Ứng dụng phần mềm Fluent trong mô phỏng cháy động cơ Vikyno RV125 với hệ thống nhiên liệu kép CNG và Diesel

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

1.2. Nhu cầu sử dụng động cơ đốt trong tại Việt Nam

1.3. Tình hình sản xuất, nhu cầu sử dụng động cơ diesel 1 xi lanh tại Việt Nam

1.4. Nhiên liệu thay thế

1.5. Tình hình nghiên cứu sử dụng CNG trên thế giới

1.6. Tình hình nghiên cứu sử dụng CNG tại Việt Nam

1.7. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

1.7.1. Mục tiêu nghiên cứu

1.7.2. Đối tượng nghiên cứu

1.8. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.8.1. Nhiệm vụ của đề tài

1.8.2. Giới hạn của đề tài

1.9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.10. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Lý thuyết ủ dòng chảy rối

2.2. Lý thuyết quá trình cháy nhiên liệu khí

2.2.1. Lý thuyết cháy hỗn hợp không hòa trộn trước

2.2.1.1. Lý thuyết về thành phần hỗn hợp

2.2.1.2. Định nghĩa thành phần hỗn hợp

2.2.1.3. Các phương trình chuyển đổi đối với thành phần hỗn hợp

2.2.1.4. Thành phần hỗn hợp theo hệ số tương đương

2.2.1.5. Mối quan hệ giữa f với thành phần khối lượng chất, khối lượng riêng và nhiệt độ

2.2.1.6. Mô hình tương tác giữa rối và hóa học

2.2.1.7. Mô tả hàm mật độ xác suất

2.2.1.8. Đạo hàm giá trị đại lượng trung bình từ thành phần hỗn hợp

2.2.1.9. Dạng giả định của hàm p(f)

2.2.2. Lý thuyết quá trình cháy hỗn hợp hòa trộn trước

2.2.2.1. Lớn tràn màng lử

2.2.2.2. Tốc độ màng lử rối

2.2.2.3. Tốc độ màng lử chảy tầng

2.2.2.4. Mô hình cháy hỗn hợp hòa trộn trước trong FLUENT

2.2.2.4.1. Tính toán nhiệt độ

2.2.2.4.2. Tính toán khối lượng riêng

2.3. Lý thuyết quá trình cháy hòa trộn trước cục bộ

2.3.1. Tính toán đại lượng

2.3.2. Tốc độ màng lử chảy tầng

2.3.3. Cơ sở dữ liệu tốc độ màng lử chảy tầng

2.3.4. Tổng quát xác định tốc độ cháy chảy tầng bằng thực nghiệm

2.4. Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu kép CNG-Diesel

2.5. Giới thiệu phần mềm FLUENT

2.5.1. Giới thiệu về phần mềm động lực học thủy khí FLUENT 6.2

2.5.2. Giới thiệu về phần mềm GAMBIT 2.4

3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125-2

3.1. Giới thiệu về động cơ Diesel Vikyno RV125-2

3.1.1. Giới thiệu chung

3.1.2. Hệ thống nhiên liệu động cơ Vikyno RV125-2

3.2. Hệ thống nhiên liệu kép CNG-Diesel trên động cơ Vikyno RV125-2

3.2.1. Cấu tạo chung

3.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống CRDI sử dụng nhiên liệu kép

4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU KÉP CNG-DIESEL TRONG ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125-2

4.1. Tính toán mô phỏng quá trình cháy

4.1.1. Thiết lập mô hình trên Gambit 2.4 với các điều kiện biên

4.1.1.1. Kích thước hình học của mô hình

4.1.1.2. Phương pháp hi lưới mô hình

4.1.1.3. Thiết lập mô hình trên GAMBIT

4.1.2. Tính toán mô phỏng với phần mềm FLUENT

4.1.2.1. Cài đặt các thông số mô hình

4.1.2.2. Khởi động tính toán và xử lý kết quả

4.2. Đánh giá quá trình cháy

4.2.1. Diễn biến quá trình cháy

4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố vận hành

4.2.2.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm

4.2.2.2. Ảnh hưởng của độ đậm đặc hỗn hợp

4.2.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến quá trình cháy

4.3. So sánh kết quả mô phỏng với thực nghiệm

4.3.1. Đo công suất của động cơ

4.3.2. So sánh kết quả hồi quy mô phỏng và thực nghiệm

5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1. Hướng phát triển của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về mô phỏng cháy động cơ Vikyno RV125

Mô phỏng cháy động cơ là một lĩnh vực quan trọng trong nghiên cứu và phát triển động cơ đốt trong. Động cơ Vikyno RV125, với hệ thống nhiên liệu kép CNG và Diesel, là một ví dụ điển hình cho việc ứng dụng công nghệ mô phỏng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Phần mềm mô phỏng như Fluent cho phép các nhà nghiên cứu xây dựng các mô hình chính xác để phân tích quá trình cháy. Việc sử dụng CNG như một nguồn nhiên liệu thay thế cho Diesel không chỉ giúp giảm khí thải mà còn tiết kiệm chi phí nhiên liệu. Theo nghiên cứu, việc chuyển đổi sang hệ thống nhiên liệu kép có thể cải thiện hiệu suất động cơ lên đến 15% so với sử dụng nhiên liệu truyền thống.

