Embed Size (px)
Citation preview
MỤC LỤC ISSN 1859-1531 - Tạp chí KHCN ĐHĐN, Số 01(86).2015
KHOA HỌC KỸ THUẬT
Ảnh hưởng của vận tốc đá dẫn và góc cao tâm của chi tiết đến độ nhám và độ không tròn của chi tiết khi mài vô tâm chạy dao hướng kính Influence of control wheel velocity and center height angle of workpiece on roughness and roundness error in plunge centerless
grinding
Ngô Cường, Phan Bui Khôi, Đỗ Đức Trung 1
Một số đặc điểm hóa sinh của nguyên liệu phục vụ chế biến dầu gan mực Biochemical characteristics of raw material used for processing squid liver oil
Bui Xuân Đông, Đặng Đức Long, Phạm Trần Vĩnh Phú, Tạ Ngọc Ly, Đoàn Thị Hoài Nam, Lê Lý Thùy Trâm, Võ Công Tuấn 5
Nghiên cứu ứng dụng máy lạnh ghép tầng trong kỹ thuật bảo quản máu và các chế phẩm từ máu Study of cascade refrigeration applications to technology of preserving blood and blood products
Hoàng Ngọc Đồng, Nguyễn Thành Văn, Lê Minh Trí 8
Tính chất và khả năng bảo vệ kim loại của màng polypyrrole pha tạp bằng anion hexafluorotitanate TiF62- Properties and corrosion protection for metal of polypyrrole film doped with hexafluorotitanate TiF62- anion
Lê Minh Đức, Nguyễn Thị Hường 12
Thực trạng cấp nước cho nhà cao tầng ở Đà Nẵng Water supply for high buildings in Danang and proposals for appropriate water supply
Mai Thị Thuy Dương 16
Phân tích biến thiên áp suất trong động cơ dual fuel biogas-diesel cho bởi mô phỏng và thực nghiệm In cylinder pressure analysis in biogas-diesel dual fuel engine by simulation and experiment
Bui Văn Ga, Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh, Võ Anh Vũ, Bui Văn Hung 24
Nghiên cứu ứng dụng đại số gia tử để điều khiển hệ thống gương mặt trời Research and application of hedge algebra to control the solar mirror system
Trần Hữu Châu Giang, Lê Thành Bắc 30
Nghiên cứu khả năng giảm phát thải khí CO2 thông qua áp dụng chương trình hành động sinh thái (eco action 21) đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại thành phố Đà Nẵng A study of evaluating CO2 emissions reduction by applying eco action 21 program at small & medium enterprises in Danang city
Hoàng Hải 35
So sánh sự đóng rắn ẩm ở nhiệt độ thường của các polysilazane bằng quang phổ hồng ngoại phản xạ - hấp thụ Moisture-curing comparison of different polysilazanes at room temperature by infrared reflectionabsorption spectroscopy
Nguyễn Thị Diệu Hằng, Nguyễn Đình Lâm 39
Mở rộng khả năng tạo mẫu nhanh trên máy phay CNC ba trục Expanding the capability of the 3-axis CNC milling machine for rapid prototyping
Bùi Minh Hiển, Phạm Văn Hiền 44
Mô phỏng thiết kế bộ điều khiển mờ cho robot di động Design and simulation of fuzzy control for mobile robot
Lưu Trọng Hiếu, Lê Hồng Lâm, Nguyễn Hữu Hiếu 48
Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng thứ cấp đến giá trị nội lực của kết cấu cầu cong bằng bê tông cốt thép Study on the effect of the secondary load to the instrinsic value of the curved bridge structure with reinforced concrete
Hoàng Phương Hoa 52
Nghiên cứu tận dụng nhiệt thải từ lò tráng bánh để sấy bánh tráng Research on recycling waste heat from rice paper stove for rice paper drying
Mã Phước Hoàng 58
Khảo sát sự tác động của tải trọng ngang đến ứng suất cắt - trượt trong kết cấu áo đường mềm Study of the effects of horizontal load on shear stress in flexible pavement structures
Phạm Kiên 62
Phạm vi sử dụng tín hiệu đèn tại nút giao thông vòng đảo ở thành phố Đà Nẵng Applicability of traffic signals at roundabouts in Danang city
Vũ Quý Lộc, Phan Cao Thọ, Trần Thị Phương Anh 66
Diode cộng hưởng đường hầm làm từ vật liệu lớp nguyên tử MoS2 Resonant tunneling diode made up of atomic-layered MoS2 materials
Nguyễn Linh Nam 70
Xây dựng mô hình điều khiển cho lò phản ứng liên tục CSTR (continous stirred tank reactor) Building control model for continuous stirred tank reactor
Mai Thị Đoan Thanh, Đoàn Quang Vinh 74
Một phương pháp mô phỏng ứng xử của kết cấu sử dụng mô hình response surface meta-model A method for structural behaviour simulation
Lê Khánh Toàn 79
Tiện nghi nhiệt trong một số giảng đường thông gió tự nhiên Thermal comfort in some naturally-ventilated lecture halls
Nguyễn Anh Tuấn, Lê Thị Kim Dung 85
Chẩn đoán mạch từ và các cuộn dây của máy biến áp lực bằng kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số quét Diagnosis of power transformer magnetic core and windings failure by sweep frequency response analysis
