Luận án Nghiên cứu quá trình cháy và phát thải ô nhiễm động cơ hybrid biogas-xăng
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Từ những thập niên cuối thế kỷ 20 cuộc sống của loài người trên quả đất bị
đảo lộn do khí hậu thay đổi thất thường. Nắng nóng, khô hạn diễn ra ở nhiều nơi ảnh
hưởng nặng nề đến canh tác nông nghiệp và cuộc sống. Ngược lại nhiều nơi khác
trên trái đất trải qua mùa đông cực lạnh, bão tuyết kéo dài. Những hiện tượng thất
thường của thời tiết đã được các nhà khoa học dự báo từ lâu và trong thực tế nó đã
diễn ra sớm hơn dự kiến.
Nước ta là 1 trong 5 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí
hậu và nước biển dâng. Dân chúng vùng nam Trung Bộ, Tây Nguyên những năm gần
đây phải vật lộn với nạn khô hạn, thiếu nước sinh hoạt và sản xuất, nhiều vùng đất đã
bị nhiễm mặn nghiêm trọng Khu vực Tây Nam bộ, vựa lúa của cả nước, bị sụt lún,
nước biển xâm thực, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất và đời sống của người
dân. Những gì đang diễn ra cho thấy tác động của biến đổi khí hậu nghiêm trọng hơn
nhiều những gì người ta có thể nghĩ.
Thời kỳ qua, do quá tập trung phát triển kinh tế mà người ta phớt lờ cảnh báo
của các nhà khoa học về ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu toàn cầu. Hơn 20
năm trước, thế giới đã đạt được thỏa thuận Kyoto, cùng nhau cắt giảm phát thải các
chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên một số nước công nghiệp phát triển chiếm
phần lớn lượng phát thải CO2 lại không thực hiện cam kết. Mãi đến năm 2015, Hội
nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu toàn cầu COP21 tại Paris, các nguyên thủ quốc
gia mới đạt được thỏa thuận nguyên tắc về hạn chế mức tăng nhiệt độ khí quyển cuối
thế kỷ 21 không quá 2C so với thời kỳ tiền công nghiệp.
Việt Nam là một trong những quốc gia cam kết thực hiện thỏa thuận nguyên
tắc COP21. Là một nước đang phát triển, mức độ phát thải ô nhiễm do hoạt động
công nghiệp nước ta chưa nhiều so với các nước phát triển. Mật độ phương tiện giao
thông cơ giới của nước ta tuy không cao như các nước phát triển nhưng phần lớn là
xe gắn máy, ô tô thế hệ cũ có mức độ phát thải cao. Do đó chúng ta cần có những
cách tiếp cận giảm phát thải ô nhiễm và phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính phù7
hợp hơn với thực tế của nước ta.
Hiện nay việc sản xuất điện ở nước ta đã có những bước chuyển mạnh sang sử
dụng năng lượng tái tạo. Mức phát thải CO2 trong lĩnh vực này có thể được cắt giảm
theo lộ trình đã cam kết. Đối với phương tiện giao thông, mức phát thải ô nhiễm ở
nước ta hiện nay còn cao hơn nhiều so với các nước phát triển. Thế giới ngày nay
thực hiện cắt giảm phát thải CO2 của phương tiện cơ giới theo hai hướng chính: (1)
sử dụng năng lượng điện (accu và pin nhiên liệu hydrogen) và (2) sử dụng nhiên liệu
tái tạo cho động cơ đốt trong. Nhiều nước phát triển đã đặt lộ trình đưa mức phát thải
CO2 của phương tiện giao thông tại nơi sử dụng về 0 vào năm 2040.
Sử dụng phương tiện giao thông chạy điện sẽ làm thay đổi hoàn toàn công
nghệ, hạ tầng phụ vụ và thói quen người sử dụng. Điều này khó có thể diễn ra trong
ngắn hạn đến trung hạn. Việc sử dụng năng lượng tái tạo trên phương tiện giao thông
chạy bằng động cơ đốt trong trước mắt là giải pháp khả thi cả về mặt công nghệ lẫn
hiệu quả kinh tế.
