Luận án Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ biogas-hydrogen.

Tên luận án:

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ BIOGAS-HYDROGEN

Ngành:

Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ BIOGAS-HYDROGEN" của Bùi Văn Hùng, thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm phát thải của động cơ tĩnh tại sử dụng nhiên liệu biogas-hydrogen trong các hệ thống năng lượng tái tạo hybrid.

Vấn đề nghiên cứu xuất phát từ thực trạng biogas thô có nhiệt trị thấp và CO2 làm giảm hiệu suất động cơ. Mặc dù làm giàu bằng hydrogen (H2) có thể cải thiện tính năng, nhưng cũng tiềm ẩn nguy cơ tăng phát thải NOx. Động cơ truyền thống không đáp ứng được yêu cầu linh hoạt về nhiên liệu và chế độ tải trong hệ thống hybrid. Do đó, mục tiêu của luận án là cải tạo động cơ xăng tĩnh tại truyền thống thành động cơ phun nhiên liệu khí điều khiển điện tử, tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm theo thành phần nhiên liệu và điều kiện vận hành.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết, mô phỏng (sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT) và thực nghiệm. Phần lý thuyết tập trung vào quá trình cháy rối và hình thành chất ô nhiễm. Mô phỏng phân tích ảnh hưởng của kỹ thuật cung cấp nhiên liệu (hòa trộn trước, riêng rẽ), thành phần hỗn hợp và góc đánh lửa sớm. Thực nghiệm bao gồm cải tạo động cơ, xây dựng giản đồ cung cấp nhiên liệu và thiết kế mạch điều khiển điện tử để tối ưu hóa phun nhiên liệu và đánh lửa, sau đó đo đạc công suất và phát thải.

Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc chuyển đổi động cơ xăng truyền thống thành động cơ phun nhiên liệu biogas-hydrogen điều khiển điện tử, xác định thành phần nhiên liệu hybrid tối ưu để cân bằng tính năng kỹ thuật và mức độ phát thải, xây dựng giản đồ phun và đánh lửa, kiểm soát quá trình phun và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả, và chế tạo ECU điều khiển động cơ khí linh hoạt. Kết quả cho thấy việc pha 20% hydrogen vào biogas là tối ưu, giúp tăng công chỉ thị trung bình 6%, giảm phát thải CO và HC từ 5-10 lần, dù phát thải NOx tăng khoảng 10-15%. Hydrogen cải thiện tính năng động cơ nhờ tăng tốc độ cháy và mở rộng giới hạn cháy, đưa quá trình cháy gần giá trị hệ số tương đương lý tưởng hơn. Luận án khẳng định khả năng cải tạo động cơ truyền thống thành động cơ sử dụng nhiên liệu khí linh hoạt, góp phần quan trọng vào việc phát triển ứng dụng năng lượng tái tạo và đạt mục tiêu Net Zero.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

  • 1.1. Cơ cấu năng lượng toàn cầu trong chiến lược “Net Zero”
  • 1.2. Hệ thống năng lượng tái tạo hybrid
  • 1.3. Hệ thống năng lượng tái tạo hybrid điện mặt trời-sinh khối
  • 1.4. Ảnh hưởng của hydrogen đến tính năng của động cơ
  • 1.5. Kết luận

• Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC

  • 2.1. Hệ phương trình cơ bản
  • 2.2. Mô hình rối
  • 2.3. Mô hình cháy
  • 2.3.1. Tính toán các đại lượng của quá trình cháy
  • 2.3.1.1. Thành phần hỗn hợp
  • 2.3.1.2. Hàm mật độ xác suất (fdp)
  • 2.3.1.3. Hàm của biến phụ thuộc (f)
  • 2.3.2. Xác định vị trí màng lửa
  • 2.3.3. Tốc độ màng lửa chảy tầng
  • 2.3.3.1. Phân tích thành phần tốc độ lan tràn màng lửa
  • 2.3.3.2. Các công thức thực nghiệm tốc độ cháy chảy tầng
  • 2.3.4. Tốc độ cháy rối
  • 2.4. Kết luận

• Chương 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ PHUN NHIÊN LIỆU BIOGAS-HYDROGEN

  • 3.1. Thiết lập mô hình
  • 3.1.1. Xây dựng không gian tính toán và chia lưới
  • 3.1.2. Trình tự thực hiện mô phỏng
  • 3.2. Mô phỏng quá trình tạo hỗn hợp của động cơ
  • 3.2.1. Diễn biến quá trình nạp
  • 3.2.2. Ảnh hưởng của đường kính lỗ phun và áp suất phun
  • 3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng hydrogen
  • 3.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng CH4 trong biogas
  • 3.2.5. Ảnh hưởng của độ mở bướm ga
  • 3.2.6. Giản đồ phun nhiên liệu biogas-hydrogen
  • 3.3. Mô phỏng quá trình cháy và phát thải ô nhiễm của động cơ
  • 3.3.1. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm
  • 3.3.2. Ảnh hưởng của hệ số tương đương
  • 3.3.3. Ảnh hưởng của thành phần biogas
  • 3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng Hydrogen
  • 3.3.5. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ
  • 3.3.6. Ảnh hưởng của chế độ tải
  • 3.3.7. So sánh tính năng động cơ khi chạy bằng biogas và biogas pha hydrogen
  • 3.8. Kết luận

• Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

  • 4.1. Điều khiển điện tử vòi phun nhiên liệu biogas-hydrogen
  • 4.2. Điều chỉnh góc đánh lửa sớm động cơ chạy bằng hỗn hợp biogas-hydrogen
  • 4.2.1. Tốc độ cháy chảy tầng
  • 4.2.2. Mô hình vật lý điều chỉnh góc đánh lửa sớm
  • 4.3. Thiết lập ECU điều khiển động cơ biogas-hydrogen
  • 4.4. Cải tạo động cơ
  • 4.4.1. Sơ đồ hệ thống cải tạo động cơ
  • 4.4.2. Lắp đặt các bộ phận lên động cơ cải tạo
  • 4.5. Nghiên cứu thực nghiệm
  • 4.5.1. Chuẩn bị nhiên liệu
  • 4.5.2. Bố trí hệ thống thí nghiệm
  • 4.5.3. Trình tự thí nghiệm
  • 4.6. Kết quả thí nghiệm
  • 4.6.1. Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu
  • 4.6.2. Điều chỉnh góc đánh lửa sớm
  • 4.6.2.1. Kỹ thuật điều chỉnh góc đánh lửa sớm
  • 4.6.2.2. Ảnh hưởng của thành phần hydrogen đến góc đánh lửa sớm
  • 4.6.2.3. So sánh mô phỏng và thực nghiệm biến thiên góc đánh lửa sớm tối ưu theo H2/CH4
  • 4.6.3. Sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm động cơ tĩnh tại chạy bằng biogas-hydrogen có thành phần thay đổi
  • 4.7. Kết luận