường hợp vòi phun mở ngoài, hình dạng kim phun tạo nên kết cấu hình chóp rỗng tia phun Vùng phân rã sơ cấp màng chất lỏng gây xoáy lốc lực khí động học Đầu tiên, màng nhiên liệu có độ dày h s góc tia phun α trở nên mỏng dần theo định luật bảo toàn khồi lượng rời khỏi vòi phun Sự chảy rối sinh bên vòi phun tạo nên hình thành nhiễu loạn ban đầu bề mặt chất lỏng, quang phổ biên độ tần số phụ thuộc vào dòng nhiên liệu lỗ phun Những sóng phát triển không ổn định tác dụng khí động học với khí buồng cháy Tại biên độ góc, màng nhiên liệu bị xé nhỏ thành dây chằn ảnh hưởng lực cản mặt lực khí thể nhanh chóng làm day chằn thành hạt nhiên liêu Bên cạnh tượng va chạm phân rã tức thời hạt nhiên liệu nhỏ chuyển động quanh tia phun vòi phun hoàn toàn xảy nều có đủ lượng động học xoáy lốc Hiệu ứng xảy chủ yếu điều kiện áp suất phun Hình 1.14 cho thấy phát triển theo thời gian tia phun mẫu tạo vòi phun xoáy lốc áp suất SVTH: Phan Minh Trí MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp Hình 1.14 Sự phát triển theo thời gian chùm tia phun từ vòi phun xoáy lốc áp suất [22] Hình 1.15 Sự phát triển theo thời gian dòng khí phụ quanh chùm tia phun từ vòi phun xoáy lốc áp suất [10] Sự phát triển theo thời gian cấu trúc dạng chóp tia phun tạo vòi phun áp suất xoáy lốc phụ thuộc nhiều vào điều kiện biên tạo không khí buồng cháy, mà nhân tố ảnh hưởng quan trọng tỉ trọng không khí Hình 1.14 1.15 biểu diễn kết thực nghiệm Gindele[10] Sự gia tăng áp suất khí làm giảm mạnh góc nón β chùm phun làm tăng kích thước trung bình hạt nhiên liệu (SMD) Trong độ dài xuyên thấu S giữ nguyên hấu không đổi áp suất phun đủ cao có xu hướng giảm xuống trường hợp áp suất phun thấp Tùy vào thời điểm ban đầu trình phun áp suất buồng cháy thay đổi nhanh chóng phù hợp để tạo dãy cấu trúc hoàn chỉnh tia phun tạo nên điều chỉnh cần thiết đảm bảo chất lượng cho trình hình thành hòa khí Hình 1.16 Ảnh hưởng áp suất môi trường lên kết cấu chùm phun (hình chụp ms sau kích hoạt kim phun, T=289K, P=7Mpa) [10] Trái ngược với chùm phun hình nón đặc, đặc tính cấu trúc chùm phun nón rỗng có số phác họa mang tính bán thực nghiệm tác động SVTH: Phan Minh Trí 10 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp [2 [1] ] [4 [3] ] [6 [5] ] Ở đây, cấu trúc số có phân bố vị trí giá trị vận tốc đồng so với cấu trúc lại Sau ta phân tích thời điểm pit-tông di chuyển đến điểm chết trên, tức 0o trước điểm chết Như vậy, cấu trúc số tiếp tục cho thấy ổn định vị trí lẫn giá trị vận tốc, điều quan trọng liên quan đến giá trị mass fraction, ảnh hưởng trực SVTH: Phan Minh Trí 92 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp tiếp đến hiệu suất động hỗn hợp nhiên liệu, khí dịch chuyển xuống buồng cháy 4.3.3 Tỉ số mass fraction không khí nhiên liệu buồng cháy Bảng 4.6 So sánh phổ mass fraction cấu trúc (áp suất phun 300bar) Cấu trúc SO SÁNH PHỔ MASS FRACTION NHIÊN LIỆU GIỮA CÁC CẤU TRÚC (tại thời điểm 5o BTDC, tương đương 10.366 ms) [2 [1] ] [4 [3] SVTH: Phan Minh Trí ] 93 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp [6 [5] ] Biểu đồ phổ mass fraction nhiên liệu thể nồng độ thành phần nhiên liệu vùng thể tích định Phân tích phổ mass fraction từ kết mô hình 4.6 thời điểm 5o BTDC cho thấy cấu trúc số có phân bố