Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng biogas nén cho mô tô (pl)

1 PHỤ LỤC 1 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY HONDA WAVE α 110cc SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS PL1. Trình tự các bước thực hiện mô phỏng quá trình cháy Khởi động Fluent từ biểu tượng trên màn hình và chọn mô hình mô phỏng (hình PL1.1), sau đó kích vào Run sẽ có ảnh như hình PL1.2. Hình PL1.1: Khởi động Fluent và lựa chọn mô hình mô phỏng Hình PL1.2: Màn hình sau khi khởi động PL1.1. Chọn trình giải Define  Models  Solver (hình PL1.3) Hình PL1.3 2 Chọn các đặc trưng cơ bản sau đây của Solver (hình PL1.4): Solver: Pressure Based Formulation: Implicit Time: Unsteady Space: 3D Kết thúc chọn: Bấm OK. Hình PL1.4 PL1.2. Xác định mô hình lưới động Define  Dynamic Mesh  Parameters (hình PL1.5) Bấm chuột trái vào Dynamic Mesh sẽ có hình PL1.6. Hình PL1.5 Hình PL1.6 Chọn Models:  Dynamic Mesh  In-Cylinder Hình PL1.7 3 Chọn Mesh Methods:  Smoothing  Layering  Remeshing Hình PL1.8  Xác định lớp biên di động: Define  Dynamic Mesh Zones. Bấm chuột trái vào con trượt trường Zone Names, Hình PL1.10 Hình PL1.9  Lưu các thông số đã chuẩn bị về lưới động: Chú ý: Khi chạy chương trình, lưới sẽ biến dạng. Do đó, nếu không lưu tình trạng ban đầu, số liệu bắt đầu của quá trình tính lần sau sẽ không giống lần đầu tiên. Các bước lưu chương trình: File  Write  Case & Data  chọn thư mục và điền file name  OK (hình PL1.10) 4  Kiểm tra lưới động: Display  Grid  Display. Hình PL1.11  Chạy thử lưới động : Solve  Mesh Motion  Number of Time Steps (360)  Preview. Quan sát được piston dịch chuyển và thể tích xilanh thay đổi theo thời gian (góc quay trục khuỷu). Nếu Mesh Motion chạy được một chu trình thông suốt thì các thông số đưa vào chương trình tính phù hợp. Từ đó, có thể tiến hành các bước tính tiếp theo. File  Exit File  Read  Case & Data  File Name  OK. PL1.3. Kích hoạt phương trình năng lượng Define  Models  Energy. Bấm chuột trái vào Energy Equation. OK. Hình PL1.12 Hình PL1.13 PL1.4. Chọn mô hình độ nhớt rối Define  Model  Viscous Hình PL1.14 Mô hình mặc định chảy tầng (Laminar). Bấm chuột trái vào k-epsilon để chuyển sang mô hình chảy rối (hình PL1.15). Các thông số mặc định của mô hình như hình PL1.16. Sau đó bấm OK. 5 hình PL1.15 Hình PL1.16 PL1.5. Chọn mô hình cháy và thành phần nhiên liệu  Mô hình cháy: Define  Models  Species  Transport & Reaction (Hình PL1.17) Trong cửa sổ Species Model chọn: Model: Partially Premixed Combustion PDF Options: Inlet Diffusion, Compressibility Effects Hình PL1.17 Hình PL1.18 6  Xác định thành phần nhiên liệu: Chọn Create Table (Hình PL1.18) Trong cửa sổ PDF Table Creation chọn: Chemistry: Equilibrium, Non Adiabatic Bấm nút Boundary Sử dụng Add, Remove để thêm bớt các chất vào thành phần nhiên liệu và chất oxi hóa theo thành phần mole hay thành phần khối lượng. Bấm nút Table (Hình PL1.19) Calculate PDF Table Display PDF Table OK Hình PL1.19  Lưu dữ liệu bảng nhiệt động học: File  Write  PDF  Chọn thư mục  File Name  OK. Hình PL1.20 7 PL1.6. Chọn vật liệu Define  Materials Material Type: Mixture Fluent Mixture Materials: pdf-mixture Bấm nút Change/Create Close. Hình PL1.21 PL1.7. Chọn các hằng số mô hình cháy Define  Models  Species  Transport & Reaction Chọn Turbulent Flame Speed Constant = 1 OK. Hình PL1.22 8 PL1.8. Chọn các thông số liên quan đến vị trí đánh lửa