Các nguồn nhiên liệu tái tạo tuy đa dạng nhưng nguồn cung cấp hạn chế. Mặt
khác, nhiên liệu tái tạo có những đặc trưng lý hóa khác biệt nhiều so với nhiên liệu
hóa thạch nên việc cung cấp, lưu trữ chúng trên phương tiện giao thông là những
thách thức lớn. Do vậy, phối hợp sử dụng nhiên liệu tái tạo và nhiên liệu hóa thạch là
giải pháp khả thi để giảm dần mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch. Có hai hướng phối
hợp sử dụng các loại nhiên liệu: (1) hòa trộn các nhiên liệu với tỉ lệ nhất định trước
khi cung cấp cho động cơ (ví dụ như xăng sinh học E5), (2) cung cấp nhiên liệu riêng
rẽ với thành phần hỗn hợp nhiên liệu thay đổi linh hoạt (nhiên liệu hybrid). Trong
khuôn khổ luận án này, nhiên liệu hybrid biogas-xăng được nghiên cứu sử dụng trên
động cơ ô tô. Với phương thức nhiên liệu hybrid, động cơ có thể chạy hoàn toàn bằng
xăng, hoàn toàn bằng biogas hay bằng hỗn hợp biogas-xăng với thành phần thay đổi
linh hoạt.
Biogas là nhiên liệu tái tạo dồi dào ở những quốc gia vùng nhiệt đới. Sử dụng
biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong không làm tăng nồng độ CO2 trong bầu
khí quyển. Biogas có chứa tạp chất khí trơ CO2 nên nhiệt trị của nhiên liệu thấp, tốc8
độ cháy cũng thấp hơn nhiều so với các loại nhiên liệu truyền thống. Những tính chất
này ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ biogas và làm ảnh hưởng đến chất lượng quá
trình cháy, nhất là đối với động cơ của phương tiện vận tải với chế độ công tác thay
đổi thường xuyên. Tuy nhiên chỉ số octane của biogas cao nên nó có tính chống kích
nổ tốt. Việc sử dụng kết hợp biogas và xăng theo phương án nhiên liệu hybrid giúp
khắc phục những hạn chế của biogas, phát huy ưu điểm của nó, góp phần phát triển
ứng dụng nhiên liệu tái tạo trên động cơ đốt trong nói chung và động cơ đốt trong của
phương tiện giao thông nói riêng. Vì vậy, luận án: “Nghiên cứu quá trình cháy và
phát thải ô nhiễm động cơ hybrid biogas-xăng” có ý nghĩa rất thiết thực.
Luận án này thực hiện các nghiên cứu nền tảng ban đầu cho việc ứng dụng
nhiên liệu hybrid biogas-xăng trên động cơ ô tô kiểu phun xăng điện tử. Nội dung
luận án tập trung xử lý 3 vấn đề chính: (1) mô phỏng quá trình nạp và quá trình cháy
động cơ sử dụng nhiên liệu hybrid biogas-xăng, (2) giải pháp cung cấp nhiên liệu
hybrid biogas-xăng cho động cơ phun xăng điện tử, (3) thử nghiệm tính năng và mức
độ phát thải ô nhiễm của động cơ ô tô chạy bằng nhiên liệu hybrid biogas-xăng để
đánh giá kết quả mô phỏng.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu quá trình cháy và phát thải ô nhiễm động cơ hybrid biogas-xăng
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là luận án nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Đà Nẵng, tháng 11 năm 2021 Nghiên cứu sinh Võ Anh Vũ ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................i MỤC LỤC ................................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................................. v DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... x DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT...................................................................xi MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 6 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ..................................................................... 6 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 8 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 8 4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 10 5. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 10 6. Đóng góp mới của luận án .................................................................................... 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................ 11 1.1. Sự cần thiết của việc sử dụng năng lượng tái tạo [1] ...................................... 11 1.2. Nhiên liệu sinh học [66] ...................................................................................... 