gần đồng Về mặt giá trị mass fraction cấu trúc số tỏ ưu miền diện tích mà đó, tỉ số mass fraction cao, chiếm nhiều, 50% diện tích mặt cắt ngang, tương ứng 50% thể tích buồng cháy Kết đạt việc cải tiến thêm đường ống dẫn khí phụ giúp tăng độ rối vùng mà tia phun nhiên liệu qua làm phân rã tia phun nhiên liệu nhanh xoáy lốc từ cửa buồng cháy vận chuyển phần tử nhiên liệu rộng (a) Áp suất phun 300bar SVTH: Phan Minh Trí 94 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp (b) Áp suất phun 180bar c Áp suất phun 150 bar Hình 4.8 Đồ thị Mass Fraction theo góc quay áp suất phun (a Áp suất phun 300bar; b Áp suất phun 180bar; c Áp suất phun 300bar) Tuy nhiên, tỉ số mass fraction nhiên liệu buồng cháy thay đổi nhiều theo thời điểm khảo sát áp suất phun nhiên liệu nên việc phân tích SVTH: Phan Minh Trí 95 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp cần thực kết hợp với góc quay đặc biệt trục khuỷu điều kiện phun nhiên liệu cụ thể Qua đồ thị 4.8, ta thấy tỉ số mass fraction cấu trúc số chiếm ưu theo thời gian (tương ứng góc quay trục khuỷu) theo áp suất phun nhiên liệu cấu trúc lại Khi góc quay tiến đến giá trị điểm chết pit-tông, tỉ số mass fraction hỗn hợp nhiên liệu không khí điều kiện phun nhiên liệu khác cao so với cấu trúc lại, điều dự báo hiệu suất trình cháy buồng cháy nâng cao so với kết cấu lại Kết tử mô cho thấy việc cải tiến buồng cháy theo cấu trúc giúp hỗn hợp nhiên liệu không khí hòa trộn đồng buồng cháy, có tiềm cải thiện trình cháy động 4.3.4 Nhiệt độ không khí buồng cháy Bảng 4.7 So sánh nhiệt độ không khí buồng cháy Cấu SO SÁNH NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ TRONG BUỒNG CHÁY(TẠI THỜI ĐIỂM 5O BDCT, trúc tương đương 10.4167 ms) [1] SVTH: Phan Minh Trí [2] 96 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp [3] [4] [5] [6] Phổ nhiệt độ buồng cháy thể vùng phân bố nhiệt độ buồng cháy, phân bố nhiệt độ kết cấu khác khác phụ thuộc vào khả truyền nhiệt lưu chất buồng cháy nhiệt sinh ma sát va chạm phân từ khí, nhiên liệu So sánh phổ nhiệt độ cấu trúc, ta thấy phân bố nhiệt độ cấu trúc số đều, nhiên, giá trị nhiệt độ hỗn hợp không khí, nhiên liệu buồng cháy cấu trúc số không cao, khu vực có nhiệt độ đạt đến ngưỡng tự cháy nhiên liệu hẹp chủ yếu tập trung vùng biên thành buồng cháy, mật độ nhiên liệu lại thấp nảy sinh trình tự cháy Điều dẫn đến chất lượng hỗn hợp cháy không đạt đến nhiệt cháy tiêu chuẩn, không thực giai đoạn cháy giản nở SVTH: Phan Minh Trí 97 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp Temperature (K) Hình 4.9 Biểu đồ liên hệ giửa nhiệt độ với góc quay trục khuỷu trước điểm chết kết cấu Phân tích đồ thị so sánh nhiệt độ cấu trúc, ta thấy cấu trúc số 4, vượt trội hẳn kết cấu khác mặt phân bố nhiệt độ buồng cháy, kết việc kết hợp đường ống dẫn khí phụ giúp tận dụng nhiệt tích tụ vùng xa cửa buồng cháy phụ, vừa hạn chế truyền nhiệt môi trường thông qua vỏ kim loại động cơ, vừa tận dụng nhiệt để phân rã tia phun nhiên liệu tạo điều kiện cho trình cháy Nhiệt độ cực đại buồng cháy điểm bắt đầu phun đạt 1000oK, piston đến điểm chết đạt 1500oK điều đảm cho việc tạo điều kiện cháy cho toàn lượng nhiên liệu biodiesel phun vào buồng cháy Ở cấu trúc số 5, so sánh nhiệt buồng cháy theo thời gian có