Nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp động cơ diesel 3 xylanh phun gián tiếp với buồng cháy three vortex combustion (TVC) sử dụng biodiesel

• Tác giả: Phạm Phúc Phát
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Xuân Mai
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Trình Nạp Và Tạo Hỗn Hợp Động Cơ 3 Xylanh Diesel Phun Gián Tiếp Có Buồng Cháy Three Vortex Combustion (TVC), Sử Dụng Nhiên Liệu Sinh Học Bio-Diesel. (Tham Khảo Động Cơ 3 Xylanh Kubota D1703-M-E3B)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Nhu cầu động cơ đốt trong ở nông thôn Việt Nam
• 1.2. Nhu cầu động cơ 3 xilanh
• 1.3. Công nghiệp máy động lực ở Việt Nam
• 1.4. Nhiên liệu thay thế
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về động cơ 3 xy lanh sử dụng nhiên liệu sinh học
• 1.5.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
• 1.6. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.6.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.7. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.7.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.7.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT HÌNH THÀNH HỖN HỢP CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 2.1. Sự phát triển của tia phun nhiên liệu
• 2.2. Sự phân rã động học của các hạt nhiên liệu
• 2.3. Cơ chế phân rã của tia phun nhiên liệu
• 2.4. Sự tương tác giữa tia phun với thành xilanh
• 2.5. Quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel
• 2.6. Buồng cháy dự bị
• 2.7. Buồng cháy xoáy lốc
• 2.8. Lý thuyết Three Vortex
• 2.9. Phương trình mô phỏng xoáy lốc Three Vortex
• 2.10. Mô hình chuyển động của xoáy lốc Three Vortex
• 2.11. Lý thuyết về nhiên liệu biodiesel
• 2.12. Các tính năng khi sử dụng nhiên liệu biodiesel
• 2.13. Các yêu cầu của quá trình nạp và tạo hỗn hợp trên động cơ sử dụng biodiesel
• 2.14. PHÂN TÍCH BUỒNG CHÁY TVCS (trên động cơ 3 xilanh KUBOTA D1703-E3B)
• 2.14.1. Giới thiệu động cơ KUBOTA D1703-E3B
• 2.14.2. Lý do chọn động cơ Kubota 3 xy lanh
• 2.14.3. Thông số kỹ thuật chính của động cơ Kubota 3 xy lanh
• 2.14.4. Phân tích kết cấu buồng cháy TVCS
• 2.14.4.1. Buồng cháy xoáy lốc
• 2.14.4.2. Cửa buồng cháy
• 2.14.5. Phân tích quá trình hình thành hỗn hợp cháy
• 2.14.6. Các yếu tố cải thiện quá trình hòa trộn nhiên liệu Biodiesel trong buồng cháy TVCS
• 3. CHƯƠNG 3
• 3.1. Nhiệt chớp cháy
• 3.2. Nhiệt trị thấp
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC
• 4.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Ansys Fluent
• 4.2. Đối tượng mô phỏng
• 4.3. Mô hình động cơ mô phỏng
• 4.4. Nhiêu liệu thử nghiệm
• 4.5. Trình tự thực hiện và cơ sở lý thuyết trong mô phỏng
• 4.5.1. Trình tự thực hiện
• 4.5.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô phỏng
• 4.6. Xây dựng mô hình và xác lập các thông số động học liên quan đến quá trình hình hỗn hợp cháy trong buồng cháy TVC
• 4.6.1. Xây dựng mô hình hình học buồng cháy TVC
• 4.6.2. Chia lưới mô hình
• 4.6.3. Cài đặt thông số đầu vào cho bài toán
• 4.7. Mô phỏng động học quá trình hòa trộn nhiên liệu biodiesel
• 4.8. Xử lý và đánh giá kết quả đạt được từ mô phỏng
• 4.8.1. Nhiệt phận bố trong buồng cháy xoáy lốc
• 4.8.2. Vận tốc không khí phân bố trong buồng cháy xoáy lốc
• 4.8.3. Tỉ số mass fraction phân bố trong buồng cháy xoáy lốc
• 4.8.4. So sánh độ xuyên thấu của tia phun theo áp suất phun
• 5. CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT VÀ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ
• 5.1. Nghiên cứu và đề suất cải tiến động cơ
• 5.1.1. Nghiên cứu cải tiến
• 5.1.2. Đề suất cải tiến
• 5.2. Mô phỏng quá trình hòa trộn của động cơ TVCS sau khi cải tạo
• 5.2.1. Các cấu trúc được xét đến
• 5.2.2. Thiết lập thông số và tiêu chí mô phỏng
• 5.3. So sánh và đánh giá kết quả đạt được trước và sau cải tiến
• 5.3.1. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động xoáy lốc trong buồng cháy
• 5.3.2. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động của nhiên liệu trong buồng cháy
• 5.3.3. Tỉ số mass fraction giữa không khí và nhiên liệu trong buồng cháy
• 5.3.4. Nhiệt độ không khí trong buồng cháy
• 5.3.5. Độ xuyên thấu của tia phun nhiên liệu
• 5.3.6. Phân tích kết cấu tối ưu
• 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• 6.1. Tóm tắt kết quả đề tài
• 6.2. Đánh giá kết quả của đề tài
• 6.3. Đề nghị hướng phát triển của đề tài
• KẾ HOẠCH DỰ KIẾN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về động cơ diesel 3 xylanh phun gián tiếp và biodiesel

