Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Chế Độ Phun Đến Quá Trình Cháy Và Khí Thải Động Cơ RV1252 Bằng Phương Pháp Mô Phỏng

• Tác giả: Nguyen Van Tong Em
• Người hướng dẫn: Nguyen Le Duy Khai
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô - Máy kéo
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ phun đến quá trình cháy và khí thải động cơ RV125-2 bằng phương pháp mô phỏng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Khái niệm và tầm quan trọng của phương pháp mô phỏng
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái quát quá trình cháy và các chất gây ô nhiễm trong khí thải động cơ
• 2.2. Khái quát về quá trình cháy trong động cơ Diesel
• 2.3. Các chất gây ô nhiễm trong khí thải động cơ Diesel
• 2.4. Các biện pháp kỹ thuật làm giảm mức độ ô nhiễm trên động cơ Diesel
• 2.5. Các tính chất đặc trưng cho quá trình phun nhiên liệu trong động cơ
• 2.6. Van điều phun nhiên liệu
• 2.7. Cấu trúc tổng quát của tia nhiên liệu
• 2.7.1. Góc mở của tia
• 2.7.2. Độ xuyên thấu của tia nhiên liệu trong buồng cháy
• 2.7.3. Sự phân bố kích thước hạt
• 2.7.4. Sự bốc hơi nhiên liệu
• 2.8. Quá trình cháy trong động cơ Diesel phun trực tiếp
• 2.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời kỳ cháy trễ trong động cơ Diesel
• 2.9.1. Khái niệm thời kỳ cháy trễ
• 2.9.2. Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến thời kỳ cháy trễ
• 2.9.3. Các quan hệ về thời kỳ cháy trễ trong động cơ
• 2.10. Các mô hình toán sử dụng trong mô phỏng
• 2.10.1. Mô hình dòng chảy rối Renormalized Group k-epsilon (RNG k-ε)
• 2.10.2. Mô hình phân rã tia phun Kelvin-Helmholtz và Rayleigh-Taylor
• 2.10.3. Mô hình hình thành NOx
• 2.10.4. Mô hình hình thành bồ hóng
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ RV125-2
• 3.1. Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng động cơ diesel RV125-2
• 3.2. Giới thiệu cấu trúc chương trình mô phỏng KIVA3V-ERC
• 3.3. Tổng quan về động cơ diesel RV125-2
• 3.4. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ diesel RV125-2
• 3.5. Nghiên cứu thực nghiệm xác định áp suất buồng cháy động cơ diesel RV125-2
• 3.6. Sơ đồ bố trí thiết bị thực nghiệm
• 3.7. Thiết bị thực nghiệm
• 3.8. Các cảm biến đo thông số vận hành của động cơ
• 3.9. Cân điện tử dùng để đo mức tiêu thụ nhiên liệu
• 3.10. Cảm biến đo góc quay trục khuỷu AUTONICS E50S8-360-3-T-24
• 3.11. Cảm biến áp suất buồng đốt (kiểu áp điện) AVL-GU21C
• 3.12. Quy trình thực nghiệm
• 3.13. Các hiệu chỉnh để đồng nhất thông số mô phỏng và thực nghiệm
• 3.14. Đồng nhất áp suất xy lanh khi không phun nhiên liệu
• 3.15. Đồng nhất áp suất xy lanh khi có phun nhiên liệu
• 4. CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ KHÍ THẢI
• 4.1. Điều kiện mô phỏng và thông số thay đổi
• 4.2. Kết quả và bình luận
• 4.2.1. Ảnh hưởng của thời điểm phun đến áp suất trong xy lanh
• 4.2.2. Ảnh hưởng của thời điểm phun đến nhiệt độ trong xy lanh
• 4.2.3. Ảnh hưởng của thời điểm phun đến tốc độ tỏa nhiệt
• 4.2.4. Ảnh hưởng của thời điểm phun đến hình thành bồ hóng và NOx
• 5. CHƯƠNG 5: ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN PHUN ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ KHÍ THẢI
• 5.1. Điều kiện mô phỏng và thông số thay đổi
• 5.2. Kết quả và bình luận
• 5.2.1. Ảnh hưởng của thời gian phun đến áp suất trong xy lanh
• 5.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phun đến nhiệt độ trong xy lanh
• 5.2.3. Ảnh hưởng của thời gian phun đến tốc độ tỏa nhiệt
• 5.2.4. Ảnh hưởng của thời gian phun đến hình thành bồ hóng và NOx
• 5.2.5. Ảnh hưởng của thời gian phun đến lượng phát thải bồ hóng
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Đề xuất hướng phát triển
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 1
• Phụ lục 2
• Phụ lục 3
• Phụ lục 4
• Phụ lục 5
• Phụ lục 6
• Phụ lục 7
• Phụ lục 8
• Phụ lục 9
• Phụ lục 10
• Phụ lục 11
• Phụ lục 12
• Phụ lục 13
• Phụ lục 14
• Phụ lục 15
• Phụ lục 16
• Phụ lục 17
• Phụ lục 18
• Phụ lục 19
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng chế độ phun đến quá trình cháy và khí thải động cơ RV1252