Đinh Thành Việt, Lê Hoài Sơn 90
Đánh giá các phương pháp điều khiển biến tần ba pha và sử dụng FPGA trong điều chế vector không gian Evaluation of the method of three-fhase inverter control and FPGA use in space vector modulation
Đoàn Quang Vinh, Nguyễn Hữu Việt Siêu 95
Định vị sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng số liệu đo lường từ hai đầu đường dây không sử dụng thông số và chiều dài đường dây Fault location on transmission lines using measurement signals from two-ends, not length of line and parameters
Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Xuân Tùng, Nguyễn Đức Huy 101
KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Xây dựng phân hệ xếp lịch thi và tích hợp vào hệ thống moodle tại Trường Đại học Kinh tế, Đại học Đà Nẵng Developing the exam time table plugin and integrating it into moodle at The University of Danang, University of Economics
Vũ Hà Tuấn Anh 104
Đánh giá rủi ro kim loại nặng trong trầm tích mặt ở hạ lưu sông Cu Đê bằng chỉ số rủi ro sinh thái tiềm năng (PERI) Ecological risk assessment of some heavy metals in surface sediments of Cude river downstream based on potential ecological risk
index (PERI)
Đoạn Chí Cường, Võ Văn Minh, Trần Ngọc Sơn 109
Xây dựng kho dữ liệu phục vụ hệ thống phát hiện sao chép Building a data warehouse for duplicate detection system
Châu Thuy Dương, Võ Trung Hung, Hồ Phan Hiếu 114
Nghiên cứu thiết kế giao thức xuyên lớp PHY, MAC, network nâng cao hiệu năng mạng ad-hoc đa chặng Research on the PHY, MAC, network cross-layer protocol design to improve the performance of multi-hop ad-hoc networks
Nguyễn Quang Khánh, Nguyễn Văn Đức 119
Xác định selenium trong mẫu địa chất bằng phương pháp trùng phùng gamma - gamma Determination of selenium in geology sample by gamma – gamma coincidence menthod
Trương Văn Minh, Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân Hải, Hồ Hữu Thắng, Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Giằng 124
Đa dạng thành phần loài rắn ở khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa, thành phố Đà Nẵng Diversity of snake composition of species from Ba Na – Nui Chua nature reserve in Danang city
Phạm Hồng Thái, Đinh Thị Phương Anh, Lê Nguyên Ngật 127
Tổng hợp phức lantan glutamat và thử nghiệm hoạt tính sinh học đến sự sinh trưởng và phát triển cây dưa leo Synthesis of glutamate lanthanum complex and surveying the biological activity on the growth and development of the cucumber
Nguyễn Minh Thông, Lê Thị Thu Trang, Phạm Thị Thùy Trang, Quách Xuân Quỳnh, Bùi Thị Ngọc Hân 130
Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển, năng suất và phẩm chất của giống dưa trời T3291 (Trichosanthes anguina l.) Trồng ở vụ xuân hè tại Đà Nẵng A study of the growth, development, productivity and quality of the trichosanthes T3291 planted in ecological conditions of the spring
- summer crop in Danang Nguyễn Thị Tuyết Trinh, Nguyễn Tấn Lê 135
24 Bùi Văn Ga, Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh, Võ Anh Vũ, Bùi Văn Hùng
PHÂN TÍCH BIẾN THIÊN ÁP SUẤT TRONG ĐỘNG CƠ DUAL FUEL
BIOGAS-DIESEL CHO BỞI MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
IN CYLINDER PRESSURE ANALYSIS IN BIOGAS-DIESEL
DUAL FUEL ENGINE BY SIMULATION AND EXPERIMENT
Bùi Văn Ga1, Nguyễn Việt Hải2, Nguyễn Văn Anh3, Võ Anh Vũ2, Bùi Văn Hùng2 1Bộ Giáo dục và Đào tạo; Email: [email protected]
2Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 3Trường Cao đẳng Công nghiệp Thừa Thiên Huế
Tóm tắt - Bài báo trình bày kết quả phân tích biến thiên áp suất trong xi lanh động cơ cho bởi mô phỏng và thực nghiệm trên động cơ dual fuel biogas-diesel được cải tạo từ động cơ diesel Vikyno EV2600-NB. Mô phỏng được thực hiện nhờ phần mềm FLUENT. Thực nghiệm được tiến hành trên băng thử động cơ AVL. Kết quả cho thấy công chỉ thị chu trình của động cơ cho bởi mô phỏng lớn hơn công chỉ thị chu trình thực nghiệm khoảng 8% trong phạm vi tốc độ động cơ từ 1000 vòng/phút đến 2000 vòng/phút. Công chỉ thị chu trình của động cơ cho bởi mô phỏng đạt giá trị cực đại khi
=1 trong khi đó công chỉ thị chu trình cho bởi thực nghiệm đạt giá
trị cực đại khi =1,1. Ở tốc độ định mức, công suất có ích của động cơ dual fuel thấp hơn công suất có ích của động cơ diesel nguyên thủy 12% khi chạy bằng biogas chứa 80% CH4 và 25% khi chạy bằng biogas chứa 60% CH4.
