Nghiên Cứu Hoàn Thiện Hệ Thống Nạp-Thải Động Cơ Đi Ê Den Tại Trường Đại Học Hàng Hải

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

1.1. Đặc điểm quá trình khí động trong động cơ đi ê den bốn kỳ không tăng áp và vấn đề trao đổi khí

1.2. Một số đặc điểm chính của các quá trình khí động trong động cơ

1.3. Các giai đoạn của quá trình trao đổi khí và ảnh hưởng của sóng áp suất trên đường ống nạp-thải đến hệ số nạp

1.4. Tổng quan về mô hình tính toán quá trình trao đổi trong động cơ đi ê den

1.5. Hệ phương trình cơ bản của khí động học

1.6. Đặc trưng chung của mô hình toán học dòng khí trong động cơ

1.7. Một số mô hình toán học của dòng khí trong động cơ và vấn đề trao đổi khí

1.8. Vấn đề hoàn thiện hệ thống nạp-thải động cơ đi ê den không tăng áp

1.9. Những tồn tại cơ bản của động cơ đi ê den Sông Công họ D50 khi thủy hóa, mục đích và nội dung nghiên cứu của luận án

2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ TRANG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

2.2. Phương pháp số giải hệ phương trình khí động

2.3. Phương pháp và trang thiết bị thí nghiệm

2.3.1. Do lưu lượng khí nạp

2.3.2. Sơ đồ thiết bị đo lưu lượng

2.3.3. Một số vấn đề cần lưu ý khi thiết kế lắp đặt và xây dựng đặc tính tấm đo lưu lượng

2.3.4. Công thức tính toán và các hệ số hiệu chỉnh khi đo lưu lượng bằng các kết cấu tiết lưu thông thường

2.3.5. Thiết bị chẩn đoán và điều chỉnh MALIN 3000

2.4. Kiểm nghiệm cân bằng nhiệt động cơ

3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHÍ KHI XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA TRUYỀN SÓNG ÁP SUẤT ĐẾN HỆ SỐ NẠP ĐỘNG CƠ ĐI Ê DEN HỌ D50 SÔNG CÔNG

3.1. Mô hình không dừng một chiều cho dòng khí nạp-thải động cơ đi ê den không tăng áp

3.1.1. Những giả thiết cơ bản

3.1.2. Mô hình dòng khí một chiều hệ thống nạp, thải đối với một xi lanh

3.1.3. Dòng khí trong xi lanh và cửa phân phối khí

3.1.4. Dòng tại các đoạn cong của đường ống

3.1.5. Dòng khí trên đoạn ống thẳng

3.1.6. Tổng hợp sơ đồ sai phân xác định hệ số nạp

3.1.7. Sơ đồ khối quá trình tính toán trao đổi khí

3.1.8. Ứng dụng tính toán cho động cơ 1 xi lanh và động cơ D242

3.1.9. Động cơ 1 xi lanh D12

3.2. Mô hình dòng khí 2 chiều quá trình trao đổi khí động cơ đi ê den không tăng áp

3.2.1. Hệ phương trình dòng khí không dừng mô tả dòng khí trong động cơ và phương pháp giải

3.2.2. Các phương án sơ đồ dòng khí nạp-thải động cơ D242

3.2.3. Mô tả các điều kiện biên và vấn đề chia lưới khi sử dụng phương pháp phần tử hạt để giải bài toán khí động trong hệ thống nạp-thải

3.2.4. Thuật toán tự động nhận dạng đường biên và cấu trúc chương trình

3.2.5. Nhận dạng biên

3.2.6. Phương pháp tạo tệp dữ liệu nguồn để phục vụ cho nhận dạng biên

3.2.7. Một số kết quả tính toán và đánh giá thảo luận

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1. Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm

4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và thảo luận

PHẦN KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Hệ Thống Nạp Thải Động Cơ Diesel

