Tạp chí khoa học và công nghệ: Tính toán van cung cấp hỗn hợp Biogas-không khí cho động cơ tự cháy do nén bằng phần mềm Fluent

Kết quả mô phỏng cho phép ta xây dựng được đường đặc tính tạo hỗn hợp theo biên dạng của van côn. Bộ phụ kiện cung cấp nhiên liệu vạn năng cho động cơ biogas-diesel được chế tạo trên cơ sở kết quả mô phỏng này đã hoạt động tốt trong thực tiễn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạp chí khoa học và công nghệ: Tính toán van cung cấp hỗn hợp Biogas-không khí cho động cơ tự cháy do nén bằng phần mềm Fluent TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 TÍNH TOÁN VAN CUNG CẤP HỖN HỢP BIOGAS-KHÔNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ TỰ CHÁY DO NÉN BẰNG PHẦN MỀM FLUENT CALCULATION OF BIOGAS-AIR MIXING VALVE FOR COMPRESSION IGNITION ENGINES BY THE FLUENT CODE Bùi Văn Ga, Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Hoàng Nguyên Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Sự phân bố trường tốc độ của nhiên liệu và không khí qua bộ tạo hỗn hợp của động cơbiogas-diesel được mô phỏng bằng phần mềm FLUENT. Kết quả mô phỏng cho phép ta xâydựng được đường đặc tính tạo hỗn hợp theo biên dạng của van côn. Bộ phụ kiện cung cấpnhiên liệu vạn năng cho động cơ biogas-diesel được chế tạo trên cơ sở kết quả mô phỏng nàyđã hoạt động tốt trong thực tiễn. ABSTRACT The velocity field distribution of fuel and air in the mixture device of biogas-diesel engineis simulated by the FLUENT code. The simulation results allow us to build up characteristiccurves of mixing in function of conic valve’s profile. A universal fuel supplying kit for the biogas-diesel engine was manufactured based on the result and it worked well in practice.1. Giới thiệu Sử dụng biogas để chạy máy phát điện là giải pháp hữu hiệu nhằm tiết kiệmnăng lượng và bảo vệ môi trường ở khu vực nông thôn của nước ta [4]. Hầu hết các loạiđộng cơ đốt trong sử dụng xăng, dầu đều có thể chuyển đổi sang chạy bằng biogasthuần túy hay sử dụng lưỡng nhiên liệu. Hiệu quả kinh tế của động cơ chạy bằng biogasphụ thuộc vào cỡ công suất động cơ và nguyên lý tạo hỗn hợp cháy [5]. Việc chuyểnđổi động cơ truyền thống sang chạy bằng biogas được thực hiện nhờ bộ phụ kiệnchuyển đổi nhiên liệu. Trong thực tế áp suất và chất lượng biogas của nguồn cung cấpthay đổi do đó bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu cần phải được thiết kế phù hợp đểđộng cơ có thể vận hành trong những điều kiện nguồn cung cấp nhiên liệu thay đổi.Trong công trình trước đây [3] chúng tôi đã thử nghiệm một kiểu van tiết lưu để điềuchỉnh thành phần hỗn hợp theo tải động cơ biogas. Kiểu van này phù hợp với mộtnguồn biogas có áp suất cho trước. Khi áp suất biogas ở nguồn cung cấp thay đổi, việcđiều chỉnh trở nên khó khăn. Bài báo này trình bày kỹ thuật tạo hỗn hợp cho động cơ biogas bằng cách phốihợp giữa họng Venturie và van côn. Sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí qua bộ tạohỗn hợp được tính toán bằng phần mềm FLUENT 6.0. Đường đặc tính tạo hỗn hợpđược so sánh với hai kiểu biên dạng van côn: van côn phẳng và van côn lồi.88 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).20102. Tính toán thành phần hỗn hợp Để đốt cháy hoàn toàn 1kg CH4 chúng ta cần 4kg O2 hay 400/21kg không khí.Nếu biogas có chứa X% CH4 (theo khối lượng) thì cứ 100/X kg biogas cần có 400/21 kgkhông khí để đốt cháy hoàn toàn. Vì vậy tỉ lệ biogas/không khí để đảm bảo cháy hoàntoàn lý thuyết là: ⎛ m biogas ⎞ 21 ⎜⎜ ⎟⎟ = (kg/kg) (1) ⎝ m kk ⎠ lt 4 X Nếu gọi Y% là thành phần thể tích của CH4 trong biogas và giả sử biogas chỉchứa CH4 và CO2, ta có: 1600Y X= (%) (2) 16Y + 44(100 − Y ) Khối lượng riêng của biogas là: 16Y + 44(100 − Y ) ρ biogas = (kg/m3) (3) 2240 Gọi Dair là đường kính của đường nạp không khí và Dbiogas là đường kính ốngnạp biogas. Lưu lượng không khí nạp vào động cơ trong kỳ nạp là 2 air = ρair Vair πDairm /4 . Lưu lượng biogas nạp vào động cơ là biogas = ρ biogasVbiogasπD2biogas / 4 . Do đó:m 2 ⎛m ⎞ ρ V ⎛D ⎞ ⎜⎜ biogas ⎟⎟ = biogas biogas ⎜⎜ biogas ⎟⎟ (4) ⎝ m air ⎠ tt ρair Vair ⎝ Dair ⎠ Do đó nếu xác định được tốc độ không khí Vair đi vào đường nạp không khí vàtốc độ biogas Vbiogas đi vào đường nạp biogas thì chúng ta có thể tính được tỉ lệ hỗn hợpφ ở mỗi vị trí của van côn: Vbiogas φ=k ...