Abstract - The paper presents the results of analysis of pressure variation given by simulation and experiment in cylinder of biogas-diesel dual engine converted from Vikyno EV2600-NB diesel engine. Simulation was performed by the CFD software FLUENT. Experiment was conducted on the AVL engine dynamometer. The results showed that the indicated engine cycle work given by simulation is about 8% higher than that given by experiment in engine speed range from 1,000rpm to 2000rpm. The peak of
indicated engine cycle work given by simulation is found at =1.1
whereas that given by experiment is found at =1. At rated speed, brake power of dual fuel engine is less than that of original diesel engine about 12 % and 25% as engine fueled with biogas containing 80% CH4 and 60% CH4 respectively.
Từ khóa - động cơ biogas; động cơ dual-fuel; năng lượng tái tạo; áp suất buồng cháy; CFD.
Key words - biogas engine; dual-fuel engine, renewable energy, in cylinder pressure; CFD.
Ký hiệu:
n: Tốc độ động cơ (vòng/phút);
pi: Áp suất chỉ thị (bar);
Pe: Công suất có ích của động cơ (kW);
Wi: Công chỉ thị chu trình (J/chu trình);
: Hệ số tương đương của hỗn hợp biogas-không khí;
: Góc quay trục khuỷu ();
s: Góc phun sớm ();
m: Hiệu suất cơ giới.
1. Giới thiệu
Mô phỏng quá trình cháy động cơ dual fuel biogas
diesel được cải tạo từ động cơ diesel Vikyno EV2600-NB
đã được giới thiệu trong các công trình trước đây [1], [2].
Khác với động cơ đánh lửa cưỡng bức, động cơ dual fuel
biogas-diesel đánh lửa bằng tia phun mồi diesel, do đó
màng lửa xuất phát từ mũi tia phun nằm trong buồng cháy
omega chứ không phải nằm trên đỉnh buồng cháy. Sau khi
bén lửa, tia phun cháy nhanh tạo thành một đuốc lửa với
năng lượng lớn khiến cho hỗn hợp biogas-không khí được
chuẩn bị trước bốc cháy nhanh chóng. Điều này làm cho
đồ thị biến thiên áp suất của động cơ dual fuel khác với đồ
thị biến thiên áp suất của động cơ diesel.
Hình 1 giới thiệu một kết quả tính toán mô phỏng tiêu
biểu về nồng độ CH4, nhiệt độ và tốc độ trong buồng cháy
động cơ khi chạy ở tốc độ 1000 vòng/phút và 2000
vòng/phút với biogas chứa 60% CH4 ở vị trí góc quay trục
khuỷu 5 trước ĐCT. Phun mồi được thực hiện tại vị trí 25
trước ĐCT. Chúng ta thấy tại cùng một vị trí góc quay trục
khuỷu, khi tốc độ động cơ càng thấp thì màng lửa di chuyển
càng xa trục buồng cháy. Mặc dù khi tốc độ động cơ tăng
thì vận động xoáy lốc của hỗn hợp tăng làm tăng tốc độ
cháy nhưng yếu tố này không bù trừ được mức độ giảm
thời gian ứng với mỗi độ góc quay trục khuỷu.