phần kết cấu số qua phân tích phổ nhiệt độ bảng 4.7 ta thấy cấu trúc có phân bồ đồng nhiệt hẳn cấu trúc số 6, điều cần thiết để hoàn thiện trình phân rã hòa trộn động toàn buồng cháy Do lựa chọn cấu trúc số hợp lý SVTH: Phan Minh Trí 98 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp 4.3.5 Độ xuyên thấu tia phun nhiên liệu Hình 4.10 Độ xuyên thấu nhiên liệu sau phun (After Start of Injection) Tiến hành bắt điểm phương pháp quét phổ (Counter) mass fraction, xác định vùng ảnh hưởng xa nhiên liệu, lấy liệu tọa độ tiến hành tính toán độ dài vec-tơ Đây giá trị độ xuyên thấu Qua hình 4.10, ta thấy độ xuyên thấu cấu trúc số thấp so với cấu trúc lại Giải thích cho tượng ảnh hưởng dòng khí xoáy lốc có vận tốc, áp suất nhiệt độ cao nên nhiên liệu sau phun vào bị ảnh hưởng dòng khí xoáy lốc bị phân rã lực khí động học nhiệt động học gây làm nhiên liệu nhanh chóng phân bố khắp buồng cháy dạng hỗn hợp cháy, độ lan truyền hạt nhiên liệu không xa cấu trúc lại Điều có lợi loại động phun gián tiếp với áp suất phun nhiên liệu độ xuyên thấu cao, khả va chạm bám vào thành buồng chay cao thể tích buồng cháy xoáy lốc nhỏ mà nhiên liệu biodiesel khối lượng riêng lớn so với nhiên liệu diesel dẫn đến tượng nhiên liệu đọng lại thành buồng cháy xoáy lốc chảy xuống buồng cháy làm ảnh hưởng đến trình chaý công suất động SVTH: Phan Minh Trí 99 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp 4.3.6 Phân tích kết cấu tối ưu Từ kết thu từ mô ta nhận thấy cấu trúc buồng cháy xoáy lốc TVC số đáp ứng yêu cầu nhiệt độ, tỉ số mass fraction, dòng khí xoáy lốc độ xuyên thấu ứng dụng nhiên liệu biodiesel cho động phun gián tiếp Việc cải tiến buồng cháy TVC cách thêm lỗ dẫn khí phụ với góc nghiêng 90o gúp hoàn thiện hóa trình hòa trộn hình thành hỗn hợp cháy buồng cháy TVC, buồng cháy cải tiến có quỹ đạo xoáy lốc buồng cháy rộng hơn, nhiêu liệu phân bố đồng cho phép tăng áp suất phun nhiên liệu cao có nhiệt độ buồng cháy tốt so với buông cháy nguyên thủy, điều cho thấy khả đáp ứng hoàn hảo yêu cầu cho trình cháy sinh công động sử dụng nhiên liệu thay biodiesel Do đó, ta lựa chọn cấu trúc số cấu trúc tối ưu Hình 4.11 Kết cấu buồng cháy tối ưu SVTH: Phan Minh Trí 100 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.11 Mô hình buồng cháy TVC tối ưu SVTH: Phan Minh Trí 101 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Tóm tắt kết đề tài Cải tiến mô trình hòa trộn nhiện liệu biodiesel B30 từ mỡ cá basa động diesel xilanh phun gián tiếp sử dụng buồng cháy TVC Từ hạn chế tồn buồng cháy TVC nguyên thủy việc ứng dụng nhiên liệu biodiesel, luận văn tiến hành thiết kế cải tiến buồng cháy TVC theo hướng bổ xung đường ống dẫn khí phụ với đô nghiêng khác mô so sánh đặc tính liên quan đến trình hình thành hỗn hợp cháy kết cấu cải tiến Việc mô tính toán mô hình cải tiến buồng cháy TVC đưa nhiều kết khả quan như: tăng thể tích quỹ đạo xoáy lốc buồng cháy, nhiên liệu nhiệt phân bố độ xuyên thấu tia phun nhiên liệu biodiesel với áp suất cao rút ngắn đảm bảo phân rã nhanh hoàn toàn buồng cháy, khắc phục hiệu ứng va chạm với thành buồng cháy Trong kết cấu cải tiến, kết cấu số với bốn lỗ dẫn khí phụ nghiêng góc 90o cho thấy tính vượt trội cho việc hòa trộn hình thành hỗn hợp cháy Việc nghiên cứu