Luận văn thạc sĩ về buồng cháy đẳng tích trong mô phỏng sự cháy động cơ diesel

Nghiên cứu phát triển buồng cháy đẳng tích trong mô phỏng sự cháy động cơ diesel, góp phần nâng cao hiệu suất kỹ thuật ô tô máy kéo.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Tấn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Dũng
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô - máy kéo
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Buồng Cháy Đẳng Tích Dùng Trong Mô Phỏng Sự Cháy Động Cơ Diesel
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về buồng cháy đẳng tích

Buồng cháy đẳng tích là một thiết bị quan trọng trong nghiên cứu và mô phỏng quá trình cháy của động cơ diesel. Thiết bị này cho phép nghiên cứu các đặc tính của quá trình cháy trong điều kiện kiểm soát, từ đó giúp cải thiện hiệu suất động cơ. Việc sử dụng buồng cháy đẳng tích trong mô phỏng động cơ diesel không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quá trình cháy mà còn tạo điều kiện cho việc phát triển các công nghệ mới trong ngành công nghiệp ô tô. Theo nghiên cứu, buồng cháy đẳng tích có khả năng mô phỏng chính xác các điều kiện cháy, từ đó cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc tối ưu hóa thiết kế động cơ. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh hiện nay, khi mà nhu cầu về năng lượng và hiệu suất động cơ ngày càng cao.

1.1. Đặc điểm của buồng cháy đẳng tích

Buồng cháy đẳng tích có cấu tạo đơn giản nhưng hiệu quả trong việc nghiên cứu. Nó cho phép kiểm soát các thông số như áp suất, nhiệt độ và thành phần nhiên liệu trong quá trình cháy. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng nhiên liệu diesel trong buồng cháy đẳng tích giúp phân tích sâu hơn về hiệu suất động cơ. Đặc biệt, buồng cháy này có thể mô phỏng các điều kiện thực tế của động cơ diesel, từ đó giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy. Việc phân tích các thông số này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ khí thải động cơ.

II. Quá trình cháy trong động cơ diesel

Quá trình cháy trong động cơ diesel là một trong những yếu tố quyết định đến hiệu suất và độ bền của động cơ. Nghiên cứu cho thấy rằng quá trình cháy diễn ra trong động cơ diesel có nhiều giai đoạn khác nhau, bao gồm giai đoạn phun nhiên liệu, hình thành hỗn hợp cháy và giai đoạn cháy chính. Mỗi giai đoạn này đều có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động cơ và lượng khí thải phát sinh. Việc hiểu rõ về các giai đoạn này giúp các nhà nghiên cứu phát triển các giải pháp cải tiến, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm. Đặc biệt, việc sử dụng nhiên liệu diesel có nguồn gốc tái tạo như biodiesel đang trở thành xu hướng trong nghiên cứu hiện nay.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel, bao gồm áp suất, nhiệt độ và thành phần nhiên liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ. Đặc biệt, việc sử dụng nhiên liệu diesel từ nguồn tái tạo như biodiesel không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn nâng cao hiệu suất cháy. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng biodiesel có khả năng giảm phát thải khí CO2 và các chất độc hại khác, từ đó góp phần bảo vệ môi trường. Việc nghiên cứu và phát triển các loại nhiên liệu mới là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về năng lượng và bảo vệ môi trường.

III. Thiết kế và ứng dụng buồng cháy đẳng tích

Thiết kế buồng cháy đẳng tích là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu động cơ diesel. Việc thiết kế này không chỉ đảm bảo tính chính xác trong mô phỏng mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu về hiệu suất và độ bền. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa thiết kế buồng cháy có thể giúp nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu khí thải. Buồng cháy đẳng tích cũng được sử dụng để nghiên cứu các loại nhiên liệu mới, đặc biệt là biodiesel, nhằm tìm ra giải pháp thay thế cho nhiên liệu truyền thống. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

3.1. Ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển

Buồng cháy đẳng tích không chỉ là công cụ nghiên cứu mà còn là nền tảng cho việc phát triển các công nghệ mới trong ngành công nghiệp ô tô. Việc sử dụng buồng cháy này trong nghiên cứu giúp các nhà khoa học có được những dữ liệu quan trọng về quá trình cháy, từ đó phát triển các giải pháp cải tiến cho động cơ diesel. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế buồng cháy có thể giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh hiện nay, khi mà nhu cầu về năng lượng và bảo vệ môi trường ngày càng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ÐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ÐẠI HỌC BÁCH KHOA -----    ----- NGUYỄN QUỐC TẤN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN BUỒNG CHÁY ÐẲNG TÍCH DÙNG TRONG MÔ PHỎNG SỰ CHÁY ÐỘNG CƠ DIESEL Chuyên ngành: KỸ THUẬT Ô TÔ – MÁY KÉO LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: Họ và Tên : Nguyễn Ngọc Dũng Học hàm : Học vị : Tiến sĩ Chữ ký : Cán bộ chấm nhận xét 1: Họ và Tên : Đặng Thành Trung Học hàm : Học vị : Tiến sĩ Chữ ký : Cán bộ chấm nhận xét 2: Họ và Tên : Phạm Xuân Mai Học hàm : Phó Giáo sư Học vị : Tiến sĩ Chữ ký : Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM Ngày 26 tháng 07 năm 2013.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Huỳnh Thanh Công 2. Nguyễn Lê Duy Khải 3. UV: PB1 TS.

