Luận Văn Thạc Sĩ Cơ Khí Động Lực: Ảnh Hưởng Của Kỹ Thuật Chia Lưới Đến Độ Chính Xác Trong Mô Phỏng Động Cơ Đốt Trong Bằng CFD

• Tác giả: Ngô Đình Nhiên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Lê Duy Khải
• Trường học: Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của kỹ thuật chia lưới đến độ chính xác trong mô phỏng động cơ đốt trong bằng phương pháp CFD
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
• 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5. Nội dung nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.7. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 1.8. Kết quả dự kiến
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các phƣơng trình bảo toàn
• 2.1.1. Bảo toàn khối lƣợng
• 2.1.2. Bảo toàn động lƣợng
• 2.1.3. Bảo toàn năng lƣợng
• 2.2. Các kiểu chia lƣới trong mô phỏng CFD
• 2.3. Các dạng phần tử
• 2.4. Giới thiệu phần mềm mô phỏng KIVA-3V
• 2.4.1. Cấu trúc phần mềm KIVA-3V
• 2.4.2. Các mô hình sử dụng trong KIVA-3V
• 3. CHƯƠNG 3: THÔNG SỐ TÍNH TOÁN
• 3.1. Thông số kết cấu động cơ diesel AVL 5402
• 3.2. Thông số và điều kiện mô phỏng trên phần mềm KIVA-3V
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Sơ đồ tiến trình thực hiện tính toán mô phỏng
• 4.2. Tiến trình mô phỏng
• 4.3. Phân tích đánh giá kết quả mô phỏng
• 4.3.1. Phân tích các đƣờng đặc tính và các thành phần trong khí thải
• 4.3.2. Phân tích chiều dài tia phun tại các mặt cắt khác nhau
• 4.3.3. Đánh giá kết quả mô phỏng
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hƣớng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Kỹ thuật chia lưới

Kỹ thuật chia lưới là một bước quan trọng trong quá trình mô phỏng CFD, đặc biệt khi áp dụng vào động cơ đốt trong. Việc chia lưới ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác mô phỏng và thời gian tính toán. Có hai loại lưới chính: lưới có cấu trúc và lưới không cấu trúc. Lưới có cấu trúc thường được sử dụng trong các bài toán có hình dạng đơn giản, trong khi lưới không cấu trúc phù hợp với các hình dạng phức tạp. Việc lựa chọn loại lưới phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình mô phỏng và đảm bảo kết quả chính xác.

1.1. Lưới có cấu trúc

Lưới có cấu trúc được xây dựng dựa trên các ô lưới đều đặn, giúp dễ dàng chuyển đổi giữa hình dạng vật lý và dạng đề các. Loại lưới này thích hợp cho các bài toán có hình dạng đơn giản như hình hộp hoặc hình trụ. Ưu điểm của lưới có cấu trúc là dễ dàng quản lý và tính toán, nhưng hạn chế khi áp dụng cho các hình dạng phức tạp.

1.2. Lưới không cấu trúc

Lưới không cấu trúc được sử dụng cho các bài toán có hình dạng phức tạp, nơi mà lưới có cấu trúc không thể áp dụng. Loại lưới này linh hoạt hơn trong việc mô phỏng các chi tiết nhỏ và phức tạp, nhưng đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán hơn. Việc tối ưu hóa lưới không cấu trúc là cần thiết để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả tính toán.

II. Độ chính xác mô phỏng

Độ chính xác mô phỏng là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của phương pháp CFD. Độ chính xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó kỹ thuật chia lưới đóng vai trò then chốt. Mật độ lưới, tỷ lệ chiều dài và khối lượng của các ô lưới, cũng như độ lệch của lưới, đều ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng. Việc tối ưu hóa các thông số này giúp nâng cao độ chính xác và giảm thiểu sai số trong quá trình mô phỏng.

2.1. Mật độ lưới

Mật độ lưới là yếu tố quyết định đến độ chính xác của mô phỏng. Lưới có mật độ cao hơn thường cho kết quả chính xác hơn, nhưng đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán hơn. Việc cân nhắc giữa độ chính xác và thời gian tính toán là cần thiết để đạt được kết quả tối ưu.

2.2. Tỷ lệ chiều dài và khối lượng

Tỷ lệ chiều dài và khối lượng của các ô lưới ảnh hưởng đến sự phân bố của dòng chảy trong mô phỏng. Tỷ lệ này cần được điều chỉnh phù hợp để đảm bảo độ chính xác và ổn định của kết quả mô phỏng.

III. Mô phỏng động cơ đốt trong bằng CFD

Mô phỏng động cơ đốt trong bằng CFD là phương pháp hiệu quả để phân tích các quá trình cháy và cải thiện hiệu suất động cơ. Phương pháp này giúp đánh giá các đặc tính của khí thải và đưa ra các biện pháp cải tiến động cơ. Kỹ thuật chia lưới đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của kết quả mô phỏng. Việc áp dụng các phương pháp chia lưới phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình mô phỏng và đạt được kết quả chính xác nhất.

3.1. Phân tích quá trình cháy

Phân tích quá trình cháy trong động cơ đốt trong là một trong những ứng dụng chính của CFD. Việc mô phỏng chính xác quá trình cháy giúp đánh giá hiệu suất động cơ và cải thiện các đặc tính của khí thải. Kỹ thuật chia lưới ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kết quả mô phỏng, đặc biệt trong việc mô phỏng các chi tiết nhỏ và phức tạp.

3.2. Tối ưu hóa mô phỏng

Tối ưu hóa mô phỏng là quá trình điều chỉnh các thông số của lưới và phương pháp chia lưới để đạt được kết quả chính xác nhất. Việc tối ưu hóa giúp giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu quả tính toán, đặc biệt trong các bài toán phức tạp như mô phỏng động cơ đốt trong.