15 1.2.1. Các thế hệ nhiên liệu sinh học ................................................................ 15 1.2.2. Biogas ..................................................................................................... 16 1.3. Động cơ biogas [1] .............................................................................................. 23 1.3.1. Động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức được cải tạo từ động cơ xăng ...... 23 1.3.2. Động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức được cải tạo từ động cơ diesel ..... 25 1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng động cơ biogas thế giới và Việt Nam ......... 28 1.4.1. Các công trình nghiên cứu ứng dụng động cơ biogas trên thế giới ....... 28 1.4.2. Các công trình nghiên cứu phát triển động cơ biogas ở Việt Nam ....... 31 1.5. Kết luận ............................................................................................................... 36 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ............................................................ 31 2.1. Hệ phương trình cơ bản ..................................................................................... 31 2.1.1. Các phương trình tổng quát .................................................................... 31 2.1.2. Phân tích Reynolds ................................................................................. 31 2.1.3. Trung bình kiểu Favre ............................................................................ 32 2.1.4. Khép kín của hệ phương trình ................................................................ 33 2.2. Mô hình cháy không đồng nhất ........................................................................ 36 iii 2.2.1. Các mô hình cháy không đồng nhất ....................................................... 36 2.2.2. Mô hình cháy không đồng nhất thông qua đại lượng bảo toàn .............. 38 2.3. Mô hình cháy hỗn hợp đồng nhất ..................................................................... 42 2.3.1. Thiết lập hệ phương trình cháy .............................................................. 42 2.3.2. Lan tràn màng lửa ................................................................................... 47 2.4. Mô hình cháy đồng nhất cục bộ ........................................................................ 51 2.5. Kết luận ............................................................................................................... 53 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CẤP NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HYBRID BIOGAS/XĂNG......................................................................................................... 54 3.1. Mục tiêu, đối tượng mô phỏng .......................................................................... 54 3.2. Mô hình hình học của động cơ và điều kiện biên mô phỏng .......................... 56 3.3. Kết quả mô phỏng quá trình cung cấp nhiên liệu hybrid biogas-xăng ......... 59 3.4. Mô phỏng quá trình cháy và phát thải ô nhiễm động cơ DA465QE Towner sử dụng nhiên liệu hybrid biogas-xăng ................................................................... 67 3.4.1. Ảnh hưởng của hệ số tương đương ........................................................ 67 3.4.2. So sánh tính năng động cơ khi chạy bằng biogas/xăng .......................... 72 3.4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xăng bổ sung vào biogas ............................ 75 3.4.4. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ .............................................................. 81 3.4.5. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm .......................................................... 83 3.5. Hài hòa giữa Wi và NOx ..................................................................................... 88 3.6. Kết luận ............................................................................................................... 