mô thực nghiệm kết cấu cải tiến số cho trình hoạt động khác động tạo sở cho việc hoàn thiện động cho việc sản xuất sử dụng động biodiesel thực tế 5.2 Đánh giá kết đề tài Kết mà đề tài thu cho thấy thống với nghiên cứu trước [33,39], từ tạo điều kiện chặc chẻ mặt lý thuyết để tiến hành tiến hành thưc nghiệm đưa vào ứng dụng thực tế Đề tài thực mô cải tiến, tính toán phân tích kết cấu buồng cháy TVC khác nhau, nội dung mời đề tài Việc cải tiến buồng cháy dựa điều kiện thực tế kinh tế khoa học kỹ thuật nước ta nên có tính khả thi cao, kết thu từ cải tiến khả quan phù hợp với nhu cầu thực tế Nhìn chung, kết thu từ đề tài tạo thêm tảng sở lý thuyết vững chắc, định hướng cho việc SVTH: Phan Minh Trí 102 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp cải tiến ứng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel động diesel phun gián tiếp 5.3 Đề nghị hướng phát triển đề tài: Đề tài mảng nghiên cứu dự án nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu biodiesel động xilanh phun gián tiếp có buồng cháy xoáy lốc Three Vortex hoạt động sản xuất nông thôn Việt Nam Kết mà đề tài thu sở ban đầu tạo điều kiện cho nghiên cứu, thực nghiệm Các nội dung cần tiếp tục phát triển sau đề tài bao gồm: - Nghiên cứu thực nghiệm trình hình thành hỗn hợp cháy theo kết tối ưu thu từ đề tài Tiến hành cải tiến buồng cháy xoáy lốc TVC động Kubota D1703M E3B, chạy thực nghiệm động sau cải tiến với loại nhiên liệu biodiesel B10, B30, B50, B100 - Nghiên cứu thực nghiệm trình hình cháy nhiên liệu biodiesel theo kết cấu tối ưu buồng cháy thu từ đề tài Tiến hành cải tiến buồng cháy xoáy lốc TVC động Kubota D1703M E3B, chạy thực nghiệm động sau cải tiến với loại nhiên liệu biodiesel Bo, B10, B30, B50, B100, so sánh công suất động cơ, hiệu suất tiêu hao nhiên liệu độ phát thải động sau cải tiến - Nghiên cứu thực nghiệm cải tiến chi tiết động Kubota xy lanh phun gián tiếp như: đường ống nạp, bơm cao áp, kim phun, buồng cháy để sử dụng nhiên liệu biodiesel Từ hoàn thiện sở lý thuyết thực nghiệm để đưa loại động diesel xy lanh có buồng cháy xoáy lốc TVC vào sản xuất sử dụng nông thôn Việt Nam SVTH: Phan Minh Trí 103 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Tổng cục thống kê, Kết Quả Thống Kê Điều Tra Nông Thôn, Nông Nghiệp Và Thủy Sản Năm 2011 Nhà suất thống kệ 2012 [2] Phạm Văn Lang, Nguyễn Thế Động Phạm Hồng Hà, “Định Hướng Phát Triển Cơ Điện Nông Nghiệp Phục Vụ Sản Xuất, Chế Biến Nông - Lâm - Thủy Sản Trong Tiến Trình Công Nghiệp Hóa - Hiện Đại Hóa Nông Nghiệp, Nông Thôn”, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển nông thôn – số 5, tháng năm 2010 [3] http://www.baomoi.com/Thi-truong-may-nong-nghiep-Viet-Nam-Thua-trensan-nha/45/7950570.epi [4]http://www.vinacomm.vn/sanpham/MAY-CAY-KAMA KDT-610E/29461.vnc [5] Sở Khoa học Công nghệ TP Hồ Chí Minh, Báo cáo tổng kết đề tài điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật phế thải theo phương pháp hóa siêu âm, TP Hồ Chí Minh (2005) [6] Văn Thị Bông Bài giảng môn học, chủ đề: “Nhiên Liệu Dầu Mở Và Chất Lỏng Chuyên Dùng” Khoa KTGT, ĐH Bách Khoa TP.HCM, 2009 [7] Trương Văn Ngọc, Nghiên Cứu Mô Phỏng Động Cơ Diesel Xy Lanh Theo Hướng Sử Dụng Nhiên Liệu Sinh Học, luận văn thạc sĩ, trường đại học Bách Khoa, đại