Hình 1. Trường nồng độ CH4, trường nhiệt độ và trường tốc độ
của môi chất trong buồng cháy động cơ dual fuel biogas-diesel
khi chạy bằng biogas chứa 60% CH4 ở tốc độ 1000 vòng/phút và
2000 vòng/phút, góc phun sớm 25
Những kết quả tính toán mô phỏng cần được kiểm
chứng bằng thực nghiệm để đánh giá mức độ chính xác.
Trên cơ sở đó chúng ta có thể dùng mô phỏng để dự báo
tính năng công tác của động cơ dual fuel biogas-diesel mà
không cần phải làm thí nghiệm tốn kém.
Trong nghiên cứu này, thực nghiệm được tiến hành ở
Phòng Thí nghiệm Động cơ đốt trong thuộc Trường Đại
học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng. Đây là phòng thí nghiệm
được trang bị thiết bị đồng bộ của Hãng AVL. Hình 2 giới
thiệu hệ thống thí nghiệm. Băng thử APA 204 được điều
khiển và thu nhận dữ liệu qua hệ thống Puma. Lưu lượng
không khí được đo bằng lưu lượng kế ABB vận hành theo
nguyên lý sợi nóng. Lưu lượng biogas được đo bằng lưu
lượng kế điện tử kiểu chênh áp qua màng. Thiết bị Indiset
620 gắn kết với các cảm biến đo các thông số trong buồng
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 01(86).2015 25
cháy động cơ: áp suất buồng cháy, tín hiệu kích nổ, góc
đánh lửa hay góc phun sớm, độ nhấc kim phun đối với động
cơ diesel, xác định vị trí TDC. Encoder 364C được sử dụng
để chuyển đổi tốc độ góc của trục khuỷu động cơ sang tín
hiệu số. Nguồn dữ liệu trong thực nghiệm được phân tích
đánh giá và kết xuất bằng phần mềm chuyên dụng
Concerto. Áp suất trong buồng cháy được ghi nhận nhờ
cảm biến áp suất GU12P được lắp trực tiếp trong buồng
cháy động cơ. Tín hiệu của cảm biến được khuếch đại bởi
bộ khuếch đại tín hiệu điện áp 3067A01 Piezo Amplifier.
Dữ liệu thí nghiệm được ghi nhận, xử lý và truy suất nhờ
phần mềm IndiWin Software. Tín hiệu của các cảm biến
được chuyển vào máy tính thông qua bộ chuyển đổi AVL
620 Indiset.
Hình 2. Băng thử công suất APA 204 và động cơ dual fuel
biogas-diesel thử nghiệm Vikyno EV2600-NB
Thí nghiệm được tiến hành trước tiên bằng việc đo
lượng phun diesel cực đại và lượng diesel phun mồi. Khi
chạy bằng biogas, lượng diesel phun mồi được điều chỉnh
bằng 10% lượng phun cực đại nhờ vít hạn chế bơm cao áp.
Nhiên liệu biogas được lọc H2S và CO2 bằng NaOH trước
khi nén vào bình áp lực ở áp suất 100 bar. Trước khi làm
thí nghiệm, biogas được nạp vào túi chứa khí và được pha
trộn với CO2 để đảm bảo thành phần biogas theo yêu cầu.
Thành phần biogas được xác định bằng máy phân tích
biogas chuyên dụng GFM435.
Trong sử dụng người ta quan tâm nhiều đến công suất
động cơ dual fuel biogas-diesel so với công suất động cơ
diesel nguyên thủy. Thực tế cho thấy ta có thể thay đổi
lượng phun để điều chỉnh công suất động cơ theo yêu cầu
tải bên ngoài khi động cơ làm việc với biogas nghèo [3]
nhưng điều này làm giảm tính kinh tế của động cơ biogas
[4]. Do vậy trong vận hành động cơ, chúng ta duy trì lượng
phun diesel tối thiểu để đánh lửa và làm mát vòi phun.
Tippayawong và cộng sự [5] cho rằng công suất của động
cơ dual fuel biogas-diesel có thể đạt giá trị tương đương
công suất động cơ diesel nguyên thủy trong khi Mitzlaff và
cộng sự [6] chỉ ra rằng công suất động cơ dual fuel biogas-
diesel có thể cao hơn công suất động cơ diesel. Trong công
trình này chúng ta sẽ nghiên cứu cả thực nghiệm và mô
hình hóa biến thiên áp suất trong xi lanh động cơ để xác
định mức chênh lệch giữa công suất động cơ dual fuel so
với công suất động cơ diesel nguyên thủy.
