I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của quá trình phun nhiều giai đoạn đến khí thải động cơ Vikyno RV 1252 thông qua mô phỏng. Động cơ Diesel Vikyno RV 1252 là một sản phẩm chủ lực trong ngành nông nghiệp Việt Nam, nhưng vẫn tồn tại vấn đề về khí thải và hiệu suất. Phun nhiều giai đoạn được xem là một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu khí thải độc hại như NOx và bồ hóng. Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng KIVA3V để đánh giá các thông số như lượng phun ban đầu và thời gian nghỉ giữa hai lần phun.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu để giảm khí thải độc hại và nâng cao hiệu suất động cơ. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của lượng phun ban đầu và thời gian nghỉ giữa hai lần phun đến sự hình thành NOx và bồ hóng trong động cơ Vikyno RV 1252.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng động cơ bằng phần mềm KIVA3V để mô phỏng quá trình phun và đánh giá khí thải. Các thông số được thay đổi bao gồm lượng phun ban đầu (90%, 80%, 75%, 50%, 35%) và thời gian nghỉ giữa hai lần phun (2CA, 4CA, 6CA, 8CA, 10CA, 12CA).
II. Cơ sở lý thuyết và mô hình hóa
Nghiên cứu dựa trên các mô hình toán học để mô phỏng quá trình phun và hình thành khí thải. Các mô hình bao gồm mô hình phân rã tia phun Kelvin-Helmholtz và Rayleigh-Taylor, mô hình bay hơi hạt nhiên liệu, và mô hình dòng chảy rối RNG k-epsilon. Ngoài ra, nghiên cứu cũng sử dụng mô hình hình thành NOx và mô hình hình thành bồ hóng để đánh giá ảnh hưởng của quá trình phun đến khí thải.
2.1. Cơ chế hình thành khí thải
Khí thải từ động cơ Diesel chủ yếu bao gồm NOx và bồ hóng. NOx hình thành trong điều kiện nhiệt độ cao và oxy dư thừa, trong khi bồ hóng là kết quả của quá trình cháy không hoàn toàn. Phun nhiều giai đoạn giúp kiểm soát nhiệt độ và lượng oxy trong buồng cháy, từ đó giảm thiểu cả hai loại khí thải này.
2.2. Mô hình hóa quá trình phun
Quá trình phun được mô hình hóa bằng các phương trình toán học mô tả sự phân bố nhiên liệu, tốc độ bay hơi, và sự hình thành các hạt nhiên liệu. Mô hình KH-RT được sử dụng để mô phỏng sự phân rã của tia phun, trong khi mô hình RNG k-epsilon mô tả dòng chảy rối trong buồng cháy.
III. Kết quả và phân tích
Kết quả mô phỏng cho thấy phun nhiều giai đoạn có ảnh hưởng đáng kể đến khí thải và hiệu suất động cơ. Cụ thể, khi lượng phun ban đầu là 80% và thời gian nghỉ giữa hai lần phun là 4CA, NOx giảm 62.27% và bồ hóng giảm 53.15% so với phun đơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số phun có thể cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải độc hại.
3.1. Ảnh hưởng của lượng phun ban đầu
Khi lượng phun ban đầu giảm từ 90% xuống 35%, NOx giảm đáng kể do nhiệt độ trong buồng cháy thấp hơn. Tuy nhiên, bồ hóng tăng nhẹ do quá trình cháy không hoàn toàn. Kết quả cho thấy lượng phun ban đầu 80% là tối ưu để cân bằng giữa giảm NOx và kiểm soát bồ hóng.
3.2. Ảnh hưởng của thời gian nghỉ giữa hai lần phun
Thời gian nghỉ giữa hai lần phun ảnh hưởng đến sự phân bố nhiên liệu và nhiệt độ trong buồng cháy. Khi thời gian nghỉ tăng từ 2CA lên 12CA, NOx giảm do nhiệt độ thấp hơn, nhưng bồ hóng tăng do quá trình cháy kéo dài. Kết quả cho thấy thời gian nghỉ 4CA là tối ưu để giảm cả NOx và bồ hóng.
IV. Kết luận và đề xuất
Nghiên cứu đã chứng minh rằng phun nhiều giai đoạn là một phương pháp hiệu quả để giảm khí thải độc hại và nâng cao hiệu suất động cơ Vikyno RV 1252. Kết quả mô phỏng cho thấy việc tối ưu hóa lượng phun ban đầu và thời gian nghỉ giữa hai lần phun có thể giảm đáng kể NOx và bồ hóng. Nghiên cứu đề xuất các hướng phát triển trong tương lai bao gồm ứng dụng công nghệ phun tiên tiến và tích hợp hệ thống tối ưu hóa khí thải.
4.1. Ứng dụng thực tiễn
Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải tiến động cơ Diesel trong ngành nông nghiệp, giúp giảm khí thải và đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường khắt khe hơn. Ngoài ra, phương pháp mô phỏng có thể được sử dụng để tối ưu hóa các thông số phun trong các loại động cơ khác.
4.2. Hướng phát triển
Nghiên cứu đề xuất các hướng phát triển trong tương lai bao gồm tích hợp công nghệ phun điện tử và hệ thống tối ưu hóa khí thải để nâng cao hiệu quả giảm khí thải và hiệu suất động cơ.