90 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HYBRID BIOGAS-XĂNG92 4.1. Mục đích và giới hạn nghiên cứu thực nghiệm ............................................... 92 4.2. Đặc điểm hệ thống nhiên liệu của động cơ DA465QE .................................... 92 4.3. Thiết kế hệ thống cung cấp hybrid biogas-xăng .............................................. 94 4.3.1. Nguyên lý cấp ga liên tục và gián đoạn ................................................. 94 4.3.2. Hệ thống cung cấp biogas cho động cơ DA465QE ................................ 96 4.4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu hybrid biogas-xăng cho động cơ DA465QE .. 98 4.5. Kết cấu tổ hợp van chân không cung cấp biogas ............................................ 99 4.6. Giới thiệu hệ thống thực nghiệm ...................................................................... 99 4.6.1. Tổng quan về băng thử công suất động cơ ............................................. 99 iv 4.6.2. Băng thử công suất APA 204/08 .......................................................... 100 4.6.3. Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733S ......................................... 101 4.6.4. Thiết bị AVL 553 ................................................................................. 101 4.6.5. Thiết bị đo lưu lượng khí nạp ............................................................... 102 4.6.6. Máy tính điều khiển .............................................................................. 103 4.6.7. Thiết bị phân tích khí thải MGT 5 ........................................................ 103 4.7. Nghiên cứu thực nghiệm động cơ chạy nhiên liệu hybrid biogas-xăng ...... 104 4.7.1. Bố trí hệ thống thí nghiệm .................................................................... 104 4.7.2. Chuẩn bị nhiên liệu ............................................................................... 105 4.7.3. Lắp đặt động cơ thí nghiệm lên băng thử công suất ............................ 107 4.7.4. Chế độ thí nghiệm ................................................................................ 108 4.8. Kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả mô phỏng ............................... 109 4.8.1. So sánh tính năng động cơ .................................................................... 109 4.8.2. So sánh phát thải các chất ô nhiễm cho bởi mô phỏng và thực nghiệm ........................................................................................................................ 115 4.9. Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng động cơ hybrid .................. 119 4.10. Kết luận ........................................................................................................... 120 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................. 122 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC .......................................................... 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 127 PHỤ LỤC ......................................................................................................................i v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Các nguồn năng lượng ................................................................................ 11 Hình 1.2: Khoảng cách tương đối giữa Trái Đất và các hành tinh khác (a) và bức xạ Mặt Trời ở Việt Nam (b) ............................................................................................. 12 Hình 1.3: Chu trình carbon trên Trái Đất .................................................................... 14 Hình 1.4: Chu trình carbon khi sử dụng biogas làm nhiên liệu .................................. 17 Hình 1.5: Động học quá trình sản sinh biogas [1] ....................................................... 17 Hình 1.6: Khả năng sinh khí biogas của một số nguyên liệu [1] ................................ 