2. Kết quả và bình luận
2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CH4 trong biogas
Hình 3a, Hình 3b, Hình 3c trình bày so sánh biến thiên
áp suất trong xi lanh động cơ dual fuel biogas-diesel khi
chạy bằng biogas chứa 60%, 70% và 80% CH4 ở tốc độ
2000 vòng/phút. Hệ số tương đương=1 và góc phun sớm
22,25 trước ĐCT. Các hình này cho thấy áp suất trong xi
lanh động cơ cho bởi mô phỏng cao hơn áp suất cho bởi
thực nghiệm trong quá trình cháy và dãn nở. Áp suất cực
đại cho bởi mô phỏng cao hơn áp suất cực đại thực nghiệm
khoảng từ 3% đến 10%. Chênh lệch giữa hai kết quả càng
cao khi hàm lượng CH4 trong biogas càng bé. Sự khác biệt
giá trị áp suất cho bởi mô phỏng và thực nghiệm có thể
được giải thích do những lý do: (1) mô phỏng tốc độ lan
tràn màn lửa theo thành phần biogas trong mô hình cao hơn
thực tế do sự hiện diện CO2 trong hỗn hợp cháy ảnh hưởng
đến tốc độ cháy lớn hơn dự kiến; (2) mô phỏng đánh lửa
(nguồn nhiệt hình trụ) trong mô hình tính toán có sự khác
biệt với thực tế diễn ra trong buồng cháy động cơ dual fuel
(tia phun cháy khuếch tán); (3) truyền nhiệt giữa môi chất
công tác và thành xi lanh trong mô hình chưa tính chi tiết
thành phần bức xạ do quá trình cháy khuếch tán tia phun
mồi.
(a)
(b)
Hình 3. So sánh biến thiên áp suất trong xi lanh động cơ cho
bởi mô phỏng và thực nghiệm trên động cơ dual fuel chạy ở tốc
độ 2000 vòng/phút với biogas chứa 60% CH4 (a), 70% CH4 (b)
và 80% CH4 (c); =1; s=25
Sự khác biệt đường cong áp suất dẫn đến sự biệt về đồ
thị công chu trình giới thiệu trên các Hình 4a, Hình 4b và
Hình 4c tương ứng với biogas chứa 60%, 70% và 80%
CH4. Trong quá trình nén, áp suất mô phỏng cao hơn áp
suất thực nghiệm làm giảm công chỉ thị mô phỏng. Ngược
lại áp suất mô phỏng trên đường dãn nở cao hơn áp suất
thực nghiệm làm tăng công chỉ thị mô phỏng. Hình 5 so
sánh công chỉ thị chu trình cho bởi mô phỏng và thực
nghiệm khi động cơ dual fuel chạy bằng biogas có thành
phần CH4 khác nhau với =1 ở tốc độ 2000 vòng/phút. Kết
quả so sánh này cho thấy sự khác biệt công chỉ thị cho bởi
mô hình và thực nghiệm giảm dần khi thành phần CH4
trong biogas tăng. Công chỉ thị chu trình cho bởi mô phỏng
0
20
40
60
180 240 300 360 420 480 540
pi (bar)
()
Mô phỏng
Thực nghiệm
0
20
40
60
80
180 240 300 360 420 480 540
pi (bar)
()
Mô phỏng
Thực nghiệm
26 Bùi Văn Ga, Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh, Võ Anh Vũ, Bùi Văn Hùng
cao hơn giá trị cho bởi thực nghiệm khoảng 10% với biogas
chứa 60% CH4 và 3% với biogas chứa 80% CH4.
(a)
(b)
Hình 4. So sánh đồ thị công chỉ thị cho bởi mô phỏng và thực
nghiệm trên động cơ dual fuel chạy ở tốc độ 2000 vòng/phút với
biogas chứa 60% CH4 (a), 70% CH4 (b) và 80% CH4 (c); =1;
s=22,25
Hình 5. So sánh công chỉ thị chu trình cho bởi mô phỏng và thực
nghiệm khi động cơ dual fuel chạy bằng biogas có chứa thành
phần CH4 khác nhau
2.2. Ảnh hưởng của hệ số tương đương
Các Hình 6a, Hình 6b và Hình 6c so sánh biến thiên áp
suất trong xi lanh động cơ cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
khi động cơ chạy ở tốc độ 1700 vòng/phút bằng biogas chứa
80% CH4 với hệ số tương đương =0,7, =0,9 và =1,1.
Chênh lệch áp suất giữa mô phỏng và thực nghiệm diễn ra
chủ yếu trên đường nén. Điều này có thể giải thích do trong
mô phỏng tốc độ cháy cao hơn so với thực. Chênh lệch áp
suất trên đường dãn nở cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
càng rõ nét khi hệ số tương đương càng giảm.