1.1. Tầm quan trọng của mô phỏng cháy

Mô phỏng cháy động cơ là một công cụ mạnh mẽ trong việc nghiên cứu và phát triển động cơ. Nó cho phép các kỹ sư và nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về các quá trình diễn ra trong buồng cháy, từ đó tối ưu hóa thiết kế và hiệu suất động cơ. Công nghệ mô phỏng giúp giảm thiểu thời gian và chi phí thử nghiệm thực tế, đồng thời cung cấp những dữ liệu chính xác về các thông số hoạt động của động cơ. Việc sử dụng phần mềm Fluent trong mô phỏng cháy cho phép phân tích chi tiết các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và nồng độ khí thải trong quá trình hoạt động của động cơ. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp ô tô.

II. Hệ thống nhiên liệu kép CNG và Diesel

Hệ thống nhiên liệu kép CNG và Diesel trên động cơ Vikyno RV125 là một giải pháp tiên tiến nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm. Hệ thống này cho phép động cơ hoạt động linh hoạt với hai loại nhiên liệu, từ đó tận dụng được ưu điểm của cả hai. Nhiên liệu CNG được đánh giá cao về tính sạch và khả năng tiết kiệm, trong khi Diesel vẫn giữ vai trò quan trọng trong việc cung cấp công suất lớn. Việc kết hợp này không chỉ giúp giảm thiểu khí thải mà còn cải thiện hiệu suất động cơ. Theo nghiên cứu, việc sử dụng nhiên liệu kép có thể giảm lượng khí thải CO2 lên đến 30% so với việc sử dụng nhiên liệu Diesel đơn thuần.

2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu kép

Hệ thống nhiên liệu kép hoạt động dựa trên nguyên lý phối trộn giữa CNG và Diesel trong quá trình cháy. Khi động cơ khởi động, nhiên liệu Diesel sẽ được phun vào buồng cháy để tạo ra nhiệt độ cần thiết cho việc đốt cháy CNG. Sau khi động cơ đạt đến nhiệt độ hoạt động, CNG sẽ được sử dụng chủ yếu, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm nhiên liệu. Hệ thống điều khiển điện tử CRDI (Common Rail Diesel Injection) cho phép điều chỉnh tỷ lệ giữa hai loại nhiên liệu, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu khí thải. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Fluent giúp phân tích và tối ưu hóa quá trình này, đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả nhất.

III. Ứng dụng phần mềm Fluent trong mô phỏng

Phần mềm Fluent là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng quá trình cháy động cơ. Nó cho phép xây dựng các mô hình 3D chi tiết về buồng cháy và các quá trình diễn ra trong đó. Việc sử dụng Fluent giúp các nhà nghiên cứu có thể dự đoán được các thông số như nhiệt độ, áp suất và nồng độ khí thải trong quá trình hoạt động của động cơ. Kết quả mô phỏng có thể được so sánh với các kết quả thực nghiệm để xác nhận tính chính xác và hiệu quả của mô hình. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa thiết kế động cơ mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp ô tô.

3.1. Quy trình mô phỏng trong Fluent

Quy trình mô phỏng trong Fluent bao gồm các bước như thiết lập mô hình, định nghĩa các điều kiện biên và khởi động quá trình tính toán. Đầu tiên, mô hình 3D của động cơ Vikyno RV125 được xây dựng trên phần mềm GAMBIT, sau đó được chuyển sang Fluent để thực hiện mô phỏng. Các thông số như áp suất, nhiệt độ và nồng độ khí thải được thiết lập dựa trên các điều kiện thực tế. Sau khi khởi động tính toán, kết quả sẽ được phân tích để đánh giá hiệu suất động cơ. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí thử nghiệm thực tế.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng hệ thống nhiên liệu kép CNG và Diesel trên động cơ Vikyno RV125 mang lại nhiều lợi ích. Hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể, đồng thời lượng khí thải cũng giảm đi rõ rệt. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc chuyển đổi sang nhiên liệu kép có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho người sử dụng. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn, góp phần vào việc phát triển các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp ô tô.

4.1. Tính khả thi và triển vọng ứng dụng

Tính khả thi của việc áp dụng hệ thống nhiên liệu kép CNG và Diesel trên động cơ Vikyno RV125 đã được chứng minh qua các kết quả mô phỏng và thực nghiệm. Việc sử dụng CNG không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí cho người sử dụng. Triển vọng ứng dụng của công nghệ này rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh hiện nay khi mà nhu cầu về năng lượng sạch ngày càng tăng cao. Các nhà sản xuất động cơ có thể áp dụng công nghệ này để phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường hơn, đáp ứng nhu cầu của thị trường.

Mô phỏng quá trình cháy động cơ Vikyno RV125 bằng phần mềm Fluent và hệ thống nhiên liệu kép CNG-Diesel