18 Hình 1.7: Yêu cầu lọc tạp chất trong biogas với các giải pháp sản xuất điện khác nhau [1] ........................................................................................................................ 20 Hình 1.8: Bộ phụ kiện cung cấp biogas cho động cơ đánh lửa cưỡng bức ................. 32 Hình 1.9: Bộ phụ kiện cung cấp biogas cho động cơ dual fuel biogas-diesel ............ 32 ..................................................................................................................................... 42 Hình 2.1: Quan hệ giữa nồng độ, nhiệt độ và khối lượng riêng theo tỉ hệ hỗn hợp.... 42 Hình 2.2: Sơ đồ lan tràn màng lửa theo mô hình hai khu vực .................................... 44 Hình 3.1: Các mặt cắt khảo sát trên đường nạp .......................................................... 56 Hình 3.2: Chia lưới không gian tính toán và đặc trưng của các phần tử ..................... 57 Hình 3.3: Ảnh chụp màn hình diễn biến các thông số trong xi lanh động cơ ............. 58 Hình 3.4: Biến thiên đường đồn ... ống đo tiêu hao nhiên liệu 5. Vận hành hệ thống điều hòa nhiệt độ nước làm mát cấp cho động cơ 6. Vận hành hệ thống điều hòa nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ (554) 7. Vận hành hệ thống đo bồ hóng, khí xả động cơ 8. Kiểm tra động cơ và nối kết điện acqui cho hệ thống điều khiển động cơ 9. Chuẩn bị công tác PCCC và an toàn 10. Vận hành PUMA Bước 3: Kích hoạt chế độ bằng tay Hình PL.1: Bảng điều khiển Emcon 300 ii Hình PL.2: Các núm phim trên Emcon Bước 4: Khởi động động cơ Hình PL-3: Các num xoay trên Pano Bước 5: Chọn bài thí nghiệm Hình PL-4: Giao diện Stationary Step: Demand Values iii Bước 6: Ghi và lưu kết quả đo Hình PL-5: Giao diện Stationary Step; Measurement Bước 7: Kết thúc PHỤ LỤC 2. BIẾN ĐỔI ( )2, '' ,f f a fa → ĐỐI VỚI HÀM MẬT ĐỘ XÁC XUẤT ĐA THỨC BẬC 2 Giá trị trung tâm fa và bề rộng a của hàm mật độ xác xuất được xác định từ giá trị trung bình và độ thăng giáng của f nhờ hai phương trình sau đây: 1~ 0 1~ ~ '' 2 2 2 0 f f .P( f ).df f f .P( f ).df f = = − (PL.1) Hàm P(f) được xác định bởi biểu thức (2.46) và đa thức ( )f được định nghĩa bởi biểu thức (2.47) Chúng ta đặt: Π−(𝑓) = Π(𝑓) 𝑛ế𝑢 𝑓 < 𝑓𝑎 (PL.2) Π−(𝑓) = Π(𝑓) 𝑛ế𝑢 𝑓 < 𝑓𝑎 (PL.3) Khi đó những biểu thức sau đây iv 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 1 1 2 2 1 3 1 ( ) . ( ) . ( ) . ( ) . ( ). ( ). f f f f f f f f f f f f Y f f df Z f f df Y f f df Z f f df Y f df Z f df − − + + − + = = = = = = (PL.4) Có thể viết dưới dạng tổng quát: 2 1 ( , , ). ( , , )a a f Y l a f f m a f f f = (PL.5) Đạo hàm riêng của biểu thức (PL.5) được cho bởi: 1 1 2 2 ( , , ) ( , , ) ( , , ). ( , , ).a aa a f fm a f f l a f fY l a f f m a f f f fa a a = + (PL.6) 1 1 2 2 ( , , ) ( , , ) ( , , ). ( , , ).a aa a a a a f fm a f f l a f fY l a f f m a f f f ff f f = + (PL.7) Trong đó f1 và f2 là các cận của tích phân. Các đại lượng này cũng là những hàm số của a và fa. Trong trường hợp đa thức bậc 2 (n=2), các biểu thức (PL.4) được viết cụ thể như sau: 2 22 2 2 1 3 1 2 22 2 2 2 3 1 22 2 2 3 3 1 3 22 2 2 1 3 3 1 1 1 2 2 . . . 2 2 4 2 3 3 3 1 1 1 2 2 . . . 2 2 4 2 3 3 3 1 . 2 . . 2 3 3 1 1 1 1 2 1 . . . 2 3 5 3 2 3 2 a a a a a a a a a a a a ff Y a f f a f a f f f fa ff Y a f f a f a f f f fa ff Y a f f a f a f f f fa ff Z a f f a f a f f f a = + + + − − = + + − + − = + + + − − = + + + − − 1 3 22 2 2 2 3 1 22 2 2 3 3 1 3 1 1 1 1 2 1 . . . 2 3 5 3 2 3 2 3 1 . 2 . . 2 3 a a a a a a f ff Z a f f a f a f f f fa ff Z a f f a f a f f f fa = + + − + − = + + − + − (PL.8) v Hệ phương trình (PL.1) là tổ hợp của các đại lượng Yi và Zi do đó có thể giải bằng phương pháp số Newton. PHỤ LỤC 3. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CẤP NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HYBRID BIOGAS-XĂNG 1. Tạo project trong Ansys Fluent Khởi động chương trình ANSYS bằng cách kích chọn biểu tượng Workbench 16.0. Xuất hiện cửa sổ làm việc như hình PL-1, PL-2. PL-1: Project trong Ansys fluent PL-2: Lưu Project 2. Thiết lập mô hình chia lưới trên Workbench Lưu file chia lưới: Towner.msh PL-3: Chia lưới mô hình PL-4: Lưu kết quả mô hình chia lưới vi 3. Tính toán mô phỏng quá nạp với phần mền FLUENT Bước 2. Thiết lập tổng quát a)Thiết lập chế độ tính toán và đơn vị PL-5: Khởi động phần mềm Fluent PL-6: Đọc file Towner.msh PL-7: Thiết lập thang đo PL-8: Kiểm tra chương trình PL-9: chọn các đặc trưng cơ bản của Solver b)Thiết lập các mặt cắt (Plane) -Trong giao diện General, chọn thẻ Display -Xuất hiện cửa sổ Mesh Display vii PL-10: Chọn cửa sổ new surface PL-11: Xuất hiện hình mình mặt cắt c)Lựa chọn mô hình chảy rối - Model → Viscous – Laminar → k-epsilon (2 eqn) (PL-12) - Xuất hiện cửa sổ Viscous Model - Giữ nguyên các giá trị mặc định khác của mô hình - OK. PL-12: Chọn mô hình chảy rối k- d)Lựa chọn vật liệu Vật liệu có thể là lưu chất đơn hay hỗn hợp các lưu chất. Nếu vật liệu có sẵn trong database của FLUENT thì ta có thể chọn, không cần định nghĩa. viii Nếu vật liệu không có sẵn trong database của FLUENT (như biogas), ta phải định nghĩa. - Tiến hành lập bảng PDF oTrong khung làm việc Models, chọn Species – Off oChọn Partially Premixed Combustion oXuất hiện cửa sổ Species Model (Hình PL-13) oChọn thẻ Boundary oNhập “co2” vào mục Boundary Species (PL-14) oAdd oTrong mục Specify species in, chọn Mole fraction oTrong cột Fuel, nhập “0.7” vào ô ch4; “0.3” vào ô co2 (Hình PL-15) oChọn thẻ Table PL-13: Chọn cửa sổ Species Model PL-14: Chọn Partially Premixed Combustion oBấm nút Calulate PDF Table (PL-15) oSau khi tạo ra bảng PDF, chọn Diplay PDF Table để xem các đồ thị (PL-15). ix oTrong cửa sổ Species Model; chọn OK để kết thúc việc tạo bảng PL-15: Nhập giá trị nhiên liệu Bước 3. Xác lập điều kiện biên a) Điều kiện biên không khí vào - Boundary → input_in → pressure_inlet (PL-16) - Bấm chuột trái vào thẻ Momentum (PL-17) - Cho giá trị áp suất dư đầu không khí vào Gauge Total Pressure (ở đây lấy giá trị 0 Pascal) - Bấm chuột trái vào thẻ Species (PL-18) - Chọn Specify Species Mole Fractions - Điền thành phần các chất trong không khí đầu vào ở cửa sổ Species Mole Fractions (ở đây chọn không khí có 0.79N2 và 0.21O2). - Bấm chuột trái vào OK để đóng cửa sổ Pressure Inlet x PL-16: Chọn thẻ điều kiện biên và chọn pressure_inlet PL-17: Chọn giá trị áp suất dư đầu không khí vào Gauge Total Pressure (ở đây lấy giá trị 0 Pascal) xi PL-18: Chọn giá trị thành phần các chất trong không khí đầu vào ở cửa sổ Species Mole Fractions (ở đây chọn không khí có 0.79N2 và 0.21O2). b)Điều kiện biên nhiên liệu vào - Boundary → bio_in → pressure_inlet (PL-19) - Bấm chuột trái vào thẻ Momentum (PL-20) - Cho giá trị áp suất dư nhiên liệu vào Gauge Total Pressure (ở đây lấy giá trị 50 Pascal) - Bấm chuột trái vào thẻ Species (PL-21) - Chọn Specify Species Mole Fractions - Điền thành phần các chất trong nhiên liệu đầu vào ở cửa sổ Species Mole Fractions (ở đây chọn nhiên liệu có 0.7CH4 và 0.3CO2). - Bấm chuột trái vào OK để đóng cửa sổ Pressure Inlet xii PL-19: Chọn mô hình pressure-inlet trong thẻ bio-in PL-20: Chọn giá trị áp suất dư nhiên liệu vào Gauge Total Pressure (ở đây lấy giá trị 10000 Pascal PL-21: Chọn giá trị thành phần các chất trong nhiên liệu đầu vào ở cửa sổ Species Mole Fractions (ở đây chọn nhiên liệu có 0.6CH4 và 0.4CO2) Bước 4. Chuẩn bị giải hệ phương trình a)Cài đặt tiêu chuẩn hội tụ - Monitors → Residual – Print, Plot (PL-22) - Giữ nguyên các giá trị mặc định và tùy chọn mặc định - Print, Plot ở Option thể hiện kết quả trong quá trình tính (in kết quả và vẽ đồ thị). xiii - Thay đổi các tiêu chuẩn hội tụ (Criteria). Tiêu chuẩn hội tụ mặc định là 10−3. PL-22: Giá trị chọn và giá trị mặt định thể hiện kết quả trong quá trình tính (in kết quả và vẽ đồ thị). b)Cài đặt điều kiện ban đầu - Chọn Solution Initialization (PL-23) - Chọn Standard Initialization - Bấm chuột trái vào nút Initialize PL-23: Chọn Intialize trong Solution Initialization xiv Bước 5. Giải hệ phương