Các Hình 7a, Hình 7b và Hình 7c so sánh biến thiên
công chỉ thị chu trình theo hệ số tương đương khi động cơ
chạy bằng biogas có thành phần CH4 khác nhau ở các chế
độ tốc độ khác nhau. Kết quả so sánh trên các hình này cho
ta những nhận xét chúng: (1) các đường cong biến thiên
theo qui luật chung là có một giá trị mà ở đó công chỉ thị
chu trình đạt giá trị cực đại; (2) đường cong mô phỏng đạt
giá trị cực đại ứng với xấp xỉ 1 trong khi đó đường cong
thực nghiệm đạt giá trị cực đại ứng với xấp xỉ 1,1; (3)
chênh lệch giữa công chỉ thị cho bởi mô phỏng và thực
nghiệm dưới 10% ở tất cả các chế độ vận hành. Kết quả
tính toán công chỉ thị cho thấy khi càng bé thì mức độ
chênh lệch giữa công chỉ thị cho bởi mô phỏng và thực
nghiệm càng lớn. Mức độ chênh lệch 3% khi =1,1 và 10%
khi =0,7.
Các Hình 8a, Hình 8b và Hình 8c so sánh công suất có
ích của động cơ dual fuel cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
khi thành phần CH4 trong biogas cũng như tốc độ động cơ
thay đổi. Công suất có ích mô phỏng được tính toán từ công
chỉ thị chu trình và hiệu suất cơ giới. Kết quả so sánh trên
các Hình 8a, Hình 8b và Hình 8c cho thấy biến thiên công
suất có ích của động cơ dual fuel cho bởi mô phỏng rất phù
hợp với công suất có ích cho bởi thực nghiệm với giá trị
hiệu suất cơ giới m=0,85.
(a)
(b)
(c)
Hình 6. So sánh biến thiên áp suất trong xi lanh động cơ cho
bởi mô phỏng và thực nghiệm trên động cơ dual fuel chạy ở tốc
độ 1700 vòng/phút với biogas chứa 80% CH4, hệ số tương
đương =0,7 (a), =0,9 (b, =1,1 (c); s=22,25
0
20
40
60
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
pi (bar)
V (lít)
Mô phỏng
Thực nghiệm
0
20
40
60
80
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
pi (bar)
V (lít)
Mô phỏng
Thực nghiệm
800
900
1000
1100
1200
1300
60 64 68 72 76 80
Wi (
J/c
hu t
rình
)
% CH4
Mô phỏng
Thực nghiệm
0
20
40
60
180 240 300 360 420 480 540
pi (bar)
()
Mô phỏng Thực nghiệm
0
20
40
60
80
180 240 300 360 420 480 540
pi (bar)
()
Mô phỏng
Thực nghiệm
0
20
40
60
80
180 240 300 360 420 480 540
pi (bar)
()
Mô phỏng
Thực nghiệm
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 01(86).2015 27
(a)
(b)
Hình 7. So sánh biến thiên công chỉ thị theo hệ số tương đương
cho bởi mô phỏng và thực nghiệm trên động cơ dual fuel
s=22,25; (a) 60% CH4, n=2200 vòng/phút; (b) 70% CH4,
n=1200 vòng/phút; (c) 80% CH4, n=1300 vòng/phút
(a)
(b)
(c)
Hình 8. So sánh biến thiên công suất có ích của động cơ theo hệ
số tương đương cho bởi mô phỏng và thực nghiệm trên động cơ
dual fuel s=22,25; (a) 60% CH4, n=2200 vòng/phút; (b) 70%
CH4, n=1200 vòng/phút; (c) 80% CH4, n=1300 vòng/phút
2.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ
Hình 9a và Hình 9b so sánh biến thiên áp suất trong xi
lanh cho bởi mô phỏng và thực nghiệm khi động cơ chạy ở
tốc độ 1200 vòng/phút và 2000 vòng/phút với biogas chứa
70% CH4 và hệ số tương đương =1,1. Kết quả cho thấy
áp suất cho bởi mô phỏng cao hơn áp suất thực nghiệm
nhưng giá trị chênh lệch không lớn và hầu như không phụ
thuộc vào tốc độ động cơ. Các Hình 10a và Hình 10b so
sánh đồ thị công cho bởi mô phỏng và thực nghiệm. Khi
tốc độ động cơ biến thiên từ 1200 vòng/phút đến 2000
vòng/phút, công chỉ thị cho bởi mô phỏng lớn hơn công chỉ
thị cho bởi thực nghiệm khoảng 8%. Do đó trong thực tiễn
chúng ta có thể sử dụng tỉ lệ này để điều chỉnh công chỉ thị
cho bởi mô phỏng để đạt được giá trị thực nghiệm.