học quốc gia TP.HCM, năm 2010 [8] PGS.TS Hoàng Thị Ngọc Bích “Lý Thuyết Lớp Biên Và Phương Pháp Tính” Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội ; NXB Khoa Học Kỹ Thuật; 2004 [9] Trần Thanh Vũ, Nghiên Cứu Mô Phỏng Động Cơ Diesel Ba Xy Lanh Phun Gián Tiếp Sử Dụng Nhiên Liệu Biodiesel, luận văn thạc sĩ, trường đại học Bách Khoa, đại học quốc gia TP.HCM, năm 2012 TIẾNG NƯỚC NGOÀI [10] C.Baumgarten, Mixture Formation in Internal Combustion Engine, Series Editor: D.Mewes and F.Mayinger, Heat and Mass Transfer [11] Wierzba A (1993), Deformation and Breakup of Liquid Drops in a Gas Stream at Nearly Critical Weber Numbers Experiments in Fluids, vol 9, pp 59–64 SVTH: Phan Minh Trí 104 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp [12] Hwang SS, Liu Z, Reitz RD (1996), Breakup Mechanisms and Drag Coefficients of High-Speed Vaporizing Liquid Drops Atomization and Sprays, vol 6, pp 353–376 [13] Krzeczkowski SA (1980), Measurement of Liquid Droplet Disintegration Mechanisms Int J Multiphase Flow, vol 6, pp 227–239 [14] Arcoumanis C, Gavaises M, French B (1997), Effect of Fuel Injection Process on the Structure of Diesel Sprays, SAE paper 970799 [15] Joong-Sub Han, Pai-Hsui Lu, Xing-Bin Xie, Ming-Chia Lai and Naeim A Henein Wayne State University, Investigation of Diesel Spray Primary Break-upand Development for Different Nozzle Geometries, SAE 2002-01-2775 [16] Lefebvre AH (1989), Atomization and Sprays, Hemisphere Corporation, New York, Washington, Philadelphia, London Publishing [17] Yolanda Briceno, Reyes García-Contreras, José M Herreros, Magía Lapuerta, Lisbeth L Lyons (2008), “Effect of the alcohol type used in the production of waste cooking oil biodiesel on diesel períbrmance and emissions”, Fuel, pp.3161-3169 [18] Mohammadi A, Kidoguchi Y, Miwa K (2002), Effect of Injection Parameters and Wall-Impingement on Atomization and Gas Entrainment Processes in Diesel Sprays, SAE paper 2002-01-0497 [19] Allocca L, De Vita A, Di Angelo L (2002), Wall-Impingement Analysis of a Spray from a Common Rail Injection System for Diesel Engines, THIESEL 2002 Conference on Thermo- and Fluid Dynamic Processes in Diesel Engines, pp 67–76 [20] Anh Ngoc Phan and Tan Minh Phan (2008), “Biodiesel Production From Waste Cooking Oils”, Fuel 87, 3490-3496 [21] Yoshua Tickell (2002), “From The Iryer To The Fuel Tank, The Complete Guide To Using vegetable Oil As An Altemative Fuel”, Tickell Energy Consulting (TEC), Tallahassee, pp 35-53 [22] Rayleigh Lord FRS (1878) On the Stability of Liquid Jets, Proc of the Royal Society London [23] Ralph McGill et al, “Emission performance of selected biodiesel fuels”, JSAE and SAE Technical Paper Series, May 2003 [24] Younis Jamal, Ejaz M Shahid, “A review of biodiesel as vehicular fuel”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007 [25] http://www.agroviet.gov.vn/Pages/news_detail.aspx?NewsId=19205 [26] N.E Joukovskii, [Helmholtz’s] works on mechanics, in: A.G Stoletov, ed., Hermann von Helmholtz 1821-1891 Publichnye lekcii, chitannye v Imperatorskom Moskovskom universitetev pol’zu Helmholtzovskogo fonda (Hermann von Helmholtz 1821-1891 Public SVTH: Phan Minh Trí 105 MSSV: 1051130118 Luận văn tốt nghiệp lectures deliv-ered