Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN TIA PHUN LPG TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ BẰNG PHẦN MỀM FLUENT

Trong những công trình trước đây [4], [5], chúng tôi đã thiết lập mô hình tích phân một chiều để tính toán sự phát triển của tia phun LPG trong buồng cháy động cơ. Mô hình này đơn giản, phù hợp với thực tế sử dụng trong kỹ thuật. Tuy nhiên để có thể tổng quát hoá mô hình trong nghiên cứu động cơ đốt trong chúng ta cần kiểm nghiệm nó bằng những phần mềm đa phương phổ biến.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN TIA PHUN LPG TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ BẰNG PHẦN MỀM FLUENT" NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN TIA PHUN LPG TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ BẰNG PHẦN MỀM FLUENT INVESTIGATION OF LPG JET DEVELOPMENT IN COMBUSTION CHAMBER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY THE FLUENT CODE BÙI VĂN GA Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng NHAN HỒNG QUANG Phân viện Bảo hộ lao động tại Đà Nẵng PHẠM THỊ ĐÔNG PHƯƠNG Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Trong những công trình trước đây [4], [5], chúng tôi đã thiết lập mô hình tích phân một chiều để tính toán sự phát triển của tia phun LPG trong buồng cháy động cơ. Mô hình này đơn giản, phù hợp với thực tế sử dụng trong kỹ thuật. Tuy nhiên để có thể tổng quát hoá mô hình trong nghiên cứu động cơ đốt trong chúng ta cần kiểm nghiệm nó bằng những phần mềm đa ph ương phổ biến. Trong công trình này, chúng tôi sử dụng phần mềm FLUENT làm công cụ nghiên cứu đánh giá. ABSTRACT In the previous papers [4], [5], we have presented an integral one-direction model for calculating the development of LPG jet in the combustion chamber of the international combustion engine. This model is simple, suitable for practical application. However for a generalization application in study of internal combustion engine, we should assess the model by commercial multidirectional one. In this paper, we use the FLUENT code for this purpose. 1. Giới thiệu Động cơ đánh lửa cưỡng bức phun trực tiếp là giải pháp có nhiều triển vọng được áp dụng trong tương lai nhằm nâng cao tính kinh tế và giảm mức độ phát thải CO2. Động cơ này cho phép chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ hỗn hợp: hỗn hợp nghèo, cháy phân lớp ở chế độ tải thấp và hỗn hợp đồng nhất với α=1 ở chế độ tải lớn. Kỹ thuật này đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong những năm gần đây. Kết quả nghiên cứu cho thấy những yếu tố chính ảnh hưởng đến tính năng của động cơ phun xăng trực tiếp gồm áp suất phun, sự hướng dòng tia phun, xoáy lốc của khí nạp, thời điểm phun và tính bốc hơi của nhiên liệu. Quá trình tạo hỗn hợp phân lớp có thể khống chế bởi sự kết hợp giữa dạng hình học của buồng cháy và các đặc trưng của tia phun. Sự kết hợp này cho phép tạo ra sự phân bố tối ưu nhiên liệu theo thời gian và trong không gian buồng cháy để đảm bảo quá trình cháy có thể diễn ra trong hỗn hợp có thành phần tổng quát rất nghèo. Sự phát triển và tối ưu hoá động cơ GDI đòi hỏi những phương pháp thí nghiệm mới và những mô hình toán học chuyên biệt để phân tích các quá trình diễn ra trong buồng cháy động cơ. Các phần mềm sử dụng trong nghiên cứu động cơ GDI ngày nay thường dựa trên cơ sở các phần mềm đã thiết lập đối với động cơ Diesel. Quá trình tạo hỗn hợp phân lớp phức tạp trong động cơ này thường được tính toán bằng phần mềm động học chất lỏng CFD. Nhằm đáp ứng đòi hỏi ngày càng khắt khe của các qui định về bảo vệ môi trường, ngoài những cố gắng hoàn thiện động cơ đốt trong truyền thống, các nhà khoa học còn quan tâm đến việc sử dụng các loại nhiên liệu thay thế. Sự kết hợp của kỹ thuật động cơ hiện đại và nhiên liệu ít gây ô nhiễm sẽ tạo ra những triển vọng mới cho sự phát triển động cơ đốt trong. Trong công trình trước đây, chúng tôi đã đề cập đến một loại động cơ mới, động cơ đánh lửa cưỡng bức, phun LPG trực tiếp và cháy phân lớp [3]. Động cơ này sẽ tận dụng được đồng thời ưu điểm nổi bật của động cơ GDI về tính năng kinh tế-kỹ thuật và nhiên liệu LPG về giảm mức độ phát sinh ô nhiễm. Để nghiên cứu loại động cơ này, trước tiên chúng ta cần thiết lập công cụ tính toán sự phát triển tia phun trong buồng cháy. Mô hình tích phân một chiều đã được thiết lập nhằm đơn giản hoá quá trình tính toán. Mô hình này được sử dụng kèm theo một số giả thiết thực nghiệm. Vì vậy để có thể tổng quát hoá việc áp dụng mô hình trong những điều kiện khác nhau mà không có số liệu thực nghiệm, chúng ta đánh giá kết quả dự đoán của mô hình bằng số liệu cho bởi các mô hình đa phương đã được thương mại hoá. Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu một số kết quả tính toán sự phát triển tia phun LPG trong buồng cháy động cơ thí nghiệm bằng phần mềm FLUENT. Kết quả này sẽ được dùng để đánh giá mô hình tích phân đã được thiết lập. 2. Điều kiện tính toán Để thuận t iện cho việc so sánh với kết quả tính toán trên mô hình tích phân một chiều và đo đạc thực nghiệm, mô hình ngọn lửa tia phun rối trong buồng cháy được thiết lập với các thông số tương đương với các thông số đã sử dụng trong quá trình thí nghiệm trên động cơ Transparence [6], cụ thể là: - Đường kính lỗ tia phun: de = 0.0006m. - Không khí, ở chế độ đẳng nhiệt với a = 1.225 kg/m3; a = 1.79 x 10-5Ns/m2. - Tia phun là khí hoá lỏng LPG (50% Butan và 50% Propan) có a = 539 kg/m3 ; a = 1.36610-5kgm/s; - Đường kính miệng vòi phun: 0,6mm Dòng chảy được mô hình hoá trong cả hai trường hợp: dòng hai chiều (2D) và ba chiều (3D). Miền giới hạn tính toán là khối hộp chữ nhật có kích thước tương tự buồng cháy của động cơ Transparence: (cao  dài  rộng) bằng 36  68  33(mm3) đối với dòng ba chiều (3D) và (rộng  dài) bằng 36  68 với dòng hai chiều (2D). Dòng chảy được phun vào miền tính toán tại một điểm trên mặt 33  36 (3D) hay trên cạnh 36 (dòng 2D). Gió gia nhập vào miền tính toán qua mặt 33  68 (hay cạnh 68 trường hợp 2D). 3. Chia lưới và chọn điều kiện biên - Chia lưới Trong dòng chảy 2D, lưới được tạo ra với 7916 tứ giác và 9273 nút. Với dòng c ...