LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và các kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013. Học viên thực hiện Nguyễn Minh Thích LỜI CẢM ƠN Trong suố t quá triǹ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luận văn này , em đã nhâ ̣n đươ ̣c sự hướng dẫn , giúp đỡ quý báu c ủa các Thầy Cô , các bạn học viên cao học CKO trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Đặc biệt, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin đươ ̣c bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới thầy TS. Nguyễn Lê Duy Khải Trưởng khoa Kỹ thuật Giao thông trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng thầy vẫn dành rất nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn em. Thầy đã tận tình cung cấp phần mềm Kiva -3V, tài liệu, thầ y đã hế t lòng giúp đỡ , dạy bảo, đô ̣ng viên và ta ̣o mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS. Đỗ Văn Dũng, thầ y TS. Lý Vĩnh Đạt và các thầy trong hô ̣i đồ ng chấ m luâ ̣n văn trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã cho em những đóng góp quý báu để em hoàn chỉnh luận văn này. Mặc dù đã hết sức cố gắng để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm của em còn hạn chế.
Em rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến của Quý Thầy, Cô, cùng các bạn để đề tài có thể hoàn thiện và phát triển ở mức cao hơn. Em xin chân thành cám ơn ! Học viên thực hiện Nguyễn Minh Thích -i- TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần trên động cơ Diesel phun trực tiếp đến công suất và ô nhiễm khí thải bằng phương pháp mô phỏng. Cụ thể, thông số “tỷ lệ xoáy lốc” và thông số “Số lần phun ” được thay đổi để đánh giá sự tác động đến công suất và phát thải bồ hóng cũng như NOx trong khí thải động cơ Diesel phun trực tiếp. Mỗi thông số quá trình phun đều chứa đựng những ưu điểm và nhược điểm hay chúng có thể tồn tại song song cùng nhau.
Nghiên cứu trong luận văn đã chỉ ra rằng, khi tỷ lệ xoáy lốc tăng lên sẽ làm lượng bồ hóng giảm xuống. Khi chuyển qua phun tách lượng bồ hóng giảm. còn NOx chia thành hai giai đoạn: thoạt đầu lượng NOx giảm (25-3-75), sau đó tăng lên ở các trường hợp còn lại. ABSTRACT The thesis introduces the research into influence of the swril and multiple Injections on direct injection Diesel (DI Diesel engine) engine performance and emission, using simulation.
The “Swril ratio” and “Number of sprays” was also changed to appreciate the effect on DI Diesel engine performance and emit particulates and oxides of nitrogen. Each technology has its own merits and demerits or exists interaction. The results show that, the total of oxides of particulates decreased when increased “Swril ration”; when increased “Split injection” parameter amount of oxides of particulates decreased and change in the nitrogen divide two stages: the fist of all, nitrogen decreased (25-3-75) ,after that, it increased. - ii - MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn.
ii Mục lục. iii Danh mục hình ảnh. v Danh mục bảng biểu. viii Danh mục phụ lục.
ix Danh mục các chữ viết tắt. x CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN 1. Tổng quan chung. Lý do chọn đề tài.
Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong. Tác hại sức khỏe con ngƣời. Tác hại sức môi trƣờng. Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học.
Tính cấp thiết của đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Mục tiêu đề tài, đối tƣợng nghiên cứu, giới hạn đề tài và phƣơng pháp nghiên cứu. Mục tiêu đề tài.
Đối tƣợng nghiên cứu. Giới hạn đề tài. Phƣơng pháp nghiên cứu. 9 CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Khái quát về các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ Diesel. Thành phần hạt bồ hóng. Cấu trúc hạt bồ hóng. Cơ chế hình thành monoxit cacbon (CO).
Giới thiệu về phun nhiên liệu trong động cơ diesel. Quá trình phun nhiên liệu. Vấn đề phun nhiên liệu. Cấu trúc tổng quát của tia nhiên liệu.
Góc mở tia phun. Sự phân bố kích thƣớc hạt. Sự bốc hơi nhiên liệu. Giới thiệu về xoáy lốc trong động cơ diesel.
Giới thiệu về phần mềm mô phỏng KIVA- 3V. Tầm quan trọng của phần mềm mô phỏng trong ngành công nghệ ô tô. Lịch sử phần mềm Kiva-3v. Cấu trúc phầm mềm Kiva - 3.
Các mô hình sử dụng trong Kiva 3V. Mô hình phân rã tia phun “Kelvin-Helmholtz và Rayleigh-Taylor”. Mô hình bay hơi hạt nhiên liệu. Mô hình dòng chảy rối “Renormalized Group k- epsilon”(RNG k - .
Mô hình hình thành NOx. Mô hình hình thành bồ hóng. 49 CHƢƠNG 3 : TẠO LƢỚI VÀ THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU 3. Động cơ mô phỏng và quá trình tạo mô hình lƣới động cơ.
Điều kiện mô phỏng. 56 - iv - CHƢƠNG 4 : ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN NHIÊN LIỆU NHIỀU LẦN ĐẾN CÔNG SUẤT VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG 4. Điều kiện mô phỏng. Thông số thay đổi.
Kết quả và bình luận. Ảnh hƣởng của phun nhiên liệu nhiều lần đến áp suất và nhiệt độ trong xy lanh. Ảnh hƣởng của phun nhiên liệu nhiều lần đến hình thành bồ hóng. Ảnh hƣởng của phun nhiên liệu nhiều lần đến hình thành NOx.