Động cơ diesel 3 xylanh phun gián tiếp đang trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành nông nghiệp Việt Nam. Với khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải, động cơ này phù hợp với nhu cầu sản xuất hiện đại. Việc sử dụng biodiesel không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn đảm bảo nguồn cung cấp nhiên liệu bền vững. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc cải tiến hiệu suất của động cơ diesel 3 xylanh thông qua việc áp dụng công nghệ buồng cháy TVC.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật của động cơ diesel 3 xylanh

Động cơ diesel 3 xylanh có nhiều ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ và khả năng hoạt động ổn định. Đặc biệt, công nghệ phun gián tiếp giúp tối ưu hóa quá trình hòa trộn nhiên liệu và không khí, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng biodiesel trong động cơ diesel

Biodiesel là một loại nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật hoặc động vật. Việc sử dụng biodiesel trong động cơ diesel không chỉ giúp giảm khí thải độc hại mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu cho thấy biodiesel có thể cải thiện hiệu suất động cơ và giảm chi phí vận hành.

II. Thách thức trong việc áp dụng biodiesel cho động cơ diesel 3 xylanh

Mặc dù biodiesel mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng nó cho động cơ diesel 3 xylanh vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như khả năng hòa trộn nhiên liệu, độ ổn định và hiệu suất động cơ cần được nghiên cứu kỹ lưỡng. Đặc biệt, việc cải tiến buồng cháy TVC có thể là giải pháp hiệu quả để khắc phục những vấn đề này.

2.1. Khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí

Khả năng hòa trộn giữa biodiesel và không khí trong buồng cháy TVC là yếu tố quyết định đến hiệu suất động cơ. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa thiết kế buồng cháy có thể cải thiện đáng kể khả năng này.

2.2. Độ ổn định của biodiesel trong quá trình vận hành

Biodiesel có thể gặp phải vấn đề về độ ổn định khi lưu trữ và sử dụng. Các yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm có thể ảnh hưởng đến chất lượng của biodiesel, từ đó tác động đến hiệu suất động cơ.

III. Phương pháp nghiên cứu cải tiến động cơ diesel 3 xylanh

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp mô phỏng 3D để phân tích quá trình hình thành hỗn hợp cháy trong buồng cháy TVC. Các thông số kỹ thuật của động cơ sẽ được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất khi sử dụng biodiesel. Phương pháp này giúp đánh giá chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và hòa trộn nhiên liệu.

3.1. Mô phỏng quá trình hình thành hỗn hợp cháy

Mô phỏng 3D cho phép phân tích chi tiết quá trình hình thành hỗn hợp cháy trong buồng cháy TVC. Các thông số như áp suất, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy sẽ được điều chỉnh để đạt được hiệu suất tối ưu.

3.2. Cải tiến thiết kế buồng cháy TVC

Thiết kế buồng cháy TVC sẽ được cải tiến để tăng cường khả năng hòa trộn giữa biodiesel và không khí. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất động cơ mà còn giảm thiểu khí thải độc hại.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc cải tiến động cơ diesel 3 xylanh phun gián tiếp sử dụng công nghệ TVC có thể làm tăng hiệu suất hòa trộn của không khí với biodiesel. Các thử nghiệm thực tế cho thấy động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả hơn khi sử dụng biodiesel, mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp.

4.1. Đánh giá hiệu suất động cơ sau cải tiến

Các thử nghiệm cho thấy hiệu suất động cơ tăng lên đáng kể sau khi cải tiến buồng cháy. Việc sử dụng biodiesel không chỉ giúp giảm khí thải mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.

4.2. Ứng dụng biodiesel trong sản xuất nông nghiệp

Việc áp dụng biodiesel trong động cơ diesel 3 xylanh có thể giúp nông dân tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho ngành nông nghiệp Việt Nam trong việc sử dụng nhiên liệu tái tạo.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về động cơ diesel 3 xylanh phun gián tiếp với buồng cháy TVC sử dụng biodiesel đã chỉ ra rằng việc cải tiến thiết kế và ứng dụng công nghệ mới có thể nâng cao hiệu suất động cơ. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành nông nghiệp và môi trường.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc cải tiến buồng cháy TVC có thể nâng cao hiệu suất hòa trộn của biodiesel và không khí, từ đó cải thiện hiệu suất động cơ.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của động cơ và mở rộng ứng dụng biodiesel trong các lĩnh vực khác nhau, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu sinh học.