at the Imperior Moscow University for the Helmholtz fund) (Moscow University Press,Moscow, 1892) 37–52 (in Russian) [27] Annual Review/ www.annual review.org/aron like [28] D.N Goriachev, On some cases of motion of rectilinear parallel vortex filaments, Magister Dissertation, Uchen Zap Imp Moskov Univ 16 (1898) 1–106 (in Russian) Abstract: F d M 29 642 [29] M Zellat, Th Rolland and F Poplow Renault Direction de la Recherche, Three Dimensional Modeling of Combustion and Soot Formation in an Indirect Injection Diesel Engine SAE- paper 900254 [30] N Ashgriz Editor, Handbook of Atomization and Sprays Theory and Applications (2011),University of Toronto Dept Mechanical & Industrial Engineering King’s College Road M5S 3G8 Toronto Ontario,Canada [31] Ghasemi, Abbas, "Numerical Simulation Of Ultra-High Injection Diesel And Biodiesel Fuel Sprays" (2012) Electronic Theses and Dissertations Paper 189 [32] Liyan Feng, Wuqiang Long, Wenpi Feng, Research On Match of Swirl-Chamber and Conical Spray in Indirect Injection Engine, engineering Applications of Computational Fluid Mechanics Vol.7, No.2,pp 272-281 (2013) [33] Dustin Hogan, B.S., Georgia Southern University 2009, Feasibility Of Integration Of Peanut Based Bio-Diesel Into A Mainstream Market, A Thesis for the Degree Master Of Science Statesboro, Georgia 2011 [34] Prosperetti A, Lezzi A (1986), Bubble Dynamics in a Compressible Liquid Part First-Order Theory J Fluid Mech, vol 168, pp 457–478 [35] Hiroshi Matsuoka, Yamato, Japan, Heat-Insulating Engine Swirl Chamber And Its Production Method, United States Patent, patent number 5,065,714, Nov.19,1991 [36] Kyugo Haimai, Yokosuka; Masayuki Tamura, Yokohama, Nissan Motor Company, Ltd, Swirl-Chamber Diesel Engine With Swirl Chamber Having Depression For Collection Fuel Droplets, United States Patent, patent number 4,395,983, Aug 2,1983 [37] Kiyoshi Hataura; Masahiro Nagahama, Kubota Ltd, Osaka, Japan, Swirl Chamber Type Combustion Chamber For Diesel Engine, United States Patent, patent number 4,798,183 Jan.17,1989 [38] Koichi Funaki; Seishiro Kubo, Kubota Corporation Ltd, Osaka, Japan, Swirl Chamber Used In Association With Combustion Chamber For Diesel Engine, United States Patent, Patent Number 6,899,076 B2 Jan.31,2005 SVTH: Phan Minh Trí 106 MSSV: 1051130118 [...]... lanh Động cơ Diesel thường dùng các buồng cháy sau: o Buồng cháy thống nhất sử dụng hệ thống phun trực tiếp (DI) o Buồng cháy ngãn cách sử dụng hệt thống phun gián tiếp (IDI) Do phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào động cơ sử dụng dạng buồng cháy xoáy lốc TVC nên chúng ta chỉ khảo sát các lý thuyết về buồng cháy gián tiếp Hình thành khí hỗn hợp trong buồng cháy phun gián tiếp IDI Có hai dạng buồng. .. Dựa vào các tiêu chí trên, nhóm thực hiện đề tài đã chọn loại động cơ Kubota 3 xy lanh phun gián tiếp với tên gọi D17 03- M-E3B làm động cơ nghiên cứu 2.1.2 Thông số kỹ thuật chính của động cơ Kubota 3 xy lanh: Với việc thực hiện đề tài về nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel, các thông số kỹ thuật về động cơ mô phỏng sẽ được dựa vào thông số kỹ thuật của động cơ thử... hỗn hợp trên động cơ sử dụng biodiesel - Áp suất phun nhiên liệu cao: do độ nhớt của Biodiesel