72 CHƢƠNG 5 : ẢNH HƢỞNG CỦA XOÁY LỐC ĐẾN CÔNG SUẤT VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG 5. Điều kiện mô phỏng và thông số thay đổi. Kết quả và bình luận. Ảnh hƣởng của xoáy lốc đến áp suất và nhiệt độ trong xy lanh .2 Ảnh hƣởng của xoáy lốc đến hình thành bồ hóng.
Ảnh hƣởng của xoáy lốc đến hình thành NOx. 86 CHƢƠNG 6 : KẾT LUẬN 6. Đề xuất hƣớng phát triển. 88 Tài liệu tham khảo.
xi Phụ lục…. xiv -v- DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu hình Trang 1.1 Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất .2 Hiện tượng hiện ứng nhà kính .1 Cấu trúc chuỗi bồ hóng .2 Dạng những hạt sơ cấp .3 Quá trình tạo bồ hóng trong động cơ diesel .4 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí ( ) đến nồng độ monoxit carbon (CO)………….5 Quá trình phun nhiên liệu nhiều lần trong động cơ Diesel .6 Sơ đồ tia phun nhiên liệu trong động cơ diesel….7 Ảnh chụp sự phát triển của tia nhiên liệu trong buồng cháy động cơ Diesel không xoáy lốc.Biên dạng ngoài của tia; b.Lõi tia nhiên liệu .8 Sơ đồ tia nhiên liệu phun hướng kính vào buồng cháy xoáy lốc .9 Ảnh chụp biên dạng tia phun trong buồng cháy xoáy lốc .10 Biến thiên góc mở tia phun theo tỉ số g /l .11 Ảnh hưởng của tỉ số chiều dài/đường kính lỗ tia (a) và đường kính lỗ tia đến đường kính Sauter (b) theo áp suất phun .12 Biến thiên định tính của khối lượng,đường kính,nhiệt độ,tốc độ bốc hơi của hạt và tốc độ truyền nhiệt từ không khí vào hạt nhiên liệu lỏng theo thời gian.13 Biến thiên độ xuyên thâu của đầu tia phun theo thời gian ứng với các áp suất khác nhau trong buồng cháy không xoáy lốc .14 Biến thiên độ xuyên thâu của tia phun theo thời gian của buồng cháy xoáy lốc.15 Ảnh hưởng của tỷ lệ xoáy lốc đến NOx và bồ hóng (SOOT) .17 Cấu trúc phần mềm KIVA- 3V .18 Sơ đồ hình thành bồ hóng “8 bước” của Foster .1 Động cơ diesel AVL 5402 .2 Bản vẽ thiết kế piston AVL .3 Bản vẽ piston AVL sau khi vẽ lại trên AutoCad .4 Phân vùng và lập tọa độ điểm vị trí biên của piston .5 Mô hình lưới buồng đốt piston AVL với góc mô phỏng 720 .1 Mối quan hệ giữa công suất động cơ với các trường hợp phun khác nhau .2 Mối quan hệ giữa suất tiêu hoa nhiên liệu với các trường hợp phun .3 Mối quan hệ giữa áp suất trung bình và góc quay trục khuỷu tại các trường hợp phun khác nhau .4 Đồ thị nhiệt độ trung bình trong xy lanh tại các trường hợp phun khác nhau .5 Đồ thị thời gian cháy trễ ứng với các trường hợp phun .6 Phân bố nhiệt độ trong xy lanh ứng với các trường hợp phun tại 7deg BTDC .7 Lượng bồ hóng phát thải tương ứng với trường hợp phun 1 lần và 90-3-10 .8 Lượng bồ hóng hình thành tương ứng với trường hợp phun.9 Lượng bồ hóng bị oxi hóa tương ứng với trường hợp phun .10 Lượng bồ hóng phát thải ứng với góc quay trục khuỷu tại các trường hợp phun khác nhau .11 Lượng bồ hóng phát thải tương ứng với các trường hợp phun .12 Lượng NOx phát thải tương ứng với góc quay trục khuỷu .13 Đồ thị nhiệt độ cực đại trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu .14 Lượng NOx phát thải tương ứng với các trường hợp phun khác nhau .15 Phân bố nhiệt độ lớn nhất trong xy lanh tương ứng trường hợp phun .1 Mối quan hệ giữa công suất động cơ với tỷ lệ xoáy lốc .2 Mối quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu động cơ với tỷ lệ xoáy lốc.3 Mối quan hệ giữa áp suất trung bình và góc quay trục khuỷu tương ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau .4 Đồ thị nhiệt độ trung bình trong xy lanh với góc quay trục khuỷu ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau .5 Sự phân bố nhiên liệu trong xy lanh ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau tại 10 deg ATDC .6 Phân bố oxi trong xy lanh tại vị trí 10 deg ATDC ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau .7 Lượng bồ hóng hình thành, bồ hóng bị Ôxi hóa và lượng bồ hóng phát thải khi tỷ lệ xoáy lốc 1.8 Lượng bồ hóng hình thành ứng với góc quay trục khuỷu .9 Lượng bồ hóng bị Ôxi hóa ứng với góc quay trục khuỷu .10 Lượng bồ hóng phát thải ứng với góc quay trục khuỷu .11 Lượng bồ hóng phát thải ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau .12 Khối lượng NOx hình thành trong buồng đốt .13 Đồ thị nhiệt độ cực đại trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu .14 Phân bố nhiệt độ lớn nhất trong xy lanh tương ứng tỷ lệ xoáy lốc .