Tên luận án:
Nghiên cứu hoàn thiện buồng cháy thống nhất cho động cơ diesel cỡ nhỏ
Ngành:
Thông tin về ngành học cụ thể không được cung cấp rõ ràng trong văn bản.
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu và cải tiến kết cấu buồng cháy thống nhất cho động cơ diesel một xi-lanh cỡ nhỏ, đặc biệt là loại được sử dụng trong máy nông nghiệp tại Việt Nam. Động cơ diesel đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp và giao thông toàn cầu, với ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu và sức kéo lớn, nhưng còn tồn tại hạn chế về tiếng ồn và khí thải. Nhờ những tiến bộ công nghệ, các hạn chế này đang dần được khắc phục, thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu cải thiện tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ.
Mục tiêu của luận án là đưa ra quy trình tính toán hoàn thiện kết cấu buồng cháy thống nhất, từ đó đề xuất một kết cấu hợp lý giúp cải thiện hiệu suất kinh tế và giảm phát thải cho động cơ diesel 1 xi-lanh do Tổng công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp Việt Nam sản xuất. Đối tượng nghiên cứu là động cơ diesel một xi-lanh cỡ nhỏ sản xuất trong nước, và phạm vi nghiên cứu bao gồm tính toán thiết kế, chế tạo buồng cháy thống nhất.
Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm. Các phần mềm mô phỏng hiện đại như AVL-Boost, AVL-Hydsim và Ansys ICE được sử dụng để đánh giá các thông số nhiệt động học, hệ thống nhiên liệu và diễn biến trong buồng cháy. Kết quả mô phỏng cho thấy kết cấu buồng cháy thống nhất theo TH2 mang lại hiệu suất cháy tốt nhất và giảm phát thải CO, PM, HC đáng kể, mặc dù NOx tăng nhẹ. Các kết cấu này sau đó được chế tạo và thử nghiệm trên động cơ diesel nguyên bản RV125-2 tại Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu và khí thải thuộc Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Kết quả thực nghiệm xác nhận động cơ cải tiến tăng công suất 9,3%, giảm tiêu hao nhiên liệu tới 8,51%, và giảm các chỉ tiêu phát thải CO, PM, HC. Sự sai khác giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm tối đa là 6%, khẳng định độ tin cậy của mô hình. Phương pháp cải tiến này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất động cơ máy nông nghiệp, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thiết kế.
Mục lục chi tiết:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
- 1.1. Xu hướng chung về sử dụng động cơ diesel
- 1.1.1. Xu hướng sử dụng động cơ diesel trên thế giới
- 1.1.2. Xu hướng sử dụng động cơ diesel tại Việt Nam
- 1.1.3. Động cơ diesel sử dụng trong nông nghiệp tại Việt Nam
- 1.2. Các giải pháp công nghệ cải thiện tính năng kinh tế, kĩ thuật của động cơ cơ diesel
- 1.2.1. Nhóm giải pháp về kết cấu
- 1.2.1.1. Thay đổi kết cấu vòi phun
- 1.2.1.2. Lựa chọn góc phun sớm thích hợp
- 1.2.1.3. Thay đổi áp suất phun
- 1.2.1.4. Thay đổi lượng phun mồi
- 1.2.1.5. Dùng hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử
- 1.2.1.6. Cải tiến đường ống nạp động cơ
- 1.2.1.7. Thay đổi kết cấu buồng cháy động cơ
- 1.2.2. Nhóm giải pháp sử dụng nhiên liệu thay thế
- 1.3. Các dạng buồng cháy phổ biến trên động cơ diesel
- 1.3.1. Buồng cháy ngăn cách
- a. Buồng cháy xoáy lốc
- b. Buồng cháy dự bị
- 1.3.2. Buồng cháy thống nhất
- a. Buồng cháy hòa khí thể tích
- b. Buồng cháy thể tích màng
- c. Buồng cháy màng
- 1.3.3. Ưu nhược điểm của buồng cháy thống nhất so với buồng cháy ngăn cách
- 1.4. Các nghiên cứu cải tiến buồng cháy thống nhất trên động cơ diesel cỡ nhỏ
- 1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới
- 1.4.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam
- 1.5. Đề xuất giải pháp cải thiện các tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải cho động cơ diesel dung trong nông nghiệp ở VN
- 1.6. Đối tượng nghiên cứu
- 1.7. Phương pháp thực hiện đề tài
- 1.8. Xây dựng lưu đồ thực hiện luận án
- 1.9. Kết luận chương 1
- Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
- 2.1. Lý thuyết hình thành hỗn hợp và cháy trong động cơ diesel
- 2.1.1. Quá trình hình thành hỗn hợp trên động cơ diesel
- 2.1.2. Quá trình hình thành hỗn hợp trên động cơ diesel buồng cháy thống nhất
- 2.1.3. Các thông số chung ảnh hưởng đến quá trình hình thành hỗn hợp và cháy của động cơ diesel sử dụng buồng cháy thống nhất
- 2.1.3.1. Các thông số hệ thống nhiên liệu
- 2.1.3.2. Ảnh hưởng của tỷ số nén động cơ
- 2.1.3.3. Các thông số đường nạp
- 2.1.4. Ảnh hưởng của các thông số hình học đến quá trình hình thành hoà khí động cơ diesel buồng cháy thống nhất
- 2.1.4.1. Kết cấu buồng cháy đỉnh piston
- 2.1.4.2. Các kết cấu khác
- 2.1.5. Các mô hình toán học
- 2.1.5.1. Mô hình toán học buồng cháy thống nhất
- a. Các phương trình bảo toàn
- b. Chuyển khối
- c. Trao đổi nhiệt
- 2.1.5.2. Mô hình phân rã tia phun “Kelvin-Helmholtz và Rayleigh-Taylor"
- 2.1.5.3. Mô hình bay hơi nhiên liệu
- 2.2. Cơ sở lý thuyết các phần mềm sử dụng trong tính toán cải tiến buồng cháy thống nhất
- 2.2.1. Cơ sở lý thuyết Ansys ICE
- 2.2.1.1. Các phương trình bảo toàn
- 2.2.1.2. Các phương trình tính toán tia phun
- 2.2.2. Cơ sở lý thuyết của AVL-Boost và AVL Hydsim
- 2.2.2.1. Cơ sở lý thuyết phần mềm AVL Boost
- 2.2.2.2. Cơ sở lý thuyết phần mềm AVL Hydsim
- 2.3. Quy trình các bước thực hiện tính toán cải tiến buồng cháy thống nhất
- 2.4. Kết luận chương 2
- Chương 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG
- 3.1. Đánh giá các thông số cơ bản của piston nguyên bản
- 3.2. Mô phỏng động cơ với các trường hợp buồng cháy bằng phần mềm AVL-Boost
- 3.2.1. Xây dựng mô hình mô phỏng
- 3.2.2. Các chế độ mô phỏng
- 3.2.3. Kết quả mô phỏng
- 3.3. Xác định quy luật cấp nhiên liệu trong động cơ RV125-2 bằng phần mềm AVL-Hydsim
- 3.3.1. Xây dựng mô hình
- 3.3.2. Các chế độ mô phỏng
- 3.3.3. Kết quả mô phỏng
- 3.3.3.1. Kết quả độ nâng kim theo góc quay trục khuỷu
- 3.3.3.2. Lưu lượng phun nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu
- 3.4. Mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của kết cấu buồng cháy đỉnh piston bằng phần mềm Ansys - ICE
- 3.4.1. Mô phỏng quá trình nạp
- 3.4.1.1. Cơ sở xác định các thông số hình học họng nạp ảnh hưởng đến hệ số nạp
- 3.4.1.2. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình nạp
- 3.4.1.3. Kết quả mô phỏng quá trình nạp
- 3.4.2. Mô phỏng quá trình cháy
- 3.4.2.1. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình cháy
- 3.4.2.2. Kết quả mô phỏng quá trình cháy
- 3.5. Kết luận chương 3
- Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
- 4.1. Nội dung thực nghiệm
- 4.2. Mục tiêu và phạm vi thực nghiệm
- 4.2.1. Mục tiêu thực nghiệm
- 4.2.2. Đối tượng và phạm vi thực nghiệm
- 4.3. Nội dung thực nghiệm
- 4.4. Thiết kế và chế tạo kết cấu đỉnh piston của động cơ cải tiến
- 4.5. Trang thiết bị thực nghiệm
- 4.5.1. Lắp đặt mô hình lên băng thử
- 4.5.2. Băng thử DW16
- 4.5.3. Thiết bị phân tích khí thải
- 4.5.4. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu
- 4.5.5. Cảm biến đo áp suất
- 4.5.6. Nhiên liệu thực nghiệm
- 4.5.7. Sơ đồ bố trí hệ thống thực nghiệm
- 4.5.8. Chế độ thực nghiệm
- 4.6. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
- 4.6.1. So sánh tính năng kinh tế, kỹ thuật của động cơ
- 4.6.2. Tổng hợp kết quả và so sánh thực nghiệm với mô phỏng
- 4.7. Kết luận
- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- KẾT LUẬN
- HƯỚNG PHÁT TRIỂN