Hình 11a so sánh biến thiên công chỉ thị chu trình theo
tốc độ động cơ khi chạy bằng biogas chứa 60% và 80%
CH4 cho bởi mô phỏng và thực nghiệm. Hệ số tương đương
của hỗn hợp được giữ cố định =1,1 và góc phun sớm 22,5
trong cả tính toán mô phỏng và thực nghiệm. Theo kết quả
nghiên cứu đồ thị áp suất cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
ở phần trên thì công chỉ thị chu trình cho bởi mô phỏng lớn
hơn công chỉ thị chu trình cho bởi thực nghiệm khoảng 8%.
Hình 11b cho thấy biến thiên công chỉ thị chu trình theo tốc
độ động cơ cho bởi mô phỏng nhân với hệ số 0,92 phù hợp
với công chỉ thị cho bởi thực nghiệm.
Công suất chỉ thị của động cơ tỉ lệ với công chỉ thị chu
trình và tốc độ động cơ. Do công chỉ thị chu trình giảm khi
tốc độ động cơ tăng nên đường đặc tính công suất chỉ thị
theo tốc độ động cơ không tuyến tính. Hình 12 so sánh
đường đặc tính ngoài của động cơ dual fuel khi chạy bằng
biogas chứa 60% CH4 và 80% CH4 cho bởi mô phỏng và
thực nghiệm. Hiệu suất cơ giới của động cơ được chọn
m=0,85. Chúng ta thấy kết quả cho bởi mô phỏng rất phù
hợp với kết quả cho bởi thực nghiệm. So với công suất
động cơ diesel nguyên thủy ở tốc độ định mức 2200
vòng/phút, công suất động cơ dual fuel nhỏ hơn khoảng
12% khi chạy bằng biogas chứa 80% CH4 và nhỏ hơn
khoảng 25% khi chạy bằng biogas chứa 60% CH4. Như vậy
khác với nhận nhận định của Tippayawong [5] và Mitzlaff
[6], công suất của động cơ dual fuel thực tế giảm đáng kể
so với công suất động cơ diesel nguyên thủy. Điều này có
thể giải thích do góc phun sớm của động cơ dual fuel giữ
cố định như góc phun sớm của động cơ diesel. Trong thực
tế góc đánh lửa sớm tối ưu của động cơ biogas lớn hơn
nhiều so với động cơ sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền
thống [7]. Do đó để cải thiện công suất động cơ dual fuel,
chúng ta cần thay đổi góc phun sớm của động cơ. Tuy
nhiên điều này có thể gây trở ngại về mặt kỹ thuật khi động
cơ sử dụng lại diesel.
200
400
600
800
1000
1200
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Wi (
J/c
hu t
rình
)
Mô phỏng
Thực nghiệm
200
400
600
800
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Wi (
J/c
hu t
rình
)
Mô phỏng
Thực nghiệm
2
4
6
8
10
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Pe (
kW
)
Mô phỏng
Thực nghiệm
2
4
6
8
10
12
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Pe (
kW
)
Mô phỏng
Thực nghiệm
4
6
8
10
12
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Pe (
kW)
Mô phỏng
Thực nghiệm
28 Bùi Văn Ga, Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh, Võ Anh Vũ, Bùi Văn Hùng
(a)
(b)
Hình 9. So sánh đồ thị áp suất cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
trên động cơ dual fuel =1,1; s=22,25; (a) n=1200 vòng/phút;
(b) n=2000 vòng/phút; Biogas chứa 70% CH4
(a)
(b)
Hình 10. So sánh đồ thị công cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
trên động cơ dual fuel =1,1; s=22,25; (a) n=1200
vòng/phút; (b) n=2000 vòng/phút; Biogas chứa 70% CH4
(a)
(b)
Hình 11. So sánh biến thiên công chỉ thị cho bởi mô phỏng và
thực nghiệm trên động cơ dual fuel khi chạy bằng biogas =1,1;
s=22,25; (a) chưa hiệu chỉnh; (b) hiệu chỉnh giảm 8% công chỉ
thị cho bởi mô phỏng
Hình 12. So sánh đường đặc tính ngoài của động dual fuel khi
chạy bằng biogas chứa 60% CH4 () và 80% CH4 (); =1,1;
s=22,25; m=0,85 cho bởi mô phỏng và thực nghiệm và mức
độ chênh lệch giữa đường đặc tính ngoài của động cơ khi chạy
bằng diesel và biogas
3. Kết luận
Kết quả nghiên cứu trên đây cho phép chúng ta rút ra
những kết luận sau:
- Công chỉ thị chu trình của động cơ cho bởi mô phỏng
đạt giá trị cực đại ứng với =1 khi động cơ chạy ở tốc độ
cho trước bằng biogas có thành phần cho trước. Công chỉ
thị chu trình cho bởi thực nghiệm đạt giá trị cực đại ứng
với =1,1.
- Có thể sử dụng phương pháp mô phỏng để dự đoán
tính năng công tác của động cơ dual fuel biogas-diesel.
Công chỉ thị chu trình của động cơ cho bởi mô phỏng lớn
hơn công chỉ thị chu trình thực nghiệm khoảng 8% khi
trong phạm vi tốc độ động cơ từ 1000 vòng/phút đến 2000
vòng/phút.
0
20
40
60
180 240 300 360 420 480 540
pi (bar)
()
Mô phỏng Thực nghiệm
0
20
40
60
80
180 240 300 360 420 480 540
pi (bar)
()
Mô phỏng Thực nghiệm
pi (bar)
V (lít)
Mô phỏng Thực nghiệm
0
20
40
60
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0
20
40
60
80
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
pi (bar)
V (lít)
Mô phỏng Thực nghiệm
600
800
1000
1200
1400
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Wi (
J/c
hu t
rình
)
n (vòng/phút)
Mô phỏng
Thực nghiệm
Mô phỏng
Thực nghiệm
600
700
800
900
1000
1100
1200
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Wi (
J/c
hu t
rình
)
n (vòng/phút)
Biogas chứa 80% CH4
Mô phỏng
Thực nghiệm
Mô phỏng
Thực nghiệm Biogas chứa
60% CH4
4
6
8
10
12
14
16
18
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Pe (
kW
)
n (vòng/phút)
Mô phỏng
Thực nghiệm Biogas chứa
60% CH4
Biogas chứa 80% CH4 Mô phỏng
Thực nghiệm
Diesel
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 01(86).2015 29
- Ở điều kiện tốc độ định mức, công suất có ích của
động cơ dual fuel thấp hơn công suất có ích của động cơ
diesel nguyên thủy 12% khi chạy bằng biogas chứa 80%
CH4 và 25% khi chạy bằng biogas chứa 60% CH4. Để cải
thiện công suất có ích của động cơ dual fuel chúng ta cần
tăng góc phun sớm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Văn Ga, Phan Minh Đức, Nguyễn Văn Anh: Ảnh hưởng của các
yếu tố khác nhau đến quá trình đánh lửa của hỗn hợp biogas-không
khí bằng ngọn lửa mồi Diesel. Hội nghị Cơ học Thủy Khí toàn quốc,
Cửa Lò, 21-23/7/2011, pp.117-124
[2] Trần Thanh Hải Tùng, Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến: Nghiên cứu quá
trình cháy nhiên liệu Biogas được đánh lửa bằng phun mồi Diesel.
Hội nghị Cơ học Thủy Khí toàn quốc, Cửa Lò, 21-23/7/2011, pp.
653-660
[3] Ga Bui Van, Nam Tran Van, Xuan Nguyen Thi Thanh, Dong
Nguyen Van, Thong Nguyen Minh: Utilization of Poor Biogas in
Biogas -Diesel Dual Fuel Engine. Da Nang International Forum on
Green Technology and Management-IFGTM 2011, Danang City on
July 28-29, 2011, pp. 41-50
[4] Bui Van Ga, Tran Thanh Hai Tung, Le Minh Tien, Le Xuan Thach:
Economy analysis of different operation modes of biogas engines
converted from gasoline/diesel engines. National Conference on
Fluid Mechanic, QuiNhon, 22-24/7/2010, pp.185-192
[5] N. Tippayawong, , A. Promwungkwa, P. Rerkkriangkrai: Long-term
operation of a small biogas/diesel dual-fuel engine for on-farm
electricity generation. Biosystems Engineering, Volume 98, Issue 1,
September 2007, Pages 26–32
[6] Klaus von Mitzlaff, Moses H. Mkumbwa: Performance of A Small
Diesel Engine Operating in a Dual Fuel Mode with Biogas. Biogas
Technology, Transfer and Diffusion 1986, pp 343-354
[7] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Minh Tiến, Lê Xuân Thạch: Ảnh
hưởng của thành phần CH4, góc đánh lửa sớm và tỉ số nén đến tính
năng động cơ biogas. Tạp chí Giao thông Vận tải, 5-2013, pp. 7-9
và 13.
(BBT nhận bài: 05/01/2014, phản biện xong: 15/01/2014)