trình - Chọn Run Calculation (PL-24) - Chọn Number of Iterations: “300” (bước tính) - Chọn Reporting Interval: “5” (cứ 5 bước tính thì in 1 lần kết quả). - FLUENT sẽ giải hệ phương trình, hiển thị kết quả tính và vẽ đồ thị biến thiên của Residuals theo các bước tính (PL-25) - Khi hội tụ hoặc tiến hành xong 300 bước tính, chương trình dừng. - Nếu quá 300 bước tính mà chương trình chưa hội tụ thì ta bấm vào Calculate để tính tiếp. PL-24: Hiển thị các giá trị trong Run Calculation xv PL-25: Chạy chương trình tính toán Bước 6. Xuất kết quả PL-26: Chọn kết quả hiện thị pressure trong Graphics and Animations xvi 4. Tính toán mô phỏng quá trình cháy với phần mền FLUENT Bước 1. Xác định mô hình lưới động Define → Dynamic Mesh → Parameters Bấm chuột trái vào Dynamic Mesh. Chọn Models: − Dynamic Mesh (PL-27) − In-Cylinder (PL-31) Chọn Mesh Methods: − Smoothing (PL-28) − Layering (PL-29) − Remeshing (PL-30) PL-27: Chọn mô hình lưới động Dynamic Mesh PL-28: Thiết lập mô hình lưới động cho thẻ Smoothing PL-29: Thiết lập mô hình lưới động cho thẻ Layering xvii PL-30: Thiết lập mô hình lưới động cho thẻ Remeshing PL-31: Thiết lập mô hình lưới động cho thẻ In-Cylinder Bước 7. Xác định khu vực lưới biến dạng và biên di động PL-32: Xác lập các thông số cho khu vực xi lanh xviii PL-33: Xác lập lưới biến dạng cho xi lanh PL-34: Hiển thị lưới của không gian tính toán xix Bước 8. Kích hoạt phương trình năng lượng PL-35: Chọn phương trình năng lượng Bước 9. Chọn mô hình độ nhớt rối Bước 10. Chọn thông sô liên quan đến vị trí đánh lửu Chọn menu Define -> Model ->Species ->Spark Ignition, trong cửa sổ Spark Ignition Model chọn Fixed Spark Size. Tiếp tục thiết lập các thông số trong Spark Ignition Model như sau: năng lượng đánh lửa trong trường hợp này là 143J, vị trí đánh lửa ở tọa độ (0,90,0), bắt đầu đánh lửa tại = (20 độ trước điểm chết trên). PL-36: Chọn các thông số đánh lửa xx Bước 11. Xác định mặt phẳng để biểu diễn kết quả PL-37: Lập mặt phẳng biểu diễn kết quả pressure PL-38: Lập mặt phẳng biểu diễn kết quả nồng độ CH4 PL-39: Lập mặt phẳng biểu diễn kết quả nhiệt độ PL-40: Lập mặt phẳng biểu diễn kết quả nhiệt độ xxi PHỤ LỤC 4: TỔ HỢP VAN CHÂN KHÔNG ĐỂ CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ CÓ CÔNG SUẤT 30 KW PL-1: Modun van chân không cung cấp biogas cho động cơ công suất 15kW PL -3: Lắp song song 2 tổ hợp của van tổ hợp chân không cung cấp biogas cho động cơ công suất 30kW xxii PL -4: Tổ hợp van chân không cung cấp biogas cho động cơ DA465QE chạy bằng nhiên liệu hybrid biogas-xăng PL -5: Lắp đặt tổ hợp van chân không lên động cơ động cơ DA465QE chạy bằng nhiên liệu hybrid biogas-xăng xxiii PL -6: Tổ hợp van chân không cung cấp biogas cho động cơ 5kW 1 - Lò xo hồi vị; 2 - Màng su trên; 3 - Cần nối; 4 - Vỏ ngoài; 5 - Vòng đệm; 6 - Màng su trên; 7 - Đầu ra công suất; 8 - Van cấp biogas chính; 9 – Đầu làm đậm; 10 – Van công suất; 11- Đầu ra không tải. 9 8 11 6 7 4 5 10 3 1 2 xxiv PHỤ LỤC 5: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC HIỆN LUẬN ÁN PL-1: Chia lưới không gian tính toán PL-2: Màn hình kết quả trong một trường hợp tính toán xxv PL-3: Băng thử APA 204/8 PL-4: Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733 xxvi (a) (b) PL-5: Thiết bị kiểm tra khí xả động cơ xăng MGT 5 a. Buồng phân tích khí xả động cơ xăng; b. Phần mềm điều khiển Eurosystem. b. PL-6: Ống mềm lấy khí xả (a), Đầu đo tốc độ thông qua bugi đánh lửa (b) PL-7: Thử nghiệm động cơ DA465QE chạy bằng nhiên liệu hybrid biogas-xăng ở áp suất biogas xấp xỉ áp suất khí trời (a) và khi tăng áp suất (b)
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_qua_trinh_chay_va_phat_thai_o_nhiem_dong.pdf
- 0.Phụ lục Bìa luận án-VoAnhVu.pdf
- 2. Tóm tắt tiếng việt-VoAnhVu.pdf
- 3. Toám tắt tiếng Anh-VoAnhVu.pdf
- 4. Thông tin đóng góp mới tiếng việt-VoAnhVu.pdf
- 5. Thông tin đóng góp mới tiếng anh-VoAnhVu.pdf
- 6. Trích yếu luận án tiếng việt-VoAnhVu.pdf
- 7. Trích yếu luận án tiếng anh-VoAnhVu.pdf