Nghiên cứu hệ thống nạp-thải động cơ Diesel đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm. Bài viết này tập trung vào việc hoàn thiện hệ thống nạp-thải cho động cơ Diesel, đặc biệt là trong bối cảnh ứng dụng thủy hóa động cơ. Quá trình trao đổi khí trong động cơ có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số nạp, một yếu tố then chốt quyết định công suất và hiệu quả đốt cháy nhiên liệu. Nghiên cứu này xem xét các yếu tố như đặc điểm khí động học, sóng áp suất trong đường ống nạp-thải và các mô hình toán học mô phỏng quá trình này. Mục tiêu cuối cùng là tối ưu hóa hệ thống nạp-thải để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu các vấn đề tồn tại trên các dòng động cơ cũ, ví dụ như động cơ Diesel Sông Công họ D50.

1.1. Đặc Điểm Quá Trình Khí Động Động Cơ Diesel 4 Kỳ

Quá trình khí động trong động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp bao gồm nhiều giai đoạn phức tạp. Nghiên cứu tập trung vào các đặc điểm chính của các quá trình này, bao gồm cả ảnh hưởng của sóng áp suất trên đường ống nạp và thải. Các giai đoạn trao đổi khí, như nạp, nén, cháy và xả, đều có vai trò riêng và ảnh hưởng đến hệ số nạp. Việc hiểu rõ các đặc điểm này là cần thiết để phát triển các mô hình tính toán chính xác và từ đó, đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu suất. Theo nghiên cứu gốc, quá trình thải khí qua xupap thải xảy ra với tốc độ tiêu chuẩn bằng tốc độ âm cục bộ.

1.2. Ảnh Hưởng Sóng Áp Suất Đến Hệ Số Nạp Động Cơ

Sóng áp suất trong hệ thống nạp-thải có tác động đáng kể đến hệ số nạp của động cơ Diesel. Biên độ và pha của sóng áp suất trước khi mở xupap nạp có thể làm tăng hoặc giảm lượng khí nạp vào xi lanh. Do đó, việc thiết kế đường ống nạp-thải với chiều dài và hình dạng tối ưu là rất quan trọng. Nghiên cứu này sẽ xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến sóng áp suất và đề xuất các phương pháp điều khiển sóng áp suất để tối ưu hóa hệ số nạp, đặc biệt là đối với các động cơ tốc độ cao.

II. Thách Thức Của Hệ Thống Nạp Thải Động Cơ Diesel Sông Công

Động cơ Diesel Sông Công họ D50, khi được thủy hóa, đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến hệ thống nạp-thải. Các vấn đề tồn tại bao gồm hiệu suất nạp thấp, quá trình đốt cháy không tối ưu và lượng khí thải cao. Việc hoàn thiện hệ thống nạp-thải cho động cơ này đòi hỏi phải nghiên cứu kỹ lưỡng các đặc tính kỹ thuật, điều kiện vận hành và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi khí. Mục đích của nghiên cứu này là xác định các giải pháp cụ thể để khắc phục các vấn đề này và nâng cao hiệu suất của động cơ Sông Công sau khi thủy hóa.

2.1. Những Tồn Tại Cơ Bản Trên Động Cơ Diesel Sông Công D50

Động cơ Diesel Sông Công họ D50 khi thủy hóa bộc lộ một số tồn tại. Hiệu suất nạp thấp dẫn đến công suất giảm. Quá trình đốt cháy không triệt để gây ra lượng khí thải lớn. Việc nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích chi tiết các nguyên nhân gây ra những tồn tại này để đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả. Đồng thời cải thiện hiệu suất nạp và giảm lượng khí thải.

