Nghiên cứu và mô phỏng quá trình nạp của động cơ không trục khuỷu hai kỳ cỡ nhỏ sử dụng CFD và DPM

Bài viết Nghiên cứu và mô phỏng quá trình nạp của động cơ không trục khuỷu hai kỳ cỡ nhỏ sử dụng CFD và DPM trình bày một mô phỏng số sử dụng động lực học chất lỏng (CFD: Computational Fluid Dynamics) và mô hình pha rời rạc (DPM: Discrete Phase Model) được thực hiện để kiểm tra và so sánh quá trình nạp diễn ra trong động cơ không trục khuỷu hai kỳ khi khởi động.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu và mô phỏng quá trình nạp của động cơ không trục khuỷu hai kỳ cỡ nhỏ sử dụng CFD và DPM Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Tiền Giang Số 12/2022 Nghiên cứu và mô phỏng quá trình nạp của động cơ không trục khuỷu hai kỳ cỡ nhỏ sử dụng CFD và DPM A research and simulation of the charging process of small two-stroke free piston linear engines using CFD and DPM Huỳnh Văn Lộc1,*, Nguyễn Huỳnh Thi1, Trương Hoà Hiệp1 1 Trường Đại học Tiền Giang, 119 Ấp Bắc, Phường 5, Mỹ Tho, Tiền Giang, Việt Nam Thông tin chung Tóm tắt Ngày nhận bài: Bài báo này trình bày một mô phỏng số sử dụng động lực học 29/04/2022 chất lỏng (CFD: Computational Fluid Dynamics) và mô hình pha rời rạc (DPM: Discrete Phase Model) được thực hiện để kiểm tra Ngày nhận kết quả phản biện: và so sánh quá trình nạp diễn ra trong động cơ không trục khuỷu 18/05/2022 hai kỳ khi khởi động. Kết quả cho thấy mặc dù chênh lệch ± 3% Ngày chấp nhận đăng: nhưng hai mô hình cho thấy hiệu suất nạp với tốc độ 0,32m/s cao hơn 1,25m/s. 13/06/2022 Abstract Từ khóa: This paper presents a numerical simulation using Động cơ không trục Computational Fluid Dynamics (CFD) and Discrete Phase Model khuỷu; piston tự do; động lực (DPM) to test and compare the loading process couuring when a học chất lỏng; mô hình pha two-stroke free piston engine is started. The results show that rời rạc. despite a difference of ±3%, the two models illustrate that the Keywords: charging efficiency with a speed of 0.32m/s is higher than that of Free piston linear 1.25m/s. engines; free pistons; computational fluid dynamics; Discrete Phase Model. 1. GIỚI THIỆU động thẳng tự do giữa tâm điểm chết trên Động cơ đốt trong không trục khuỷu (TDC: top dead center) và tâm điểm chết phát điện tuyến tính (FPLE - free piston dưới (BDC: bottom dead center) và linear engine) là một động cơ đốt trong chuyển động của cụm piston được điều tuyến tính được loại bỏ tay quay và piston khiển bởi khí và lực tải tác dụng lên nó. chuyển động tự do trong xilanh. Với ưu Việc hủy bỏ cơ cấu tay quay cho phép điểm gọn nhẹ, hiệu suất cao [1], tỷ số nén piston di chuyển tự do giữa hai xilanh, tạo thay đổi nên thích hợp với nhiều loại nhiên cho động cơ ưu điểm về đặc tính linh hoạt, liệu khác nhau [2], giảm ma sát so với nhưng cũng đặt ra thách thức đối với sự ổn động cơ nhiệt thông thường [3]. Có thể định của động cơ. Mất ổn định ở đây là thấy, FPLE là một xu hướng nghiên cứu khống chế vị trí của TDC trước quá trình để cải thiện hiệu suất của xe hybrid. FPLE cháy, các vị trí khác nhau của TDC tạo ra được xem xét trong nghiên cứu này là loại áp suất cuối nén khác nhau ảnh hưởng đến piston kép hai kỳ. Cụm piston có chuyển công suất của động cơ. Có rất nhiều nghiên cứu liên quan về kiểm soát độ ổn * tác giả liên hệ, email: huynhvanloc@tgu.edu.vn, 0907 171 921 -79- No.12/2022 Journal of Science, Tien Giang University định của FPLE và đề xuất các phương làm sạch không khí thấp hơn nhưng hiệu pháp kiểm soát khác nhau [4-7]. Những suất nạp hỗn hợp cao hơn [11-12]. nghiên cứu này chỉ tập trung vào việc điều Các nghiên cứu trên cho thấy quá khiển chuyển động của piston. Mặc dù đã trình trao đổi khí đã được mô phỏng và tối đạt được nhiều tiến bộ đáng kể, nhưng ưu hóa ảnh hưởng của các thông số thiết cách thức kiểm soát FPLE vẫn là một kế đến FPLE. Tuy nhiên, các nghiên cứu trong những vấn đề cản trở việc thương này đã bỏ qua quá trình trao đổi khí trong mại hóa nó. Một yếu tố khác là khối lượng quá trình khởi động FPLE, quá trình này không khí và nhiên liệu bị giữ lại bên thường hoạt động ở tốc độ thấp nhưng trong buồng đốt. Các hỗn hợp bị mắc kẹt phải đảm bảo hiệu suất nạp hỗn hợp. làm ảnh hưởng đến quá trình trao đổi khí, Nghiên cứu này trình bày một mô phỏng trong đó có quá trình làm sạch. Đó được CFD để khảo sát cấu trúc và các thông số coi là chìa khóa để hiện thực hóa hiệu quả của quá trình trao đổi khí FPLE. Các tham đốt cháy và tiềm năng phát thải của động số kích thước được chọn dựa trên FPLE cơ [8]. Nhưng sự ổn định của trao đổi khí thực, chuyển động của piston tự do được là không thể đoán trước và khó khăn cho xây dựng dựa trên mô hình động lực học các kỹ thuật đo lường. để tính toán các biên dạng chuyển động CFD (Computational Fluid của piston. Trong nghiên cứu này, các Dynamics) là một công cụ rất hữu ích để thông số chính như tốc độ dịch chuyển phân tích khí trao đổi thông qua quá trình piston hoạt động ở tần số thấp và áp suất chuyển động của FPLE cũng như quá trình nạp là các thông số đầu vào. Hai phương quét khí. Blarigan và cộng sự, tại Phòng pháp CFD và mô hình pha rời rạc thí nghiệm Quốc gia Sandia, đã nghiên Eulerian-Lagrangian (DPM) được sử dụng cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế để theo dõi tỷ lệ các hạt hỗn hợp hoà khí như áp suất khí nạp, vị trí đầu vào và góc bị mắc kẹt và thoát ra k ...