Define  Models  Species  Spark Ignition Chọn mô hình đánh lửa (Model), dạng tia lửa điện (Shape), kích thước của tia lửa điện Radius. Bấm OK. Hình PL1.23 Hình PL1.24 PL1.9. Xác định mặt phẳng để biểu diễn kết quả Chọn mặt phẳng chứa các trục y, z: Surface  Plane Xác định 3 điểm trong mặt phẳng yz: New Surface Name: Plane-1 Create. Hình PL1.25 9 PL1.10. Chuẩn bị chạy chương trình  Chọn bộ thông số ban đầu : Solve  Initialize  Initialize (hình PL1.26) Computer From: All-zones Điền các thông số đầu vào các trường tương ứng (Hình PL1.27) Init Close. Hình PL1.26 Hình PL1.27  Xác lập các files ghi kết quả tính toán: Solve  Monitors  Volume (Hình PL1.28) Chọn 4 biến số: áp suất, nhiệt độ, nồng độ CH4, nồng độ O2. Nếu muốn vẽ đồ thị thì chọn Plot. Để ghi vào file thì chọn Write. Bấm Define. Hình PL1.28 Trong Define Volume Monitor chọn: Report type: Volume Average (giá trị trung bình trong toàn thể tích tính). Plot Window: tương ứng với các số: 0, 1, 2, 3 Field Variable: Chọn biến số tương ứng Cell zones: Chọn Fluid OK (Define Volume Monitor) Tiếp tục như vậy cho đến hết các biến số. OK (Volume Monitor) 10 Hình PL1.29 Hình PL1.30 Hình PL1.31 Hình PL1.32 11 Hình PL1.34 Hình PL1.33  Quay phim kết quả biến thiên của một biến số cho trước theo thời gian: Solve  Animate  Define (Hình PL1.35) Trong cửa sổ Solution Animation ta có thể chọn nhiều biến số (Animation Sequences). Trong ví dụ này ta chọn 1 biến số là nồng độ CH4, mỗi bước tính ghi lại 1 lần (Every: 1, When: Time Step). Bấm vào nút Define để định nghĩa cơ sở dữ liệu sẽ ghi. Hình PL1.35 Chọn Storage Type: Metafile Name: CH4 Window: 3 12 Dùng chuột trái clik vào nút Set. Màn hình hiển thị kết quả xuất hiện ở vị trí thứ 3 (góc dưới, tay phải) Display Type: Contours Contours of: Species (bấm chuột trái vào mũi tên bên phải của trường này để chọn các biến số cần ghi). Chọn Mass Fraction of ch4 ở trường tiếp theo. Chọn giá trị cực đại và cực tiểu của biến số (ở đây từ 0  0,015). Chọn Surface: plane-1. Option: Filled, Node Values, Global Range, Clip to Range. Level: 1-100; Setup : 1-10 (chọn giá trị càng lớn, màu sắc càng liền). Hình PL1.36  Lưu chương trình tính toán đã thiết lập : File  Write  Case & Data  Chọn thư mục  Điền File Name  OK. Hình PL1.37 13 PL1.11. Chạy chương trình Solve  Iterate (Hình PL1.38) Hình PL1.38 Chọn: Number of Time Steps: 360 (Hình PL1.39) Time Stepping Method: Fixed Max Iterations per Time Step : 10 Bấm chuột trái vào Iterate để chạy chương trình. Màn hình máy tính sẽ xuất hiện 4 màn hình nhỏ ở 4 góc ghi biến thiên các biến số đã xác lập theo thời gian. Hình PL1.40 Hình PL1.39 Hình PL1.41 14 PL1.12. Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Fluent Góc quay trục khuỷu CH4 [%] T [K] v [m/s] (độ) 341 345 347 351 355 360 365 370 375 380 385 390 400 Hình PL1.42: Biến thiên nồng độ trung bình CH4, nhiệt độ và trường tốc độ của hỗn hợp trong buồng cháy động cơ ứng với nhiên liệu M85C15 (85% CH4 với 15% CO2) và tốc độ trục khuỷu n= 3000 vòng/phút 15 Biến thiên áp suất chỉ thị cho bởi mô hình ứng với hệ số tốc độ màng lửa cháy rối ff = St Su được chọn là 1,2; 1,3 và 1,5. 1,5 1,3 1,2 180 240 300 360 420 480 540  (0) a) n = 3000 vòng/phút 1,5 1,3 1,2 180 240 300 360 420 480 540  (0) b) n = 3620 vòng/phút Hình PL1.43: Biến thiên áp suất chỉ thị cho bởi mô hình mô phỏng (góc đánh lửa sớm s = 270, biogas chứa 85% CH4, = 1) ứng với tốc độ góc trục khuỷu động cơ n = 3000 vòng/phút và n = 3620 vòng/phút 16 Biến thiên áp suất chỉ thị cho bởi mô hình ứng với hệ số tốc độ màng lửa cháy rối ff = St Su được chọn là 1,3 và 1,5. 