2.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Hoàn Thiện Hệ Thống Nạp Thải

Nghiên cứu này hướng đến mục tiêu hoàn thiện hệ thống nạp-thải của động cơ Diesel Sông Công D50. Cụ thể, mục tiêu là nâng cao hệ số nạp, cải thiện quá trình đốt cháy và giảm lượng khí thải độc hại. Các giải pháp được đề xuất sẽ phải đảm bảo tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế, đồng thời phù hợp với điều kiện vận hành thực tế của động cơ. Phân tích chi tiết các nguyên nhân và đề xuất các giải pháp để khắc phục hiệu quả.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Trang Thiết Bị Để Đánh Giá Hệ Thống

Nghiên cứu này sử dụng kết hợp các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để đánh giá và hoàn thiện hệ thống nạp-thải. Các phương pháp số được áp dụng để giải các phương trình khí động, mô phỏng quá trình trao đổi khí và đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế. Các thí nghiệm được thực hiện trên động cơ thực tế để đo lường lưu lượng khí nạp, áp suất, nhiệt độ và thành phần khí thải. Trang thiết bị hiện đại, bao gồm thiết bị đo lưu lượng, thiết bị chẩn đoán động cơ và hệ thống thu thập dữ liệu, được sử dụng để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả nghiên cứu.

3.1. Phương Pháp Số Giải Phương Trình Khí Động Lực Học

Phương pháp số đóng vai trò quan trọng trong việc mô phỏng quá trình trao đổi khí trong động cơ Diesel. Việc giải các phương trình khí động cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế, như hình dạng đường ống nạp-thải, góc mở xupap và áp suất nạp, đến hiệu suất của động cơ. Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng được sử dụng để thực hiện các tính toán phức tạp và đưa ra các dự đoán chính xác. Lưu ý đến việc thiết kế, lắp đặt và xây dựng đặc tính tấm đo lưu lượng để tính toán chính xác.

3.2. Thí Nghiệm Đo Lưu Lượng Khí Nạp Động Cơ Diesel

Thí nghiệm đo lưu lượng khí nạp là một phần quan trọng của nghiên cứu thực nghiệm. Việc đo chính xác lưu lượng khí nạp cho phép đánh giá hiệu quả của hệ thống nạp và xác định các vấn đề tồn tại. Các phương pháp đo lưu lượng khí nạp khác nhau được sử dụng, tùy thuộc vào đặc điểm của động cơ và điều kiện thí nghiệm. Các kết quả đo được sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình và hiệu chỉnh các thông số.

3.3. Thiết Bị Chẩn Đoán và Điều Chỉnh MALIN 3000

Thiết bị chẩn đoán MALIN 3000 hỗ trợ đắc lực trong quá trình nghiên cứu và điều chỉnh động cơ. Thiết bị này cho phép đo lường các thông số quan trọng như áp suất buồng đốt, thời điểm phun nhiên liệu và thành phần khí thải. Dựa trên các dữ liệu thu thập được, có thể xác định các vấn đề liên quan đến hệ thống nạp-thải và đưa ra các điều chỉnh phù hợp. MALIN 3000 giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy và nâng cao hiệu suất của động cơ.

IV. Mô Hình Toán Quá Trình Trao Đổi Khí Ảnh Hưởng Sóng

Xây dựng mô hình toán học quá trình trao đổi khí là bước quan trọng để hiểu sâu sắc và tối ưu hóa hệ thống nạp-thải. Mô hình cần xét đến ảnh hưởng của sóng áp suất đến hệ số nạp, từ đó dự đoán và cải thiện hiệu suất động cơ. Mô hình này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với việc thử nghiệm trực tiếp trên động cơ. Việc này là tối cần thiết để thiết kế hệ thống nạp-thải hiệu quả hơn.

4.1. Mô Hình Không Dừng Một Chiều Cho Dòng Khí Nạp Thải

Mô hình không dừng một chiều giúp mô tả dòng khí nạp-thải trong động cơ. Các giả thiết đơn giản hóa giúp tính toán nhanh chóng. Ứng dụng mô hình để tính toán trên động cơ một xi lanh, ví dụ D12. Cần chú ý đến dòng khí trong xi lanh và cửa phân phối khí.

