Nghiên cứu hỗn hợp động cơ diesel 3 xylanh phun gián tiếp với buồng cháy three vortex sử dụng biodiesel

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

4.7. Xây dựng mô hình hình học buồng cháy TVC

4.8. Chia lưới mô hình

4.9. Cài đặt thông số đầu vào cho bài toán

4.10. Mô phỏng động học quá trình hòa trộn nhiên liệu biodiesel

4.11. Xử lý và đánh giá kết quả đạt được từ mô phỏng

4.12. Nhiệt phận bố trong buồng cháy xoáy lốc

4.13. Vận tốc không khí phân bố trong buồng cháy xoáy lốc

4.14. Tỉ số mass fraction phân bố trong buồng cháy xoáy lốc

4.15. 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

5.3. Các cấu trúc được xét đến

5.4. Thiết lập thông số và tiêu chí mô phỏng

5.5. So sánh và đánh giá kết quả đạt được trước và sau cải tiến

5.5.1. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động xoáy lốc trong buồng cháy

5.5.2. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động của nhiên liệu trong buồng cháy

5.5.3. Tỉ số mass fraction giữa không khí và nhiên liệu trong buồng cháy

5.5.4. Nhiệt độ không khí trong buồng cháy

5.5.5. Độ xuyên thấu của tia phun nhiên liệu

5.5.6. 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. Giới thiệu tổng quan về động cơ diesel 3 xylanh

Động cơ diesel 3 xylanh là một trong những loại động cơ phổ biến trong ngành công nghiệp cơ khí động lực. Với cấu trúc 3 xylanh, động cơ này có khả năng cung cấp công suất từ 20 đến 50HP, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong nông nghiệp. Việc sử dụng biodiesel làm nhiên liệu cho động cơ diesel không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững. Nghiên cứu cho thấy rằng động cơ diesel 3 xylanh có thể hoạt động hiệu quả với nhiên liệu sinh học nhờ vào khả năng hòa trộn tốt giữa nhiên liệu và không khí trong buồng cháy. Điều này mở ra cơ hội cho việc cải tiến công nghệ động cơ, giúp nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải.

1.1. Tình hình nghiên cứu động cơ diesel 3 xylanh

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải tiến hiệu suất của động cơ diesel 3 xylanh. Các nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu và cải tiến thiết kế buồng cháy. Việc áp dụng công nghệ three vortex combustion (TVC) đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu khí thải. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng việc cải tiến buồng cháy có thể làm tăng khả năng hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc phát triển động cơ thân thiện với môi trường.

II. Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp cháy

Quá trình hình thành hỗn hợp cháy trong động cơ diesel 3 xylanh sử dụng biodiesel là một yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất và mức độ ô nhiễm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phân rã của tia phun nhiên liệu và sự tương tác giữa tia phun với không khí trong buồng cháy có ảnh hưởng lớn đến quá trình này. Việc áp dụng công nghệ phun gián tiếp giúp cải thiện khả năng phân tán của nhiên liệu, từ đó tạo ra hỗn hợp cháy đồng nhất hơn. Các mô phỏng 3D cho thấy rằng buồng cháy three vortex có khả năng tạo ra các xoáy lốc, giúp tăng cường sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí, từ đó nâng cao hiệu suất cháy. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu khí thải mà còn tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu tái tạo.

2.1. Phân tích đặc tính của biodiesel

Biodiesel, được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tái tạo như dầu thực vật và mỡ động vật, có nhiều ưu điểm so với diesel truyền thống. Đặc tính hóa học của biodiesel cho phép nó hòa trộn tốt với không khí trong buồng cháy, giúp cải thiện quá trình cháy. Nghiên cứu cho thấy rằng biodiesel có chỉ số cetan cao hơn, giúp tăng cường khả năng khởi động và giảm thiểu hiện tượng kích nổ. Việc sử dụng biodiesel không chỉ giúp giảm lượng khí thải CO2 mà còn giảm thiểu các khí độc hại khác như NOx và PM. Điều này làm cho biodiesel trở thành một lựa chọn lý tưởng cho động cơ diesel, đặc biệt là trong bối cảnh hiện nay khi mà vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng.

III. Cải tiến buồng cháy và mô phỏng

Cải tiến buồng cháy là một trong những yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu suất của động cơ diesel 3 xylanh. Việc áp dụng công nghệ three vortex combustion đã cho thấy khả năng tạo ra các xoáy lốc trong buồng cháy, giúp tăng cường sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí. Mô phỏng động học bằng phần mềm Ansys Fluent đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa thiết kế buồng cháy có thể làm tăng hiệu suất cháy lên đáng kể. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy được cải thiện, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc phát triển công nghệ động cơ mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc sản xuất động cơ thân thiện với môi trường.

3.1. Kết quả mô phỏng và đánh giá

Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng việc cải tiến buồng cháy có thể làm tăng đáng kể hiệu suất hòa trộn của không khí với nhiên liệu biodiesel. Các thông số như nhiệt độ, áp suất và tỉ số mass fraction trong buồng cháy đều được cải thiện. Việc so sánh giữa động cơ nguyên thủy và động cơ đã được cải tiến cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu suất hoạt động. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng công nghệ mới không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu khí thải, góp phần vào việc phát triển bền vững trong ngành công nghiệp cơ khí động lực.

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