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của chế độ phun đến quá trình cháy và khí thải của động cơ RV1252 thông qua mô phỏng. Động cơ RV1252 là một động cơ diesel phun trực tiếp, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Mục tiêu chính là tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm khí thải. Phương pháp mô phỏng được sử dụng là KIVA3V, một công cụ mạnh mẽ để phân tích các quá trình đốt cháy và khí thải trong động cơ.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nghiên cứu về chế độ phun và quá trình cháy đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản và Đức. Tại Việt Nam, các nghiên cứu tương tự còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến để cải thiện hiệu suất động cơ. Nghiên cứu này kế thừa và phát triển các phương pháp đã có, đồng thời áp dụng vào động cơ RV1252 để đánh giá hiệu quả thực tế.

1.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa chế độ phun để cải thiện hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm khí thải. Đối tượng nghiên cứu là động cơ RV1252, một động cơ diesel phun trực tiếp với công suất 12.5 mã lực. Nghiên cứu tập trung vào việc thay đổi thời điểm phun và thời gian phun để đánh giá ảnh hưởng của các thông số này đến quá trình cháy và khí thải.

II. Phương pháp mô phỏng và mô hình hóa động cơ RV1252

Phương pháp mô phỏng được sử dụng trong nghiên cứu là KIVA3V, một công cụ mạnh mẽ để phân tích các quá trình đốt cháy và khí thải trong động cơ. Mô hình hóa động cơ RV1252 bao gồm việc xây dựng các mô hình toán học để mô phỏng quá trình cháy, phun nhiên liệu và khí thải. Các mô hình này được kiểm chứng thông qua thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác.

2.1. Mô hình toán học sử dụng trong mô phỏng

Các mô hình toán học được sử dụng bao gồm mô hình dòng chảy rối RNG k-epsilon, mô hình phân rã tia phun Kelvin-Helmholtz và Rayleigh-Taylor, mô hình hình thành NOx và mô hình hình thành bồ hóng. Các mô hình này giúp mô phỏng chính xác các quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong động cơ.

2.2. Kiểm chứng mô hình thông qua thực nghiệm

Mô hình mô phỏng được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm thực tế trên động cơ RV1252. Các thông số như áp suất buồng cháy, nhiệt độ và khí thải được đo đạc và so sánh với kết quả mô phỏng để đảm bảo độ chính xác của mô hình.

III. Kết quả nghiên cứu và phân tích

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng thời điểm phun và thời gian phun có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình cháy và khí thải của động cơ RV1252. Cụ thể, thời điểm phun tối ưu nằm trong khoảng 18 đến 20 độ góc quay trục khuỷu trước điểm chết trên, và thời gian phun tối ưu là từ 8 đến 9 độ góc quay trục khuỷu. Khi thời điểm phun sớm, áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng, dẫn đến tăng nồng độ NOx và giảm bồ hóng.

3.1. Ảnh hưởng của thời điểm phun

Thời điểm phun sớm dẫn đến tăng áp suất và nhiệt độ trong xy lanh, đồng thời tăng nồng độ NOx và giảm bồ hóng. Ngược lại, thời điểm phun muộn làm giảm hiệu suất động cơ và tăng lượng bồ hóng phát thải.

3.2. Ảnh hưởng của thời gian phun

Thời gian phun ngắn làm tăng áp suất và nhiệt độ trong xy lanh, đồng thời tăng nồng độ NOx và giảm bồ hóng. Thời gian phun dài làm giảm hiệu suất động cơ và tăng lượng bồ hóng phát thải.

IV. Kết luận và đề xuất hướng phát triển

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa chế độ phun có thể cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm khí thải. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tế để cải thiện hiệu suất của động cơ RV1252 và các động cơ diesel phun trực tiếp khác. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu sâu hơn về các công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến và ứng dụng các phương pháp mô phỏng hiện đại để tối ưu hóa quá trình đốt cháy.

4.1. Ứng dụng thực tế của nghiên cứu

Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tế để cải thiện hiệu suất của động cơ RV1252 và các động cơ diesel phun trực tiếp khác. Việc tối ưu hóa chế độ phun giúp giảm thiểu ô nhiễm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu sâu hơn về các công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến và ứng dụng các phương pháp mô phỏng hiện đại để tối ưu hóa quá trình đốt cháy. Ngoài ra, việc kết hợp các công nghệ xử lý khí thải tiên tiến cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng.