Ứng dụng phần mềm fluent tính toán mô phỏng quá trình cháy động cơ vikyno RV125 2 sử dụng hệ thống nhiên liệu kép CNG disel

Nh ng lo i nhiên li u ó thể ùng thay th ho xăng vƠ ầu diesel hi n n y: + Nh ng khí thiên nhiên: Khí thiên nhiên n n CNG Compressed Natural Gas, khí thiên nhiên hó l ng LNG Liquefied Natu

M C C

Lụ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN iii

L I C M N iv

TịM T T v

M C L C vii

DANH M C CÁC Kụ HI U VÀ CH VI T T T x

DANH M C CÁC B NG xii

DANH M C CÁC HỊNH NH xiii

CH NG 1 T NG QUAN 1

1.1 T ng quan chung về l nh vự nghiên ứu 1

1.1.1 Nhu cầu s d ng đ ng đ t trong t i Vi t Nam 1

1.1.2 T nh h nh s n xuất, nhu cầu s d ng đ ng iesel 1 xil nh t i Vi t Nam 1 1.1.3 Nhiên li u th y th 3

1.1.4 T nh h nh nghiên ứu s ng CNG trên th gi i 7

1.1.5 T nh h nh nghiên ứu s ng CNG t i Vi t N m 9

1.2 M tiêu vƠ đ i t ng nghiên ứu 11

1.2.1 M tiêu nghiên ứu 11

1.2.2 Đ i t ng nghiên ứu 12

1.3 Nhi m v vƠ gi i h n ủ đề tƠi 12

1.3.1 Nhi m v củ đề tƠi 12

1.3.2 Gi i h n củ đề tƠi 12

1.4 ụ ngh kho h vƠ thự ti n ủ đề tƠi 12

1.5 Ph ng pháp nghiên ứu 12

1.6 K t lu n 13

CH NG 2 C S Lụ THUY T 14

2.1 Lý thuy t ủ òng h y r i 14

2.2 Lý thuy t quá tr nh háy nhiên li u khí 17

2.2.1 Lý thuy t háy ủ h n h p không hò tr n tr 17

2.2.1.1 Lý thuy t về thƠnh phần h n h p 17

Đ nh ngh thƠnh phần h n h p 17

b Cá ph ng tr nh huyển đ i v i thƠnh phần h n h p 19

ThƠnh phần h n h p theo h s t ng đ ng 20

M i qu n h gi f v i thƠnh phần kh i l ng á hất, kh i l ng riêng vƠ nhi t đ 21

2.2.1.2 Mô h nh t ng tá gi r i vƠ hó h 22

Mô t hƠm m t đ xá suất 22

b Đ o hƠm á giá tr đ i l ng trung b nh từ thƠnh phần h n h p 23

D ng gi đ nh ủ hƠm p f 24

2.2.2 Lý thuy t quá tr nh háy h n h p hò tr n tr 26

2.2.2.1 T ng qu n 26

2.2.2.2 L n trƠn mƠng l 27

2.2.2.3 T đ mƠng l r i 28

2.2.2.4 T đ mƠng l h y tầng 29

2.2.2.5 Mô h nh háy h n h p hò tr n tr trong FLUENT 30

Tính toán nhi t đ 30

b Tính toán kh i l ng riêng 31

2.2.3 Lý thuy t quá tr nh háy hò tr n tr b 32

2.2.3.1 T ng qu n 32

2.2.3.2 Tính toán á đ i l ng 32

2.2.3.3 T đ mƠng l h y tầng 33

C s li u t đ mƠng l h y tầng 33

b T ng qu n xá đ nh t đ háy h y tầng b ng thự nghi m 35

2.3 Đặ điểm hung ủ h th ng nhiên li u k p CNG-Diesel 38

2.4 Gi i thi u phần mềm FLUENT 39

2.4.1 Gi i thi u về phần mềm đ ng lự h thủy khí FLUENT 6.3 39

2.4.2 Gi i thi u về phần mềm GAMBIT 2.4 41

2.5 K t lu n 43

CH NG 3 H TH NG NHIÊN LI U Đ NG C VIKYNO RV125-2 44

3.1 Gi i thi u về đ ng Diesel Vikyno RV125-2 44

3.1.1 Gi i thi u hung 44

3.1.2 H th ng nhiên li u đ ng Vikyno RV125-2 47

3.2 H th ng nhiên li u k p CNG-Diesel trên đ ng Vikyno RV125-2 48

3.2.1 Cấu t o hung 48

3.2.2 Nguyên lý ho t đ ng ủ h th ng CRDI s ng nhiên li u k p 52

3.3 K t lu n 53

CH NG 4 MỌ HỊNH HịA QUÁ TRỊNH CHÁY NHIÊN LI U K P CNG-DIESEL TRONG Đ NG C VIKYNO RV125-2 54

4.1 Tính toán mô ph ng quá tr nh háy 54

4.1.1 Thi t l p mô h nh trên G mbit 2.4 v i á điều ki n biên 54

4.1.1.1 Kí h th h nh h ủ mô h nh 54

4.1.1.2 Ph ng pháp hi l i mô h nh 55

4.1.1.3 Thi t l p mô h nh trên GAMBIT 56

4.1.2 Tính toán mô ph ng v i phần mềm FLUENT 58

4.1.2.1 CƠi đặt á thông s mô h nh 58

4.1.2.2 Kh i đ ng tính toán vƠ x lý k t qu 59

4.2 Đánh giá quá tr nh háy 59

4.2.1 Di n bi n quá tr nh háy 59

4.2.2 Đánh giá nh h ng ủ á y u t v n hƠnh 65

4.2.2.1 nh h ng ủ gó phun s m 65

4.2.2.2 nh h ng ủ đ đ m đặ h n h p 67

4.2.2.3 nh h ng ủ t đ đ ng đ n quá tr nh háy 71

4.3 So sánh k t qu mô ph ng v i thự nghi m 75

4.3.1 Đo ông suất ủ đ ng 75

4.3.2 So sánh k t qu ho b i mô ph ng vƠ thự nghi m 76

4.4 K t lu n 77

K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 79

A K t lu n 79

B H ng phát triển ủ đề tƠi 80

TÀI LI U THAM KH O 81

 CNG Compressed Natural Gas Khí thiên nhiên n n

 CFD Computational Fluid Dynamics Mô ph ng ĐLH thủy khí trên máy tính

 LNG Liquefied Natural Gas Khí thiên nhiên hó l ng

 LPG Liquefied Petroleum Gas Khí ầu m hó l ng

 RNG Re-Normalisation Group Mô h nh k - ɛ đ n gi n hó theo nhóm

 RSM Reynolds Stress Models Mô h nh ứng suất Reynol s

 LES Large Eddy Simulation Mô h nh xoáy l n

 EVM Eddy Viscovity Models Mô h nh đ nh t đ ng

 EDC Eddy-Dissipation-Concept Mô h nh tiêu tán xoáy r i

 SLF Steady Laminar Flamelet Ng n l h y tầng n đ nh

 ULF Unsteady Laminar Flamelet Ng n l h y tầng không n đ nh

 SAE Society of Automotive Engineers Hi p h i kỹ s ô tô Ho Kỳ

 VEAM T ng ông ty Máy Đ ng lự & Máy Nông nghi p Vi t N m

 SVEAM Công ty TNHHMTV Đ ng & Máy Nông nghi p Miền N m

DANH M C CỄC B NG

B n 1 1 Ngu n đ ng lự ùng trong nông nghi p nông thôn 1

B n 1 2 ThƠnh phần nguyên t , đặ tính ủ CNG vƠ nhiên li u iesel 5

B n 2 1 Giá tr ủ á h s ủ ph ng tr nh 2.47 35

B n 2 2 Giá tr á h s ph ng tr nh 2.49 36

B n 3 1 Thông s kỹ thu t ủ đ ng Vikyno RV125-2 45

B n 4 1 Cá thông s tiêu biểu ủ mô h nh mô ph ng 60

B n 4 2 Giá tr thƠnh phần h n h p (f) theo h s t ng đ ng () 67

B n 4 3 Giá tr đo đặ tính ngoƠi ủ đ ng Vikyno RV125-2 75

DANH M C CỄC HỊNH NH

Hìn 1 1 Biểu đ phơn b tr l ng CNG trên toƠn ầu 7

Hìn 1 2 Ọ tô Bus Super Aero City_CNG o Hyun i s n xuất 8

Hìn 1 3 Biểu đ ự ki n tăng tr ng ủ vi s ng CNG 9

Hìn 1 4 Tr m ung ấp khí CNG t i V ng TƠu 10

Hìn 2 1 Qu n h gi ffuel, fsecvƠ fox 18

Hìn 2 2 Qu n h gi ffuel, fsecvƠ psec 18

Hìn 2 3 Biểu i n đ th hƠm m t đ xá suất p(f)[12] 23

Hìn 2 4 Ví hƠm p f elt k p 24

Hìn 2 5 Sự ph thu logi ủ á đ i l ng trung b nh ̅ vƠo f, f '2 vƠ mô h nh hó h (h th ng đo n nhi t, m t thƠnh phần h n h p)[12] 25

Hìn 2 6 nh h ng ủ áp suất đ n bi n thiên t đ háy CH4 theo  nhi t đ 400K [21] 34

Hìn 2 7 nh h ng áp suất đ n bi n thiên t đ háy theo nhi t đ  = 1 34

Hìn 2 8 nh h ng ủ nhi t đ đ n t đ háy h y tầng ủ h n h p CH4 không khí b lƠm bẩn p =3,5 tm vƠ  = 1 [22] 36

Hìn 2 9 nh h ng ủ áp suất đ n t đ háy h y tầng ủ h n h p CH4 -không khí b lƠm bẩn T=350K vƠ  = 1 [22] 37

Hìn 2 10 K t qu thự nghi m bi n thiên t đ háy h y tầng theo t l á hất khí lƠm bẩn h n h p khá nh u (Ng n l CH4/không khí, p = 0,1 MP , T= 393 K,  = 1) [23] 37

Hìn 2 11 nh h ng ủ CO2 đ n t đ háy h y tầng ủ h n h p CH4/không khí áp suất 1b r vƠ 298K [24] 38

Hìn 3 1 Đ ng Vikyno RV125-2 44

Hìn 3 2 Đ th đặ tính ngoƠi ủ đ ng theo nhƠ s n xuất.[29] 46

Hìn 3 3 Mặt t ng ng đ ng RV125-2[9] 46

Hìn 3 4 Mặt t đ ng RV125-2[9] 47

Hìn 3 5 H th ng nhiên li u nguyên thủy đ ng RV125-2[8] 48

Hìn 3 6 S đ kh i h th ng CRDI s ng nhiên li u k p CNG-Diesel[8]

49

Hìn 3 7 S đ ấu t o ủ h th ng CRDI s ng nhiên li u k p CNGậDiesel trên đ ng Vikyno RV125-2[8] 49

Hìn 3 8 Mô h nh đ ng Vikyno RV125-2 nh n từ bên ph i 50

Hìn 3 9 Mô h nh đ ng Vikyno RV125-2 nh n từ bên trái 50

Hìn 3 10 B ng điều khiển đ ng Vikyno RV 125-2 51

Hìn 3 11 C ấu n đ ng b m o áp 51

Hìn 3 12 C m bi n áp suất ng r il 51

Hìn 3 13 C m bi n t đ đ ng 51

Hìn 3 14 ToƠn b h th ng s u khi l p đặt 51

Hìn 3 15 S đ kh i điều khiển phun Diesel vƠ khí CNG b ng đi n t ủ h th ng CRDI trên đ ng Vikyno RV125-2[8] 52

Hìn 4 1 S đ xi l nh vƠ bu ng háy đ ng 54

Hìn 4 2 Mô h nh bu ng háy vƠ xi l nh đ ng VikynoRV125-2 56

Hìn 4 3 Chi l i mô h nh bu ng háy vƠ xi l nh đ ng ng 3D 57

Hìn 4 4 Xá l p điều ki n biên ho mô h nh 57

Hìn 4 5 Di n bi n n ng đ CH4 vƠ nhi t đ trong bu ng háy đ ng Vikyno RV125-2 (n = 2200 vòng/phút; s = 20;  = 1) 61

Hìn 4 6 Tr ng t đ ủ môi hất ông tá trong bu ng háy đ ng Vikyno RV125-2 v trí 330 (n=2200 v/p; s =20;  = 1) 61

Hìn 4 7 Bi n thiên n ng đ O2 trong quá tr nh háy nhiên li u k p ủ đ ng

Vikyno RV125-2 (n=2200 v/p; s =20;  = 1) 62

H ìn 4 8 Bi n thiên n ng đ CH4 trong quá tr nh háy nhiên li u k p ủ đ ng

Vikyno RV125-2 (n=2200 v/p; s =20;  = 1) 62

Hìn 4 9 Bi n thiên nhi t đ trong quá tr nh háy nhiên li u k p CNG-Diesel ủ đ ng Vikyno RV125-2 (n=2200 v/p; s =20;  = 1) 63

Hìn 4 10 Bi n thiên áp suất trong quá tr nh háy nhiên li u k p CNG-Diesel ủ đ ng Vikyno RV125-2 (n = 2200 v/p; s =20;  = 1) 63

Hìn 4 11 Đ th ông h th ủ đ ng Vikyno RV125-2 ùng nhiên li u k p CNG-Diesel (n = 2200 v/p; s =20;  = 1) 64

Hìn 4 12 Sự h nh thƠnh n ng đ CO trong quá tr nh háy nhiên li u k p đ ng

Vikyno RV125-2 (n = 2200 v/p; s =20;  = 1) 64

Hìn 4 13 Áp suất h th trong quá tr nh háy nhiên li u k p ứng v i s: 10, 20, 30, 40 đ , n = 2000 v/p;  = 1 65

Hìn 4 14 Đ th ông h th ứng v i s : 10, 20, 30, 40 đ , n = 2000 v/p;  = 1, 66 Hìn 4 15 nh h ng ủ gó phun s m đ n ông h th hu tr nh Wi (s : 10, 20, 30, 40 đ , n = 2000 v/p;  = 1 66

Hìn 4 16 Bi n thiên n ng đ O2 (n = 2000v/p; s = 200) 67

Hìn 4 17 Bi n thiên n ng đ CH4 (n = 2000v/p; s = 20 0 ) 68

Hìn 4 18 Sự phát sinh n ng đ CO trong quá tr nh háy nhiên li u k p (n = 2000v/p; s = 200) 68

Hìn 4 19 Bi n thiên nhi t đ trung b nh ủ môi hất trong bu ng háy (n = 2000 v/p; s = 200 ) 69

Hìn 4 20 Áp suất h th theo đ đ m đặ ủ h n h p theo gó qu y tr khuỷu (n = 2000 v/p; s = 200) 69

Hìn 4 21 Công h th ủ đ ng Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p (n = 2000 v/p; s = 200) 70

Hìn 4 22 Bi n thiên ông h th ủ hu tr nh theo đ đ m đặ h n h p 70

Hìn 4 23 Di n bi n quá tr nh háy đ ng Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p (s = 350; s = 200,  = 1) 71

Hìn 4 24 Di n bi n quá tr nh háy đ ng Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p (s = 360; s = 200,  = 1) 72

Hìn 4 25 Áp suất h th ủ hu tr nh theo t đ đ ng ( = 1, s = 200) 73

Hìn 4 26 Công h th ủ hu tr nh theo t đ đ ng ( = 1, s = 200) 73

Hìn 4 27 Đ th ông h th hu tr nh (Wi) theo t đ đ ng (=1, s=200) 74

Hìn 4 28 Đ th ông suất h th (Ni) theo t đ đ ng ( = 1, s = 200) 74

Hìn 4 29 ToƠn nh quá tr nh th nghi m đ ng 75

Hìn 4 30 Biểu đ mô men đ ng 76

Hìn 4 31 Biểu đ ông suất đ ng 76

Hìn 4 32 So sánh ông suất ó í h ủ đ ng gi mô ph ng vƠ thự nghi m 77

CH NG 1

T NG QUAN1.1 T ng quan chung v lĩn v c n ên c u

1.1.1 Nhu c u s d ng độn cơ đ t trong t i Vi t Nam

Theo th ng kê ủ t ng Th ng kê tính đ n năm 2011 th s l ng máy

mó ph v ho quá tr nh gi i hó trong nông nghi p vƠ nông thôn đƣ vƠ đ ng tăng lên đáng kể so v i năm 2007 (B ng 1.1)

Bảng 1.1 NgỐ n động lực dùng trong nông nghiệp nông thôn. [1]

Năm S l ng Máy k o, máy Ơy

l n 35 HP

Máy k o, máy Ơy trung 12-35HP

Máy k o, máy Ơy

nh i 12HP

Đ ng , máy phát

đi n

Ph ng ti n

v n huyển trên đ ng

b

Ph ng ti n

v n huyển trên đ ng thủy

2011 C ái 32700 207112 275131 776261 202664 153790

2007 C ái 24380 105180 266098 600000 70289 95.735

1.1.2 Tìn ìn s n xuất và nhu c u s d ng độn cơ d esel 1 xi lanh t i Vi t Nam

Tr nhu ầu rất l n ủ đ ng đ t trong, t thấy đ r ng đ ng Diesel ó ông suất nh mƠ ph bi n nhất lƠ đ ng 1 xi lanh đ ng đ s ng rất r ng rƣi trong l nh vự nông nghi p t i á vùng nông thôn Đơy hính lƠ ngu n

đ ng lự đ hu ng trong ông u gi i hoá nông nghi p hi n n y

Đất n t v n lƠ m t đất n nông nghi p V v y trong hi n l phát triển kinh t nh m đẩy nh nh m tiêu ông nghi p hoá, hi n đ i hó đất n , vi

phát triển nền s n xuất nông nghi p theo h ng hi n đ i lƠ m t m tiêu vƠ yêu ầu

ấp thi t

Trong t nh h nh ngu n l o đ ng trong l nh vự nông nghi p ngƠy Ơng huyển s ng á l nh vự khá , nên húng t ph i nh nh hóng ứng ng nh ng ti n

b kho h vƠ ông ngh , đẩy m nh đi n khí hoá vƠ gi i hoá nh m tăng i n

tí h kh i thá , tăng s n l ng tiêu th vƠ năng suất, đáp ứng nhu ầu trong n c

ng nh xuất khẩu

Để tăng t l gi i hoá nông nghi p th vi s ng đ ng đ t trong

ng hi m m t phần rất l n Kh o sát s b đặ điểm ấu nông nghi p á khu

vự miền Trung ậ Tơy Nguyên ậ N m B t nh n thấy:

M n Đôn N m bộ: Đ ng N i, B nh D ng, B nh Ph , Tơy Ninh…vv

Nông nghi p phát triển hủ y u lƠ ơy ông nghi p, lú n , ho mƠu… o

đặ tính vùng lƠ đ ng trong quá tr nh h nh thƠnh vƠ phát triển á khu ông nghi p

o v y vi thu hút l o đ ng từ nông ơn huyển s ng ông nhơn v i t đ rất l n

n t i t nh tr ng thi u th n ngu n nhơn ông trầm tr ng Vi gi i hoá nông nghi p l i Ơng tr nên ần thi t khu vự nƠy Yêu ầu ngu n đ ng lự ph v từ khơu lƠm đất, hăm só , thu ho h ơy ông nghi p, ơy lú vƠ ho mƠu lƠ rất bứ

thi t

M n Trun ậ Tây N uyên: Đ kL k, Đ k Nông, Gi L i, Kon Tum, Lơm

Đ ng, Qu ng N m, Qu ng Ngƣi, B nh Đ nh, Phú Yên, B nh Thu n,…vv

LƠ vùng đất phát triển hủ y u lƠ ơy ông nghi p nh : o su, Ơ phê, tiêu, điều… Nhu ầu ho vi hăm só , t i n … lƠ vô ùng l n V i đặ tính ủ

á lo i ơy trên gần nh m i gi đ nh thơm nh ơy ông nghi p đều ó i n tí h khá l n, o điều ki n đ lý lƠ vùng đ i núi á h x khu đô th o v y nhu ầu v n huyển b ng xe ông nông lƠ rất ần thi t

M n Tây ậ N m bộ: Long An, Tiền Gi ng, V nh Long, Cần Th , An

Gi ng, Kiêng Gi ng, B n Tre, TrƠ Vinh…vv…

NgƠnh nông nghi p phát triển rất đ ng từ lú n , trái ơy ăn qu đ n nuôi tr ng thủy h i s n Nhu ầu hủ y u lƠ máy đ ng lự ph v á khơu lƠm

đất, hăm só , thu ho h vƠ s u thu ho h lƠ rất cao V i ngƠnh nuôi tr ng thủy s n

th nhu ầu l i Ơng l n vƠ đặ bi t lƠ á máy ó hất l ng o

Qua đó, t nh n thấy nhu ầu s ng đ ng đ t trong nói hung vƠ đ ng iesel nói riêng trong ho t đ ng s n xuất nông nghi p nông thôn lƠ rất l n Thự

tr ng hi n n y lƠ l ng máy mó ph v ho nông nghi p v n h thể đáp ứng nhu ầu ng i nông ơn về hất l ng vƠ s l ng

Hi n nay, th tr ng đ ng iesel nh ( i 30 mƣ lự ), máy k o vƠ máy nông nghi p ó thể phơn lƠm 3 m ng hính:

th h đ ng RV ự trên á thi t k m u của KUBOTA (Nh t B n) Trong s

đó ó đ ng diesel Vikyno RV125-2 m t xi l nh, ó ông suất 12,5 HP [29]

Tuy nhiên, o h th ng nhiên li u đ điều khiển hoƠn toƠn b ng khí nên khi ho t

đ ng, đ ng nƠy v n h đáp ứng đ á yêu ầu kỹ thu t nh kh năng gi

t k m, đ khói o, gơy ô nhi m môi tr ng vƠ suất tiêu h o nhiên li u l n Đơy

ng lƠ m t nh điểm t n t i trên hầu h t á lo i đ ng iesel s d ng trong nông nghi p hi n nay

1 1 3 N ên l u t y t

Hi n n y, trên th gi i nói hung vƠ Vi t N m nói riêng vấn đề ô nhi m môi

tr ng từ á lo i đ ng đ t trong s ng nhiên li u xăng vƠ ầu iesel ngƠy Ơng tr nên nghiêm tr ng Bên nh đó lƠ sự c n ki t của ngu n năng l ng truyền

th ng Theo dự đoán ủ á nhƠ kho h th v i t đ kh i thá hi n nay, tr

l ng dầu m òn l i củ Trái Đất ng h đủ ho on ng i kh i thá trong vòng không quá 40 năm n a Tất c nh ng điều nƠy nh h ng không nh t i sự phát triển của nền ông nghi p đ ng đ t trong trong n vƠ th gi i

Vấn đề đ đặt r lƠ ph i t m m t ngu n năng l ng s ch, tr l ng l n, không gơy ô nhi m môi tr ng (hoặc n u ó th ng h lƠ m t l ng nh )

Nh ng lo i nhiên li u ó thể ùng thay th ho xăng vƠ ầu diesel hi n n y: + Nh ng khí thiên nhiên: Khí thiên nhiên n n CNG (Compressed Natural Gas), khí thiên nhiên hó l ng LNG (Liquefied Natural Gas)

+ Khí g s hoá l ng LPG (Liquefied Petroleum Gas)

v i s n l ng dầu thô lƠ 3,5 t T p [2]

Tr l ng khí thiên nhiên hi n nay kho ng 150 t T p, xấp x v i tr l ng

dầu thô Mặt khá , khí thiên nhiên ó u điểm lƠ phơn b hầu nh trên kh p đ a cầu nên đ m b o đ c sự cung cấp n toƠn vƠ thu n ti n h n ầu thô

Do thƠnh phần ủ CNG hủ y u lƠ CH4 (từ 85 98 ), òn l i lƠ s l ng

nh á hất C2H6, C3H8, C4H10, N2, CO2, Sau khi qu x lí đƣ lo i b á t p hất

đ h i nh : H2S, NOx, CO2, N2… đặ bi t lƠ không hứ benzene vƠ hy ro rbon

th m, nên khi háy không sinh r nhiều khí đ nh SO2, NO2, CO… vƠ hầu nh không phát sinh b i ThƠnh phần nguyên t vƠ đặ tính ủ CNG đ biểu i n trong b ng 1.2

Từ nh ng năm 1990, vi nghiên ứu s d ng khí thiên nhiên lƠm nhiên li u

đƣ đ c thực hi n nhiều khu vự trên th gi i Khí thiên nhiên đ xem lƠ nhiên

li u s h, v v y vi c s d ng nó để ch y đ ng ngoƠi m đí h đ ng hó ngu n nhiên li u òn góp phần lƠm gi m ô nhi m môi tr ng m t á h đáng kể

Khí thiên nhiên ó thể chứ trong b nh nhiên li u hai d ng:

+ D ng khí (CNG) nhi t đ môi tr ng vƠ áp suất cao (200 275 bar) + D ng l ng (LNG) nhi t đ -1610C vƠ áp suất môi tr ng không khí [2]

Bảng 1.2 Thành phần ngỐỔên t , đ c t nh c CNẢ ốà nhiên liệỐ trỐỔ n th ng. [37]

th ng vƠ nơng o tính kinh t Gần đơy, nh ng nghiên ứu xung quanh vấn đề s

d ng khí thiên nhiên n n CNG trên đ ng đ t trong Vi t N m đƣ đ c triển khai Tuy nhiên, giá thƠnh ủ m t đ ng nh p khẩu h y hoƠn toƠn b ng CNG rất o Do đó, ph ng án đặt r lƠ t n ng ngu n đ ng iesel , nghiên ứu huyển đ i h th ng nhiên li u ùng iesel thông th ng s ng ùng CNG Để i

t o đ ng iesel huyển sang ch y CNG ó thể ti n hƠnh theo h i á h:

- Tháo toƠn b h th ng cung cấp nhiên li u diesel, thay b ng h th ng cung cấp nhiên li u CNG, l p thêm h th ng đánh l , b nh hứ khí CNG vƠ CNG s đ đ t háy ng bức H th ng nƠy ó thể điều khiển b ng khí hoặ đi n t

- Chuyển đ ng iesel thƠnh đ ng nhiên li u k p iesel - CNG, trong

đó iesel đóng v i trò lƠ nhiên li u m i, đ phun vƠo để đ t háy l ng CNG trong bu ng háy H th ng nƠy ó thể điều khiển b ng khí hoặ

H th ng nhiên li u CRDI đ điều khiển b ng đi n t ó á u điểm l n

nh : áp suất phun o, ó thể th y đ i áp suất vƠ th i điểm phun thí h h p tùy theo

á h đ lƠm vi ủ đ ng Nh vi điều khiển th i điểm phun hính xá , áp suất nhiên li u o nên ó kh năng háy t t trong điều ki n h n h p nghèo Điều nƠy thí h h p ho vi s ng nhiên li u iesel lƠm ti phun m i để đ t háy h n

h p CNG-không khí trong đ ng nhiên li u k p Sự k t h p h th ng CRDI s

ng nhiên li u k p CNG-Diesel lƠ m t b m i trong thi t k i ti n h th ng nhiên li u đ ng iesel

Trong nh ng năm gần đơy, ùng v i sự phát triển v t b ủ ông ngh thông tin, vấn đề mô h nh hó vƠ mô ph ng đ ứng ng rất r ng rƣi vƠ hi u qu trong á ngƠnh kho h kỹ thu t Quá tr nh phát triển đ ng đ t trong ng n m trong sự phát triển hung đó Nhiều phần mềm tính toán vƠ thi t k đ ng đ

á vi n nghiên ứu, á tr ng đ i h vƠ á hƣng phần mềm phát triển đƣ đóng góp m t phần không nh trong vi thi t k vƠ h t o á lo i đ ng hi n đ i Nhiều thông s vƠ quá tr nh phứ t p, rất khó ó thể đo đ trự ti p hoặ ó thể đo

đ nh ng rất t n k m đƣ đ mô ph ng m t á h thƠnh ông vƠ sát v i thự t

Cá phần mềm mô ph ng hi n đ i về đ ng đ t trong hi n n y ó thể kể r

nh s u: FLUENT, BOOST, FIRE, HYDSIM, EXCITE,…vv… Trong s đó FLUENT lƠ phần mềm tính toán mô ph ng đ ng lự h thủy khí n i ti ng thơn thi n vƠ m nh m

Nh m góp phần nghiên ứu hoƠn thi n h th ng nhiên li u ho đ ng

Vikyno RV125-2 đƣ i t o, tá gi h n đề tƠi ắ n d n p n m m F UENT tín toán mô p n quá trìn c áy độn cơ V kyno RV125-2 s d n t n

n ên l u k p CNG-Diesel”

Đề tƠi nƠy s s ng phần mềm đ ng lự h thủy khí FLUENT để tính toán mô ph ng quá tr nh háy ủ đ ng Vikyno RV125-2 ùng nhiên li u k p CNG-Diesel Nghiên ứu nƠy ng ó ý ngh đ i v i vi ứng ng h th ng nhiên

li u k p trên á đ ng diesel nh để ti t ki m nhiên li u vƠ gi m thiểu ô nhi m môi tr ng

1.1.4 Tìn ìn n ên c u s d ng CNG trên t gi i

Hi n n y trên th gi i vi c khai thá , h bi n vƠ s d ng khí CNG trong á

l nh vự nông nghi p, ông nghi p vƠ gi o thông v n t i để phát triển kinh t vƠ b o

v môi tr ng lƠ m t trong nh ng thƠnh tựu quan tr ng trong th kỷ 21

Khí CNG đ c s d ng lƠm nhiên li u ho ôtô s m nhất It li vƠo nh ng năm 30 th kỷ tr VƠo năm 1950, Pháp ó kho ng 10.000 xe ó đ ng ch y

b ng nhiên li u CNG Cá n c New Zealand, Canada, Mỹ đƣ ó xe h y khí CNG vƠo nh ng năm 1970 vƠ 1980

Năm 2001 hƣng HYUNDAI HƠn Qu đƣ ho r đ i phiên b n xe Bus cao

cấp Super Aero City ó đ ng s ng hoƠn toƠn CNG

Hình 1.1 BiểỐ đ phân b trữ lượng CNẢ trên toàn cầu [33]

Năm 2008 để ph c v cho th v n h i, Trung Qu đƣ ó 90 trong s 11.000 xe ch khá h B Kinh ùng khí CNG [35]

Trong nh ng năm qu để gi m thiểu tá h i củ khí đ o đ ng iesel

th i r , á n c trong khu vự hơu Á đƣ nghiên ứu chuyển đ i qua s d ng khí thiên nhiên n n CNG th y ho nhiên li u Diesel trong ho t đ ng v n t i hƠnh khá h ông ng v i nh ng l i í h ủa xe CNG mang l i nh : gi m thiểu ô nhi m môi

tr ng, gi m hi phí nhiên li u

nh ng thƠnh ph l n của Mỹ, đƣ xơy ựng nhiều dự án qu n tr ng cho

vi c chuyển ôtô nhiên li u l ng s ng ùng CNG Nhiều qu gi khá nh ụ,

C n , HƠ L n… ng đƣ xơy ựng nh ng s h tầng ph c v cho vi phát triển ôtô ùng CNG

Theo th ng kê ủa NGV Glob l, tính đ n năm 2012 toƠn th gi i ó 15.192.844 ph ng ti n ó đ ng s d ng khí CNG vƠ 19.963 tr m cung cấp nhiên li u khí CNG [35]

C ng theo NGV Glob l th ự báo mứ tăng tr ng của ph ng ti n s d ng nhiên li u khí thiên nhiên đ n năm 2014 s l ng s đ t gần 30 tri u ph ng ti n (h nh 1.3)

Hình 1.2 Ô tô BỐs SỐper Aero CitỔ_CNG do Hyundai s n xuất [36]

Nh ng d ki n trên ho ph p húng t ự đoán đ c r ng, trong th i gian t i

s l ng đ ng đ t trong ùng CNG trên th gi i s gi tăng đáng kể

1.1.5 Tìn ìn n ên c u s d ng CNG t i Vi t Nam

Công ngh khí thiên nhiên n n CNG lần đầu tiên xuất hi n t i Vi t N m

b ng sự r đ i ủ nhƠ máy khí CNG t i Khu Công nghi p Phú Mỹ I, huy n Tơn ThƠnh, t nh BƠ R - V ng TƠu b t đầu ho t đ ng từ u i tháng 8-2008 Do đặc tính

kỹ thu t củ CNG nên vi c cung cấp CNG m i triển kh i đ c m t s khu vực phí N m, h đi vƠo ứng d ng r ng rƣi Tr đơy, lo i khí nƠy hủ y u đ c s

d ng lƠm nhiên li u ho á s ông nghi p l n nh nhƠ máy th p Thủ Đức,

Th p Biên Hò , Th p Pomin , Công ty g ch men B h Th nh vƠ m t s ông ty thực phẩm khá …VƠo tháng 5-2010, để h n h ô nhi m môi tr ng, h ng bi n

đ i khí h u, v môi tr ng x nh s h, T p đoƠn Dầu khí Vi t N m đƣ b n hƠnh Ngh quy t s 2958/NQ-DKVN thông qu vi huyển đ i vƠ s ng nhiên li u khí n n CNG ho toƠn b xe ô tô t i á đ n v thƠnh viên ủ t p đoƠn trên đ bƠn ThƠnh ph H Chí Minh vƠ t nh BƠ R - V ng TƠu ( kho ng 600 xe).[38]

Tr l ng khí thiên nhiên n n CNG Vi t Nam dự ki n vƠo kho ng 2.694 tỷ

m3, đƣ phát hi n kho ng 962 tỷ m3 Cá m N m Côn S n, B ch H , R ng Đông

đ kh i thá v i s n l ng trên 10 tri u m3/ngƠy [32]

Hình 1.3 BiểỐ đ dự kiến tăng trưởng c a phương tiện sử dụng CNG [35]

NgƠy 26/8/2011, S Gi o thông V n t i TP HCM ùng Công ty S igonBus

đƣ đ vƠo s d ng 21 xe buýt "s ch" đầu tiên Vi t Nam ch y b ng khí thiên nhiên n n CNG trên tuy n B n ThƠnh - B n xe Ch L n ToƠn b xe đ nh p

m i từ Hyun i HƠn Qu v i giá 100.000 USD/ hi

Hi n nay, T ng Công ty Khí Vi t N m (PV G s) lƠ đ n v duy nhất cung cấp

d ch v chuyển đ i đ ng thƠnh đ ng h y khí ng nh ung ấp CNG lƠm nhiên li u ho á ph ng ti n gi o thông v n t i trong n Tính đ n n y đƣ ó

h n 250 ph ng ti n gi o thông v n t i đ c chuyển đ i đ ng thƠnh đ ng

ch y CNG trên h i đ bƠn thƠnh ph H Chí Minh vƠ V ng TƠu Để ph c v cho

ph c v ho t đ ng v n t i hƠnh khá h ông ng củ thƠnh ph S GTVT TPHCM

s đề xuất thêm nh ng hính sá h h tr phát triển xe buýt s d ng khí CNG nh

mi n thu nh p khẩu khung gầm xe, đ n v xe buýt s d ng xe đ h ng s tiền

ó đ c từ ti t ki m năng l ng do s d ng lo i xe buýt ùng khí CNG S GTVT

TPHCM s chủ đ ng lƠm vi c v i T ng Công ty Dầu khí Vi t N m để l p đặt thêm

tr m cung cấp khí CNG ho xe buýt thƠnh ph [32]

Nh v y, ó thể thấy r ng tiềm năng ủa vi s ng CNG trên đ ng đ t trong lƠ rất l n vƠ s tăng m nh trong t ng l i gần

Hi n n y, vi nghiên ứu huyển đ i h th ng nhiên li u trên đ ng iesel

đƣ vƠ đ ng đ ti n hƠnh Cá nhóm nghiên ứu hủ y u đ n từ á tr ng đ i h tiêu biểu nh : ĐH Bá h Kho TP HCM, ĐH Bá h Kho ĐƠ Nẵng, ĐH S ph m

Kỹ thu t TP HCM, Vi n C khí Đ ng lự - ĐH Bá h Kho HƠ N i Cá nghiên

ứu hủ y u lƠ:

- Chuyển đ i đ ng s ng nhiên li u Diesel truyền th ng s ng ùng ngu n nhiên li u th y th (LPG, Biog s, CNG…vv…)

- C i t o á hi ti t trong h th ng nhiên li u để hoƠn thi n quá tr nh

hò tr n vƠ quá tr nh háy

- Thi t k , l p đặt h th ng nhiên li u CRDI điều khiển b ng đi n t thay

ho h th ng nhiêu li u điều khiển b ng khí

- Thi t k , l p đặt h th ng nhiên li u CRDI điều khiển b ng đi n t ho

Xơy ựng mô h nh để tính toán mô ph ng quá tr nh háy ủ đ ng t nh t i

1 xi lanh Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p CNG-Diesel

Dự vƠo k t qu mô ph ng quá tr nh háy xá đ nh á thông s t i u ho

mô h nh để so sánh v i thự nghi m

Góp phần đánh giá hi u qu ủ vi s ng s ng nhiên li u k p Diesel trên đ ng Vikyno RV125-2 nói riêng vƠ đ ng iesel nh nói hung

Đề tƠi đ t p trung nghiên ứu v i nh ng nhi m v hính s u:

- Nghiên ứu kh o sát đánh giá nhu ầu s ng đ ng Diesel 1 xi lanh

Vi t N m

- Nghiên ứu đặ điểm hung ủ h th ng CRDI ùng nhiên li u k p Diesel trên đ ng Diesel 1 xil nh t nh t i

CNG ng ng phần mềm FLUENT 6.3 tính toán mô ph ng quá tr nh háy ủ

đ ng 1 xi l nh Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p CNG-Diesel

- Phơn tí h vƠ đánh giá k t qu mô ph ng đ ng th i so sánh v i k t qu thự nghi m để hoƠn thi n mô h nh mô ph ng góp phần đánh giá vi s ng h th ng nhiên li u k p trên đ ng Diesel t nh t i nh

1.3.2 Gi i h n c đ tà

Đề tƠi h gi i h n trong vi nghiên ứu tính toán mô ph ng quá tr nh háy

ủ đ ng Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p CNG-Diesel Từ đó, xá đ nh

á thông s t i u ho mô h nh để so sánh v i thự nghi m

Ph ng pháp th ng kê, phơn tí h tƠi li u: b o g m thu th p, phơn tí h, x lý,

t ng h p s li u từ á tƠi li u s u tầm đ vƠ á k t qu nghiên ứu liên qu n

Ph ng pháp nghiên ứu lý thuy t vƠ mô h nh hó : nghiên ứu mô h nh hó quá tr nh háy h n h p CNG-không khí đ đánh l b ng ti phun m i để ự đoán tính năng kinh t - kỹ thu t ủ đ ng ứng v i á h đ v n hƠnh ủ đ ng K t qu mô h nh hó giúp t gi m b t hi phí thự nghi m

Ph ng pháp nghiên ứu qu n sát vƠ phơn tí h t ng h p: Từ k t qu mô

ph ng, qu n sát vƠ phơn tí h á thông s Đ ng th i k t h p v i k t qu thự nghi m đ ng đặ tính ngoƠi ủ đ ng VikynoRV125-2 khi s ng nhiên li u

k p, ta so sánh k t qu ho b i mô h nh mô ph ng

1.6 K t lu n

Từ nh ng phơn tí h về t nh h nh gi i hó trong nông nghi p, nông thôn

Vi t N m, t nh h nh ông nghi p máy đ ng lự trong n , xu h ng ứng ng ông ngh m i trên h th ng nhiên li u đ ng iesel, vấn đề ấp bá h về nhiên

li u th y th c ng nh nh ng u điểm ủ khí CNG Đ ng Vikyno RV125-2 đƣ

đ i t o thƠnh đ ng s ng nhiên li u k p CNG-Diesel điều khiển đi n t , đánh l b ng ti phun m i

Vi ứng ng phần mềm FLUENT để tính toán mô ph ng quá tr nh háy

đ ng Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p CNG-diesel s góp phần đánh giá quá tr nh háy, tiêu h o nhiên li u vƠ ô nhi m môi tr ng ủ đ ng s u khi i

t o h th ng nhiên li u

CH NG 2

C S ụ THU ẾT

2 1 Ủ t uy t c d n c y r

Trong l nh vự đ ng đ t trong, òng h y ủ h n h p khí trên đ ng n p,

sự v n đ ng ủ môi hất ông tá trong xi l nh lƠ òng h y r i Xem òng không khí vƠ nhiên li u đi vƠo bu ng háy lƠ òng h y r i trong ng tròn T thấy òng

r i trong ng tròn g m h i b ph n l i r i vƠ l p h y tầng sát thƠnh, gi h i b

ph n ó l p quá đ Trong l i r i á phần t huyển đ ng h n lo n, v n t không

nh ng th y đ i về tr s mƠ òn th y đ i h ng theo th i gi n

Hi n t ng m h đ ng v n t hoặ m h đ ng áp suất lƠ hi n t ng th y

đ i v n t hoặ áp suất không ngừng xung qu nh m t tr s trung b nh th i gi n

ủ v n t hoặ áp suất Giá tr v n t m h đ ng ó thể ng, ơm nh ng tr s

trung b nh th i gi n v n t hoặ áp suất m h đ ng b ng không

BƠi toán r i xuất phát từ h i ph ng tr nh b n lƠ ph ng tr nh liên t (2.1) vƠ ph ng tr nh đ ng l ng (2.2) [6]

:

0y

)v(x

)u

uy

1dx

dUUy

uvx

H i ph ng tr nh nƠy không đủ kín để gi i tất á ẩn (3 ẩn u, v vƠ ̅̅̅̅̅)

o v y t ph i t m thêm á ph ng tr nh liên qu n để kh p kín thƠnh m t h

ph ng tr nh ó thể gi i đ

Để tính toán hính xá á òng h y r i ng i t s ng m t s mô h nh òng h y r i hi n đ i:

- Mô h nh Spl rt ậ Allm r s (mô h nh m t ph ng tr nh)

- Mô h nh k - ɛ, b o g m:

+ Mô h nh k - ɛ tiêu huẩn

+ Mô h nh k - ɛ đ n gi n hó theo nhóm (Re-Normalisation Group - RNG) + Mô h nh k - ɛ thự nghi m

- Mô h nh k - , b o g m:

+ Mô h nh k -  tiêu huẩn

+ Mô h nh k -  huyển h o ứng suất k o v i òng t (SST)

- Mô h nh v2

- f

- Mô h nh ứng suất Reynol s (Reynol s Stress Mo els - RSM)

- Mô h nh xoáy l n (L rge E y Simul tion - LES)

- Mô h nh đ nh t đ ng (E y Vis ovity Mo els ậ EVM)

Tuy nhiên không thể áp ng m t mô h nh r i ho tất á bƠi toán, m i

mô h nh r i h ho k t qu đúng trong m t s tr ng h p nhất đ nh Điều đó đòi

i i i

j j

i t ' j ' i

x

u k

3

2 x

u x

u u

bi n thiên v n t trung b nh Để gi i ph ng tr nh nƠy, ng i t kh p kín nó v i

á ph ng tr nh ó liên qu n t i k (năng l ng r i đ ng h ) vƠ h s t n thất ɛ

nh s u:

(2.4)

Trong đó:

Gk lƠ h ng s thể hi n sự ph thu ủ sự h nh thƠnh năng l ng r i đ ng

h (k) vƠo sự bi n thiên ủ v n t trung b nh nh s u:

i

j j i k

x

u'u'u.G

t i b

x

T Pr g G

: h s giƣn n nhi t ủ môi tr ng

YM: h s thể hi n sự bi n thiên ủ quá tr nh giƣn n so v i giá tr trung

K t h p mô h nh r i k - ɛ v i h i ph ng tr nh b n lƠ ph ng tr nh liên

Cx

x

)u(t

)

(

SYG

Gx

kx

x

)ku(t

)

k

(

2 2 b 3 k 1

t j

i i

k M b

k j k t j

i i

Mô h nh k - ɛ lƠ mô h nh đ n gi n ó thể áp ng v i hầu h t á bƠi toán thông th ng v i đ hính xá o

2.2 Ủ t uy t quá trìn c áy n ên l u k í

Quá tr nh háy trong đ ng đ t trong ó thể phơn hi thƠnh:

- Quá tr nh háy không hò tr n tr : tứ lƠ quá tr nh háy khu h tán ủ

để nh n đ á giá tr trung b nh ủ á đ i l ng đặ tr ng quá tr nh háy Khi

đó, ph ng tr nh tr ng thái khí lí t ng vƠ đ nh lu t nhi t đ ng h thứ nhất đ

áp ng trong không gi n bu ng háy đ hi thƠnh h i khu vự (đ i v i quá

tr nh háy ủ h n h p hò tr n tr ) h y nhiều khu vự (đ i v i quá tr nh háy

ủ h n h p không hò tr n tr )

Phơn tí h t m i n bi n quá tr nh ph i đ thự hi n b ng á h gi i h

ph ng tr nh đ ph ng trong đó h i bi n s b n lƠ thƠnh phần h n h p f vƠ bi n

i n bi n ph n ứng Phần s u đơy s t ng h p lý thuy t quá tr nh háy s ng trong phần mềm FLUENT để áp ng trong vi xơy ựng á mô h nh tính toán quá tr nh háy ủ đ ng Vikyno RV125-2 s ng nhiên li u k p CNG-Diesel.[10], [12]

2.2 1 Ủ t uy t c áy c a hỗn h p k ôn trộn tr c

2.2.1.1 Lý thuy t về thƠnh phần h n h p

Đ nh ngh thƠnh phần h n h p

Nền t ng ủ mô h nh hó háy không hò tr n tr lƠ tr ng thái nhi t hó

h tứ th i ủ l u hất ph thu vƠo m t đ i l ng b o toƠn g i lƠ thƠnh phần

h n h p f v i m t s gi đ nh đ n gi n hó ThƠnh phần h n h p ó thể đ vi t

i ng thƠnh phần kh i l ng nguyên t nh s u:

ox , i fuel , i

ox , i iZZ

ZZf

N u ó thêm m t òng thứ ấp (nhiên li u h y hất oxi hó khá h y òng khí tr ), nhiên li u vƠ á thƠnh phần h n h p thứ ấp đ n gi n lƠ nh ng t l kh i

l ng phơn t ủ nhiên li u vƠ nh ng òng thứ ấp t ng ứng T ng ủ ba thƠnh phần h n h p trong h th ng (nhiên li u, òng thứ ấp vƠ hất oxi hó ) luôn luôn b ng 1:

ffuel + fsec + fox = 1 (2.7) Điều nƠy ó ngh lƠ h nh ng điểm trên mặt phẳng ABC (h nh 2.1) trong không gi n thƠnh phần h n h p m i ó giá tr V v y, h i thƠnh phần h n h p ffuel

vƠ fsec không thể bi n thiên đ l p; giá tr ủ húng h ó ngh khi h i n m trong t m giá OBC trên h nh 2.1

FLUENT hi ti t hó t m giá OBC nh h nh 2.2 Chủ y u thƠnh phần h n

h p s ấp, ffuel, đ ph p th y đ i gi 0 vƠ 1, nh đ i v i tr ng h p m t thƠnh

Hình 2.1 QỐ n hệ giữ f fuel , f sec ốà f ox Hình 2.2 QỐ n hệ giữ f fuel , f sec ốà p sec

phần h n h p, trong khi đó thƠnh phần h n h p thứ ấp n m trên nh ng đ ng thẳng theo ph ng tr nh s u:

fsec = psec(1 - ffuel) (2.8) Trong đó psec lƠ giá tr t ng đ i ủ thƠnh phần h n h p thứ ấp L u ý r ng không gi ng nh fsec, psecb o qu nh gi 0 vƠ 1 bất kỳ giá tr nƠo ủ ffuel

M t đặ tính qu n tr ng ủ giá tr t ng đ i ủ thƠnh phần h n h p thứ

ấp, psec, lƠ nó đ gi đ nh đ l p v i thƠnh phần h n h p nhiên li u, ffuel L u ý

r ng không gi ng nh fsec, psec không ph i lƠ m t đ i l ng b o toƠn Đ nh ngh thƠnh phần h n h p t ng đ i đ i v i đ i l ng th y đ i thứ ấp đ s ng m i

n i trừ khi đ nh ngh gi i h n giƠu đ i v i òng nhiên li u thứ ấp, khi đó đ

đ nh ngh theo fsec [10], [12]

b Cá ph ng tr nh huyển đ i v i thƠnh phần h n h p

V i gi đ nh khu h tán đ ng nhất, á ph ng tr nh b o toƠn á hất đ rút l i thƠnh m t ph ng tr nh uy nhất đ i v i thƠnh phần h n h p f Nh ng đ i

l ng ngu n ph n ứng đ lo i b vƠ v v y f lƠ m t đ i l ng b o toƠn Trong khi gi đ nh khu h tán đ ng nhất lƠ vấn đề đ i v i á òng h y tầng th nó

th ng đ hấp nh n đ i v i nh ng òng h y r i trong đó đ i l u r i lấn át khu h tán phơn t Ph ng tr nh đ i v i giá tr trung b nh kiểu F vre (trung b nh theo tr ng s kh i l ng riêng) ủ thƠnh phần h n h p đ vi t nh s u:

t

.fv.f

Đ i l ng ngu n Sm h o truyền hất từ á h t nhiên li u l ng h y á h t

ph n ứng (nh th n) vƠo ph khí Suser lƠ đ i l ng ngu n o ng i s ng đ nh ngh

Cùng v i vi gi i ph ng tr nh đ i v i thƠnh phần h n h p trung b nh kiểu

F vre, FLUENT ng gi i ph ng tr nh b o toƠn đ i v i đ l h b nh ph ng ủ thƠnh phần h n h p f ' 2[16]:

d 2 t g 2 t

t 2

2

S'fkCfC'f.'fv.'

Trong đó f'ff Cá giá tr mặ đ nh ủ á h ng s t, Cg vƠ Cd theo thứ tự lƠ 0,85; 2,86 vƠ 2,0 Suser lƠ đ i l ng ngu n o ng i s ng đ nh ngh

Đ nh ngh thƠnh phần h n h p ó thể hiểu trong m i t ng qu n v i nh ng

ph p đo hung trong h th ng ph n ứng X t m t h th ng háy đ n gi n g m m t òng nhiên li u (F), m t òng hất oxi hó (O) vƠ òng s n phẩm (P) đ biểu

i n điều ki n ph n ứng hoƠn toƠn nh s u:

  (2.14)

Ph ng tr nh 2.14 ho ph p tính thƠnh phần h n h p điều ki n ph n ứng hoƠn toƠn ( =1 lí t ng) h y điều ki n h n h p giƠu ( > 1), h y điều ki n h n

h p nghèo ( < 1) [10], [12]

M i qu n h gi f v i thƠnh phần kh i l ng á hất, kh i l ng riêng

vƠ nhi t đ

Th m nh ủ á á h ti p n mô h nh thƠnh phần h n h p lƠ về hó h

đ rút g n thƠnh m t h y h i thƠnh phần h n h p b o toƠn V i gi đ nh ơn b ng

hó h , tất á đ i l ng hó nhi t (thƠnh phần á hất, kh i l ng riêng, nhi t

i 

N u ó thêm òng thứ ấp, á giá tr tứ th i s ph thu vƠo giá tr tứ

th i ủ thƠnh phần h n h p nhiên li u, ffuel, vƠ giá tr thƠnh phần b thứ ấp,

psec:

) p ,

ffuel sec

i

i  

Trong á ph ng tr nh 2.15 vƠ 2.16, i h giá tr tứ th i ủ thƠnh phần

kh i l ng á hất, kh i l ng riêng h y nhi t đ Trong tr ng h p h th ng m t thƠnh phần h n h p, không đo n nhi t, nh h ng ủ l ng nhi t sinh r h y mất

đi đ vi t nh s u:

)H,fi

nhau

Trong nhiều h th ng ph n ứng, quá tr nh háy không tr ng thái ơn b ng

hó h FLUENT đ r nhiều á h ti p n v i mô h nh không ơn b ng hó h

b o g m mô h nh t đ gi i h n, mô h nh tiêu tán á xoáy r i EDC, mô h nh huyển PDF, trong á mô h nh nƠy ó thể đ đ vƠo h đ ng hó h

Có ba á h ti p n trong mô h nh hó quá tr nh háy để mô ph ng không

ơn b ng hó h Cá h thứ nhất lƠ h n Ri h Fl mm bility Limit (RFL) trong mô

h nh ơn b ng trong đó nh ng vùng h n h p giƠu đ gi đ nh ó hò tr n nh ng không háy ủ nhiên li u vƠ h n h p khí háy tr ng thái ơn b ng ủ h n h p nghèo h n Cá h ti p n thứ h i lƠ mô h nh Ste y L min r Fl melet (SLF) trong

đó không ơn b ng hó h o sự tr i r ng ng n l khu h tán ó thể đ mô

h nh hó Cá h ti p n thứ b lƠ mô h nh Unste y Laminar Flamelet (ULF) trong

đó nh ng hất trong s n phẩm h nh thƠnh h m khá x ơn b ng hó h ó thể

đ mô h nh hó

2.2.1.2 Mô h nh t ng tá gi r i vƠ hó h

Cá ph ng tr nh từ 2.15 đ n 2.18 mô t á m i qu n h tứ th i gi thƠnh phần h n h p vƠ n ng đ á hất, kh i l ng riêng vƠ nhi t đ v i gi đ nh ơn

b ng hó h K t qu mô ph ng ủ FLUENT đ i v i òng h y ph n ứng liên

qu n đ n vi tính toán giá tr trung b nh ủ nh ng đ i l ng o đ ng nƠy Giá tr trung b nh qu n h v i giá tr tứ th i nh th nƠo ph thu vƠo mô h nh t ng tá

r i-hó h FLUENT s ng á h ti p n hƠm m t đ xá suất (p f) nh lƠ mô

h nh kh p kín khi mô h nh không hò tr n tr đ s ng Mô h nh kh p kín

p f đ mô t trong h ng nƠy

Mô t hƠm m t đ xá suất

HƠm m t đ xá suất ký hi u p(f), ó thể đ hiểu nh lƠ kho ng th i gi n

mƠ l u hất tr i qu tr ng thái lơn n f H nh 2.3 biểu i n bi n thiên ủ thƠnh phần h n h p theo th i gi n ủ m t điểm trong òng h y (phí ph i) vƠ hƠm m t

