Ứng dụng cfd tính toán mô phỏng số quá trình hòa trộn-cháy trong động cơ diesel thủy khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp (dầu do dầu cọ) làm nhiên liệu thay thế

Bài viết giới thiệu kết quả mô phỏng số quá trình hòa trộn-cháy trong buồng đốt động cơ diesel thủy Hanshin 6LU32 khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp dầu cọ thô chưa este hóa và dầu diesel với thông số đầu vào là giống thực tế và kết quả đầu ra là các thông số đặc trưng để so sánh với kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá khả năng sử dụng loại nhiên liệu mới trên thay thế cho nhiên liệu truyền thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng cfd tính toán mô phỏng số quá trình hòa trộn-cháy trong động cơ diesel thủy khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp (dầu do dầu cọ) làm nhiên liệu thay thế BÀI BÁO KHOA HỌC ỨNG DỤNG CFD TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH HÒA TRỘN- CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL THỦY KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HỖN HỢP (DẦU DO-DẦU CỌ) LÀM NHIÊN LIỆU THAY THẾ Nguyễn Đức Hạnh1, Đặng Văn Uy1, Nguyễn Đại An1 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết quả mô phỏng số quá trình hòa trộn-cháy trong buồng đốt động cơ diesel thủy Hanshin 6LU32 khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp dầu cọ thô chưa este hóa và dầu diesel với thông số đầu vào là giống thực tế và kết quả đầu ra là các thông số đặc trưng để so sánh với kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá khả năng sử dụng loại nhiên liệu mới trên thay thế cho nhiên liệu truyền thống. Từ khóa: Nhiên liệu hỗn hợp, quá trình hòa trộn-cháy, mô phỏng số, động cơ diesel thủy. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 2. MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH HÒA TRỘN- Hiện tại, xu hướng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL thay thế cho động cơ diesel nói chung và động cơ 2.1. Giới thiệu diesel thủy là rất phổ biến trên toàn thế giới. Bởi vì, Trong một chu kỳ hoạt động của động cơ các loại nhiên liệu thay thế bao gồm nhiên liệu hỗn diesel, nhóm tác giả tập trung nghiên cứu giai hợp và nhiên liệu nhũ tương có khả năng tái tạo và đoạn hòa trộn – cháy hỗn hợp nhiên liệu - không giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong khí như biểu diễn trong Hình 1 (phần màu xanh tương lai. theo GQTK). Tuy nhiên, khi nhiên liệu hỗn hợp được sử Việc nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng số dụng để thay thế nhiên liệu thông thường cho chính là đi xây dựng các phương trình lý thuyết liên động cơ diesel có thể ảnh hưởng đến quá trình hòa quan đến quá trình hòa trộn-cháy như các phương trộn-cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong trình mô tả dòng chảy rối, mô hình cháy,… sau đó buồng đốt động cơ, sau đó là ảnh hướng đến hiệu tiến hành giải theo điều kiện biên của bài toán (chính suất của động cơ, do các đặc tính lý hóa của nhiên là các thông số hình học của động cơ). liệu hỗn hợp thay đổi. Vì vậy, khi nghiên cứu sử dụng nhiên liệu hỗn hợp (dầu cọ thô chưa este hóa và dầu diesel) cho động cơ diesel thủy thì việc ứng dụng CFD hay là phần mềm thương mại Fluent-Ansys để mô phỏng quá trình hòa trộn- cháy trong động cơ có độ chính xác cao là cơ sở khoa học và tiết kiệm chi phí nghiên cứu thực nghiệm. Đây vẫn còn là một vấn đề còn khá mới mẻ trong các nghiên cứu ở Việt Nam (biodiesel mới được tập trung nghiên cứu nhiều) cũng như còn nhiều bàn luận trên thế giới. Do đó trong bài báo này, tác giả sẽ giới thiệu một phương pháp Hình 1. Chu kỳ hoạt động theo GQTK ứng dụng CFD mô phỏng quá trình hòa trộn-cháy trong động cơ diesel thủy Hanshin 6LU32 sử dụng Từ đó ta sẽ phân tích được các kết quả một cách nhiên liệu hỗn hợp dầu cọ thô – dầu diesel thay kỹ càng hơn, cũng như mở rộng các giả định để cho nhiên liệu truyền thống là dầu diesel. nghiên cứu. Trong nội dung bài báo, nhóm tác giả 1 tiến hành nghiên cứu trên số liệu thực tế của của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 11 động cơ diesel 6LU32 vì đây chính là động cơ mà nhóm tác giả sẽ nghiên cứu thực nghiệm để có cơ sở đánh giá so sánh các kết quả nghiên cứu bằng phương pháp số của mình. 2.2. Lựa chọn mô hình tính toán (Besson, M., et al., ,2000), (Nguyen P. K. et al.,2004), (Roland BORGHI, Michel DESTRIAU)… - Mô hình cháy Non-premixed: nhiên liệu và không khí không trộn lẫn trước, kết hợp với hàm PDF – hàm mật độ xác suất (thống kê xác suất nhiên liệu có mặt ở mỗi vị trí). - Mô hình rối k-epsilon. Hình 2. Sơ đồ khối quy trình ứng dụng CFD để mô phỏng - Mô hình phun nhiên liệu: discrete phase – injection. 2.3. Quy trình bài toán tính toán mô phỏng Fluent - Mô hình In-Cylinder: quy định chuyển động Quy trình tính toán mô phỏng được mô tả qua sơ của piston, kết hợp lưới động. đồ khối gồm 6 bước theo Hình 2 và nội dung các bước được mô tả chi tiết hơn qua Bảng 1 như sau: Bảng 1. Quy trình tính toán mô phỏng TT Nội dung Vẽ mô hình theo kích thước thật của các chi tiết động cơ (đường kính xi lanh, chiều cao buồng đốt, vị trí lỗ đặt vòi phun, giới hạn điểm chết trên và vị trí trước khi qua cửa xả), chia lưới, đặt điều kiện 1 biên (đầu vào, ra, tường tĩnh, tường động) và xuất sang file.mesh. (có thể dùng phần mềm Grid, Gambit hoặc lập trình giải quyết trực tiếp). Kiểm tra lưới (loại lưới, kích thước lưới, số lượng lưới vì điều này liên quan đến cấu hình máy tính 2 thực hiện cũng như độ chính xác của bài toán), chọn mô hình tính toán phù hợp. Đặt cụ thể điều kiện biên cho bài toán. (Áp suất, nhiệt độ trước quá trình phun nhiên liệu được đưa 3 vào theo số liệu thực nghiệm). Đặt độ chính xác (điều kiệ ...