cao (1 ,3- 1,6 lần so với dầu diesel No2) và tỉ trọng lớn, từ đó tăng độ khả năng phun sương của kim phun, tăng - lượng phun trong mỗi lần phun Thời gian phun phải được điều chỉnh thích hợp: do tốc độ phun của Biodiesel nhỏ hơn so với diesel, lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy lớn hơn so với quá trình - nạp. .. vận động rối mạnh trong buồng cháy dự bị, khi nhiên liệu phun vào buồng cháy sẽ được xé nhỏ và hòa trộn đều với không khí trong buồng cháy dự bị rồi bốc cháy rất nhanh Áp suất và nhiệt độ trong buồng cháy dự bị tăng lên rất nhanh và lớn hơn buồng cháy chính vì vậy sản vật cháy, nhiên liệu chưa cháy hết, nhiên liệu mới phun vào được phun ra buồng cháy chính với tốc độ lớn và tiếp tục cháy hết ở buồng cháy. .. khí nhiên liệu chưa có điều kiện bốc cháy trong buồng cháy xoáy lốc đều được phun ra buồng cháy chính và tiếp tục bốc cháy trong xy lanh động cơ Hình 1 .30 Quá trình vận chuyển hỗn hợp cháy đến buồng cháy chính [29] Công dụng chủ yếu của buồng cháy xoáy lốc là tạo ra vận động xoáy lốc mạnh của không khí làm cho nhiên liệu và không khí được hòa trộn với nhau thật SVTH: Phan Minh Trí 22 MSSV: 1051 130 118... dụng trên buồng cháy của nhiều dòng động cơ đốt trong và đạt được nhiều kết quả khả quan đặc biệt có tìm năng trong việc cải tạo để sử dụng các loại nhiên liệu sinh học như biodiesel Trên cơ sở lý thuyết này, đồ án sẽ đi vào phân tích, nghiên cứu và hoàn thiện khả năng ứng dụng của dạng xoáy lốc Three Vortex này cho các động cơ đốt trong sử dụng ở nông thôn Việt Nam 1.4 Lý thuyết về nhiên liệu biodiesel: ... cho quá trình phân rã và hình thành hỗn hợp cháy Hình 1 .38 So sánh đường kính SMD giữa diesel và biodiesel [31 ] c Ưu điểm về mặt kỹ thuật của biodiesel: * Ưu điểm: - Biodiesel có đặc tính gần giống diesel truyền thống và có thể phối trộn với DO theo mọi tỷ lệ - Điểm chớp cháy của biodiesel cao hơn DO [30 ] tạo sự an toàn trong quá trình vận chuyển và tồn trữ - Không chứa lưu huỳnh nên trong quá trình cháy. .. giữa buồng cháy chính và buồng cháy phụ thành 3 lỗ tạo hiệu ứng Three Vortex đã hoàn thiện SVTH: Phan Minh Trí 24 MSSV: 1051 130 118 Luận văn tốt nghiệp hóa quá trình nạp và hình thành hỗn hợp cháy trên động cơ đảm bảo tốt khả năng hòa trộn các loại nhiên liệu có độ nhớt cao và tỉ trọng năng như ở nhiên liệu biodiesel Phần lý thuyết Three Vortex được trình bày chi tiết ở phần sau 1 .3 Lý thuyết Three Vortex: ... phân - tử nhiên liệu tăng lên giúp hoàn thiện quá trình hình thành hòa khí Nhiệt độ buồng cháy cao: để đạt đến điểm chớp cháy của nhiên liệu Biodiesel, đẩy nhanh tốc độ bay hơi của nhiên liệu sau khi phun vào buồng cháy, cải thiện nhanh - quá trình khởi động lạnh của động cơ Tốc độ động cơ thấp: để tạo điều kiện thuân lợi (thời gian, nhiệt độ, độ bay hơi…) - cho quá trình hình thành hỗn hợp cháy Độ xoáy... chính động cơ nằm trong xy lanh Hai buồng cháy này đươc nối với nhau bằng đường lưu thông có tiết diện lớn đặt tiếp tuyến với buồng cháy xoáy lốc Thể tích buồng cháy xoáy lốc chiếm khoảng 0.5-0.8 % Thể tích toàn bộ Vc của buồng cháy ,nhiên liệu được phun vào buồng cháy xoáy lốc Quá trình hình thành khí hỗn hợp trong buồng cháy xoáy lốc tiến hành như sau : trong quá trình nén không khí từ xy lanh của động