Đặng Thành Trung 4. UV: PB2 PGS.TS Phạm Xuân Mai 5. Nguyễn Ngọc Dũng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Tp. HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2013.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN QUỐC TẤN Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/04/1986 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô - máy kéo MSHV: 11130434 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN BUỒNG CHÁY ĐẲNG TÍCH DÙNG TRONG MÔ PHỎNG SỰ CHÁY ĐỘNG CƠ DIESEL II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu lý thuyết mô phỏng sự cháy động cơ diesel bằng buồng cháy đẳng tích. - Thiết kế mô hình buồng cháy đẳng tích.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/2012 IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2013 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. Nguyễn Ngọc Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS. NGUYỄN NGỌC DŨNG TS.

TRẦN HỮU NHÂN Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua. TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng và biết ơn đến Gia đình tôi: ba mẹ, anh chị, người thân và bạn bè đã luôn ở bên tôi, cổ vũ, động viên, hỗ trợ tôi về tinh thần và vật chất trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Hiệu trưởng trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã quyết định và tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu tại trường. Cảm ơn Thầy TS.

Nguyễn Ngọc Dũng, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện đề tài, Thầy đã hỗ trợ tôi về kiến thức chuyên môn, khuyến khích động viên và luôn giúp tôi nâng cao tinh thần nghiên cứu trong suốt khóa học. Tôi xin cảm ơn đến các Thầy Cô trong Khoa Kỹ Thuật Giao Thông Trường ĐH Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã trang bị cho tôi những kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các nhân viên, TS.

Nguyễn Anh Thi, TS. Huỳnh Thanh Công, Ths. Trần Đăng Long, Ths. Đinh Quốc Trí, các cộng tác viên và các sinh viên của Phòng thí nghiệm Trọng điểm Động cơ đốt trong Trường ĐH Bách Khoa Tp.

Hồ Chí Minh, đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu. Xin cảm ơn đến các đồng nghiệp, các bạn học viên cao học đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi thực hiện đề tài. Tác giả NGUYỄN QUỐC TẤN TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong bối cảnh hiện nay, các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam đang phải đối mặt với các vấn đề lớn như: sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, chi phí sử dụng cho năng lượng ngày càng gia tăng, sự phát thải ô nhiễm ra môi trường từ các phương tiện giao thông. Trong đó, nguồn nhiên liệu hóa thạch là vấn đề quan trọng nhất, vì nguồn nhiên liệu này là thành phần chính cung cấp cho tất cả các năng lượng thương mại được sử dụng trên thế giới.

Để khắc phục tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, các bài toán về năng lượng được đưa ra như: khai thác sử dụng hiệu quả năng lượng, cải tiến về động cơ, tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới, nhiên liệu thay thế…Việc thực hiện các nghiên cứu cơ bản nhằm cải thiện quá trình cháy, nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng nhiên liệu trong động cơ đốt trong là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng, thu hút rất nhiều các nhà khoa học trong và ngoài nước tham gia. Buồng cháy đẳng tích là một trong những công cụ hỗ trợ mạnh giúp trong việc tiến hành nghiên cứu cơ bản, thực nghiệm và mô phỏng các quá trình biến đổi, sự cháy trong động cơ đốt trong. Trong việc nghiên cứu quá trình cháy động cơ diesel, việc sử dụng buồng cháy đẳng tích làm công cụ nghiên cứu, phát triển, mô phỏng quá trình cháy trong động cơ diesel là một trong những phát minh đột phá của ngành. Đề tài này nhằm nghiên cứu thiết kế buồng cháy đẳng tích dùng trong nghiên cứu mô phỏng sự cháy động cơ diesel.

Thông qua việc phân tích đánh giá và lựa chọn phương án thiết kế theo mục đích nghiên cứu. Buồng cháy đẳng tích sau khi được chế tạo thành công sẽ là thiết bị nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá ba sa, dầu cây Jatropha, rong biển tại Việt Nam, các nghiên cứu cơ bản về phân tích quá trình cháy, thời gian cháy trễ là cực kỳ quan trọng. Các số liệu thu được từ các nghiên cứu là nền tảng, cơ sở căn bản cho việc phát triển động cơ (đặc biệt động cơ máy nông nghiệp sản xuất từ nhà máy Vikyno) sử dụng nhiên liệu biodiesel tại Việt Nam. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luân văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã tham khảo các tài liệu, các bài báo khoa học như trong mục tài liệu tham khảo. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2013 NGUYỄN QUỐC TẤN MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC HÌNH. iv MỤC LỤC BẢNG.

vi CHƢƠNG 1. Vấn đề năng lƣợng và ô nhiễm môi trƣờng. Nghiên cứu phát triển động cơ. Xu hƣớng phát triển nguồn nhiên liệu mới, nhiên liệu thay thế.