4.2. Mô Hình Dòng Khí Hai Chiều Quá Trình Trao Đổi Khí

Mô hình dòng khí hai chiều mô tả dòng khí chi tiết hơn. Sử dụng phương trình dòng khí không dừng mô tả dòng khí trong động cơ. Áp dụng phương pháp phần tử hạt để giải bài toán khí động. Thuật toán tự động nhận dạng đường biên và cấu trúc chương trình, từ đó nhận dạng biên chính xác hơn.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Thực Nghiệm và Đánh Giá Hiệu Quả

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trò then chốt trong việc đánh giá và xác thực các mô hình lý thuyết. Các thí nghiệm được thực hiện trên động cơ Diesel Sông Công D50 để đo lường các thông số quan trọng như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng khí nạp và thành phần khí thải. Dữ liệu thực nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình và hiệu chỉnh các thông số. Đồng thời, kết quả này cũng giúp xác định hiệu quả của các giải pháp cải thiện hệ thống nạp-thải được đề xuất.

5.1. Kế Hoạch Nghiên Cứu Thực Nghiệm Chi Tiết

Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm được xây dựng chi tiết, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị, tiến hành và phân tích kết quả. Các thí nghiệm được thực hiện theo một quy trình nghiêm ngặt để đảm bảo tính chính xác và tin cậy của dữ liệu. Các thông số quan trọng được đo lường và ghi lại một cách cẩn thận. Việc này bao gồm cả đo lưu lượng khí nạp và thành phần khí thải. Dữ liệu thu thập được sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp cải tiến.

5.2. Phân Tích và Thảo Luận Kết Quả Thực Nghiệm

Kết quả thực nghiệm được phân tích và thảo luận một cách kỹ lưỡng để rút ra các kết luận có ý nghĩa. Các xu hướng và mối quan hệ giữa các thông số được xác định. Các kết quả được so sánh với các nghiên cứu trước đây và các tiêu chuẩn kỹ thuật để đánh giá mức độ cải thiện. Các hạn chế của nghiên cứu cũng được thảo luận để đưa ra các khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo. Đồng thời làm nổi bật các thành tựu đạt được từ nghiên cứu.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Hoàn Thiện Nạp Thải Diesel

Nghiên cứu này đã đóng góp vào việc hoàn thiện hệ thống nạp-thải cho động cơ Diesel, đặc biệt là trong bối cảnh thủy hóa. Các mô hình lý thuyết và kết quả thực nghiệm đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về quá trình trao đổi khí và ảnh hưởng của các thông số thiết kế. Các giải pháp cải thiện hệ thống nạp-thải được đề xuất có tiềm năng nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm nghiên cứu các công nghệ mới, như hệ thống nạp-thải biến thiên và hệ thống kiểm soát khí thải tiên tiến, để tiếp tục cải thiện hiệu suất và bảo vệ môi trường.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Quan Trọng

Nghiên cứu đã đạt được một số kết quả quan trọng, bao gồm xây dựng các mô hình toán học chính xác, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nạp và đề xuất các giải pháp cải thiện hệ thống nạp-thải. Các kết quả này có ý nghĩa thực tiễn trong việc thiết kế và vận hành động cơ Diesel hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Các kết quả mang đến ý nghĩa thực tiễn lớn.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Ứng Dụng Thực Tế

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc áp dụng các công nghệ mới, như trí tuệ nhân tạo và học máy, để tối ưu hóa hệ thống nạp-thải. Đồng thời, cần nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu khí thải độc hại và phát triển các hệ thống nạp-thải phù hợp với các loại nhiên liệu sinh học. Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thiết kế động cơ mới và cải tiến các động cơ hiện có. Mục tiêu cuối cùng là xây dựng các động cơ Diesel hiệu quả, bền vững và thân thiện với môi trường.