1,5 1,3 180 240 300 360 420 480 540  (0) a) n = 4070 vòng/phút 1,5 1,3 180 240 300 360 420 480 540  (0) b) n = 5360 vòng/phút Hình PL1.44: Biến thiên áp suất chỉ thị cho bởi mô hình mô phỏng (góc đánh lửa sớm s = 270, biogas chứa 85% CH4, = 1) ứng với tốc độ góc trục khuỷu động cơ n = 4070 vòng/phút và n = 5360 vòng/phút 17 PHỤ LỤC 2 PL2.1. Số liệu thực nghiệm khi chạy bằng biogas  Điều kiện thí nghiệm: 85% CH4, 100% ga, n = 3000 vòng/phút Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) -180 2,107 -160 2,107 -140 2,107 -179 2,107 -159 2,107 -139 2,107 -178 2,107 -158 2,107 -138 2,107 -177 2,107 -157 2,107 -137 2,107 -176 2,107 -156 2,107 -136 2,107 -175 2,107 -155 2,107 -135 2,107 -174 2,107 -154 2,107 -134 2,107 -173 2,107 -153 2,107 -133 2,107 -172 2,107 -152 2,107 -132 2,107 -171 2,107 -151 2,107 -131 2,107 -170 2,107 -150 2,107 -130 2,107 -169 2,107 -149 2,107 -129 2,107 -168 2,107 -148 2,107 -128 2,107 -167 2,107 -147 2,107 -127 2,107 -166 2,107 -146 2,107 -126 2,107 -165 2,107 -145 1,05 -125 2,107 -164 2,107 -144 2,107 -124 2,107 -163 2,107 -143 2,107 -123 2,107 -162 2,107 -142 2,107 -122 2,107 -161 2,107 -141 2,107 -121 2,107 18 Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) -120 2,107 -100 2,107 -80 3,163 -119 2,107 -99 2,107 -79 3,163 -118 2,107 -98 2,107 -78 3,163 -117 2,107 -97 2,107 -77 3,163 -116 2,107 -96 2,107 -76 3,163 -115 2,107 -95 2,107 -75 3,163 -114 2,107 -94 2,107 -74 3,163 -113 2,107 -93 2,107 -73 3,163 -112 2,107 -92 2,107 -72 3,163 -111 2,107 -91 3,163 -71 3,163 -110 2,107 -90 2,107 -70 3,163 -109 2,107 -89 3,163 -69 3,163 -108 2,107 -88 2,107 -68 4,22 -107 2,107 -87 3,163 -67 4,22 -106 2,107 -86 3,163 -66 4,22 -105 2,107 -85 3,163 -65 4,22 -104 2,107 -84 3,163 -64 4,22 -103 2,107 -83 3,163 -63 4,22 -102 2,107 -82 3,163 -62 4,22 -101 2,107 -81 3,163 -61 4,22 19 Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) -60 4,22 -40 7,389 -20 12,671 -59 4,22 -39 7,389 -19 12,671 -58 4,22 -38 7,389 -18 12,671 -57 4,22 -37 7,389 -17 13,728 -56 4,22 -36 7,389 -16 13,728 -55 5,276 -35 8,445 -15 13,728 -54 5,276 -34 8,445 -14 14,784 -53 5,276 -33 8,445 -13 14,784 -52 5,276 -32 8,445 -12 15,841 -51 5,276 -31 8,445 -11 15,841 -50 5,276 -30 9,502 -10 16,897 -49 5,276 -29 9,502 -9 16,897 -48 5,276 -28 9,502 -8 17,954 -47 6,333 -27 9,502 -7 17,954 -46 6,333 -26 10,558 -6 19,01 -45 6,333 -25 10,558 -5 20,067 -44 6,333 -24 10,558 -4 20,067 -43 6,333 -23 11,615 -3 21,123 -42 6,333 -22 11,615 -2 22,179 -41 6,333 -21 11,615 -1 23,236 20 Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) Góc quay trục khủy (độ) Giá trị áp suất (bar) 0 24,292 20 34,301 40 23,236 1 25,349 21 34,301 41 22,179 2 25,349 22 33,801 42 22,179 3 26,405 23 33,801 43 21,123 4 27,462 24 32,744 44 21,123 5 28,518 25 32,744 45 20,067 6 28,518 26 31,688 46 20,067 7 29,575 27 31,688 47 19,01 8 30,631 28 31,688 48 19,01 9 30,631 29 30,631 49 17,954 10 31,688 30 29,575 50 17,954 11 31,688 31 29,575 51 16,897 12 32,744 32 28,518 52 16,897 13 32,744 33 27,462 53 15,841 14 33,801 34 27,462 54 15,841 15 33,801 35 26,405 55 15,841 16 34,301 36 25,349 56 14,784 17 34,301 37 25,349 57 14,784 18 34,500 38 24,292 58 14,784 19 34,500 39 24,292 59 13,728