Ứng dụng phát triển buồng cháy đẳng tích. Mục tiêu nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Nội dung thực hiện.

Quá trình cháy trong động cơ. Các thông số đặc trƣng của quá trình cháy. Chất lƣợng quá trình tạo hỗn hợp cháy ở động cơ diesel. Quá trình cháy trong động cơ diesel.

Buồng cháy đẳng tích. Giới thiệu buồng cháy đẳng tích. Đặc tính buồng cháy đẳng tích. Buồng cháy đẳng tích mô phỏng quá trình cháy động cơ diesel.

Quá trình truyền nhiệt trong buồng cháy đẳng tích. THIẾT Ế TR CHUNG U NG CH NG T CH. Nguyên l hoạt động uồng cháy đẳng tích. Cấu tạo chung uồng cháy.

Các hệ thống phụ trợ. Hệ thống tạo hỗn hợp sơ cấp. Hệ thống khuấy hỗn hợp. Hệ thống cung cấp nhiên liệu.

Hệ thống điều khiển. Hệ thống đo áp suất. Hệ thống đánh l. THIẾT KẾ KỸ THUẬT CỤM BU NG CHÁY.

Nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế. Phân tích lựa chọn phƣơng án thiết kế cụm buồng cháy. Cơ sở xây dựng phƣơng án thiết kế cụm buồng cháy. Tính chọn các thông số cơ ản của buồng cháy.

Thiết kế kỹ thuật buồng cháy. Thiết kế kỹ thuật hệ thống tạo hỗn hợp sơ cấp. Cơ sở lý thuyết sự tạo thành hỗn hợp. Tính toán tỉ lệ thành phần hỗn hợp.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống tạo hỗn hợp sơ cấp. Thiết kế bình hòa trộn hỗn hợp sơ cấp. Tính toán chọn các thiết bị trong hệ thống tạo hỗn hợp sơ cấp. Thiết kế hệ thống khuấy hỗn hợp.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống khuấy. Cấu tạo hệ thống quạt khuấy. Tính chọn các thiết bị hệ thống khuấy. Thiết kế kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí. Hệ thống cung cấp nhiên liệu lỏng. Phân tích lựa chọn phƣơng án thiết kế. Tính chọn các thiết bị.

Thiết kế hệ thống đo áp suất. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo áp suất. Tính chọn các thiết bị hệ thống đo áp suất. Thiết kế hệ thống đánh l a.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh l a. Cấu tạo và tính chọn hệ thống đánh l a. Hƣớng phát triển đề tài. 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

101 PHỤ LỤC iii MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1: Các điểm đặc trƣng trên đồ thị công chỉ thị trong quá trình cháy .2: Thời gian chậm cháy vật lý và hóa học .3: Đặc điểm biến thiên nhiệt độ và nồng độ của MCCT trong ngọn l a cháy tầng .4: Ảnh hƣởng của thành phần hỗn hợp cháy đến vận tốc cháy tầng .5: Ảnh hƣởng của chuyển động rối đến tính chất của ngọn l a.6: Quy luật phun nhiên liệu .7: Các gi i đoạn chính trong quá trình cháy trong động cơ diesel .8: Buồng cháy tại trƣờng đại học RWTH Aachen .9: Quá trình cháy h i gi i đoạn .10: Mô hình buồng cháy hai khu vực .1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động buồng cháy đẳng tích.2: Cấu tạo chung hệ thống buồng cháy .3: Sơ đồ hệ thống hòa trộn hỗn hợp khí sơ cấp .4: Sơ đồ hệ thống khuấy.5: Vùng tạo thành hỗn hợp rối theo hệ số Reynolds .6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail .7: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu lỏng .8: Thành phần cơ ản của hệ thống điều khiển .9: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển buồng cháy .10: Sơ đồ hệ thống đo áp suất .11: Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán .12: Hệ thống đánh l a trực tiếp .13: Sơ đồ hệ thống đánh l a .1: Sự hình thành tia phun ở buồng cháy .2: Hình buồng cháy đẳng tích tại phòng thí nghiệm Sandia .3: Hình buồng cháy đẳng tích tại trƣờng Đại học Ghent .4: Hình ảnh buồng cháy của một số trƣờng đại học .5: Thông số vật lý của tia phun diesel (Hyroyasu & Aray , 1990) .6: Mô hình mô phỏng động cơ 1 xy l nh .7: Ứng suất tác dụng bên trong buồng cháy.8: Sự chuyển vị của buồng cháy .9: Cấu tạo cụm buồng cháy .