đ xá suất ủ f (phí trái) Giá tr o đ ng ủ f đ biểu i n phí ph i ủ

h nh v nh n giá tr s o ho i n tí h phí i đ ng ong trong i kh o sát f

b ng kho ng th i gi n mƠ f t n t i trong i nƠy Có thể biểu i n i ng toán

) (

Trong đó T lƠ th ng th i gi n vƠ ilƠ kho ng th i gi n mƠ f tr i qu trong i

f D ng ủ hƠm m t đ xá suất p(f) ph thu vƠo b n hất ủ o đ ng r i ủ

f Trong thự t p(f) không bi t đ vƠ đ mô h nh hó nh m t hƠm toán h gần đúng v i ng p f hi n t i nh n đ b ng thự nghi m

b Đ o hƠm á giá tr đ i l ng trung b nh từ thƠnh phần h n h p tứ th i

HƠm m t đ xá suất p(f) mô t sự o đ ng ủ f trong òng h y r i ó thể

đ ùng để tính giá tr tứ th i ủ á bi n s ph thu vƠo f Đ i v i h th ng

m t thƠnh phần h n h p, n ng đ kh i l ng á hất trung b nh theo tr ng s m t

đ vƠ nhi t đ ó thể đ tính toán (trong h th ng đo n nhi t) nh s u:



0 i

Trong đó p1 lƠ p f ủ ffuel vƠ p2 lƠ p f ủ psec đơy ng i t gi đ nh ffuel

Hình 2.3 BiểỐ diễn đ thị hàm mật độ ồác sỐất p(f) [12]

vƠ psecđ l p, v th p(ffuel,psec) = p1(ffuel)p2(psec)

T ng tự, đ i v i h th ng m t thƠnh phần h n h p, kh i l ng riêng trung

b nh ủ l u hất theo th i gi n đ tính nh s u:

df)(

)(p

0 fuel sec

sec 2 fuel

)p,f

)p(p)fp1

HƠm elt k p ( h ùng trong tr ng h p 2 thƠnh phần h n h p)

HƠm  (trong tr ng h p m t h y h i thƠnh phần h n h p)

HƠm elt k p tính toán nhất, trong khi đó hƠm  phù h p h n v i hƠm

p f qu n sát thự nghi m D ng t o r b i hƠm nƠy h ph thu vƠo giá tr trung

b nh ủ thƠnh phần h n h p f vƠ đ l h b nh ph ng ủ nóf ' 2 S u đơy lƠ mô t

hi ti t ủ m i hƠm

- HƠm p f elt k p

HƠm p f elt k p đ ho b i:

Hình 2.4 dụ hàm pdf delt kép

'fff,5,0

'fff,5,0)(

2

(2.24)

V i vùng biên thí h h p gần f = 1 vƠ f = 0 M t ví ủ hƠm elt k p

đ gi i thi u trên h nh 2.4 Nh đƣ đề p trên đơy, hƠm p f elt k p rất tính toán nh ng nó ó đ hính xá thấp h n hƠm p f  v nó gi đ nh h ó 2 tr ng thái

x y r trong òng h y r i V v y nó h đ ùng khi mô ph ng h i thƠnh phần

)1(f)(

1 1

(2.25) Trong đó:

)1(f

)1()1(

Qu n tr ng lƠ ng hƠm m t đ xá suất p(f) h lƠ hƠm s ủ h i bi n đầu

ủ nó, đó lƠ giá tr trung b nh ủ thƠnh phần h n h p f vƠ đ l h b nh ph ng 2

'

f V v y khi ho giá tr f vƠ f ' 2t i m i điểm trong tr ng òng h y th ng hƠm p f ó thể đ xá đ nh vƠ đ s ng để tính toán giá tr trung b nh ủ

Hình 2.5 Sự phụ thỐộc logic c các đ i lượng trỐng b̀nh ̅ ốào , �

n ng đ á hất, m t đ vƠ nhi t đ nh á ph ng tr nh 2.20 vƠ 2.22 (h y đ i

v i h th ng ó òng thứ ấp, á ph ng tr nh 2.21 vƠ 2.23) Sự ph thu logi nƠy đ mô t trên h nh 2.5 đ i v i m t thƠnh phần h n h p

2.2 2 Ủ t uy t quá trìn c áy ỗn h p trộn tr c

2.2.2.1 T ng qu n

Trong quá tr nh háy h n h p hò tr n tr , nhiên li u vƠ hất oxi hó đ

gi đ nh hò tr n đ ng đều kí h phơn t tr khi đánh l Quá tr nh háy b t đầu t i v trí đánh l vƠ l n ần r khu vự h n h p h háy Mô h nh hó quá

tr nh háy h n h p hò tr n tr phứ t p h n nhiều so v i quá tr nh háy ủ h n

h p không hò tr n tr Lý o lƠ quá tr nh háy h n h p hò tr n tr i n r trong mƠng l m ng i đ ng vƠ h u nh h ng b i quá tr nh r i Đ i v i òng

h y i ơm, t đ l n trƠn mƠng l t ng quát đ xá đ nh đ ng th i b i t

đ mƠng l h y tầng vƠ mứ đ r i T đ mƠng l h y tầng đ xá đ nh b i

t đ khu h tán ủ phần t vƠ nhi t th ng ngu n òng h y vƠo á hất

th m gi ph n ứng vƠ háy Để xá đ nh đ t đ mƠng l h y tầng, ph i bi t

ấu trú bên trong mƠng l ng nh hi ti t đ ng hó h vƠ quá tr nh khu h tán phơn t

nh h ng ủ sự h y r i lƠm nhăn nheo mƠng l , lƠm tăng i n tí h bề mặt mƠng l , o đó lƠm tăng t đ háy Xoáy r i l n lƠm nhăn nheo bề mặt mƠng l , trong khi đó xoáy r i nh , n u nh h n bề Ơy mƠng l h y tầng, ó thể thơm nh p vƠo mƠng l vƠ lƠm th y đ i ấu trú bên trong

Cháy không hò tr n tr ó thể đ n gi n hó t i đ thƠnh bƠi toán hò

tr n Điều qu n tr ng khi đó lƠ ph i xá đ nh đ t đ mƠng l r i h u nh

h ng đ ng th i b i t đ mƠng l h y tầng vƠ ng đ r i

Trong quá tr nh háy hò tr n tr , nhiên li u vƠ hất oxi hó đ hò tr n

tr khi đ đ vƠo bu ng háy Ph n ứng háy i n r khu vự phơn hi vùng h n h p h háy vƠ vùng s n phẩm háy Quá tr nh háy hò tr n tr

b m ng tính hất ủ quá tr nh háy hò tr n tr vƠ háy khu h tán Quá

tr nh háy nƠy x y r khi ó hất oxi hó h y nhiên li u đ b sung thêm vƠo h

)c(

n

1 i i

đ đ nh ngh nh m t giá tr điều ki n biên đ i v i tất òng h y vƠo h

th ng Nó th ng đ đặ tr ng b i h i giá tr hoặ 0 ( h háy) hoặ 1 ( háy)

T đ trung b nh ủ ph n ứng trong ph ng tr nh 2.23 đ mô h nh hó nh s u [19]

Vấn đề mấu h t trong mô h nh hó quá tr nh háy h n h p hò tr n tr lƠ

ự đoán t đ mƠng l r i Ut, vuông gó bề mặt mƠng l T đ mƠng l r i

h u nh h ng b i á y u t s u:

T đ mƠng l h y tầng đ xá đ nh theo n ng đ nhiên li u, nhi t đ

vƠ á tính hất khu h tán phơn t ng nh hi ti t về đ ng hó h ;

Đ nhăn nheo bề mặt mƠng l khi xoáy r i l n vƠ bề Ơy mƠng l khi xoáy

t A ( u ' ) U l

4 / 1

t

) ' u ( C

Trong đó: ɛ lƠ t đ tiêu tán đ ng năng r i

Mô h nh ự vƠo gi đ nh ơn b ng r i kí h th nh bên trong mƠng l

h y tầng, k t qu lƠ trong biểu thứ mƠng l h y r i h hứ thuần túy á thông s r i kí h th l n Theo [19]th A = 0,52; CD = 0.37 phù h p v i phần l n

2 l a

U

v t

v   - T đ Kolmogorov;

 - Đ nh t đ ng h 2.2.2.4 T đ mƠng l h y tầng

T đ mƠng l h y tầng (Ul trong ph ng tr nh 2.33) ó thể lƠ m t h ng

s h y lƠ m t ph ng tr nh o ng i s ng đặt r Ph ng án thứ b xuất hi n đ i

v i mƠng l không đo n nhi t hò tr n tr h y mƠng l hò tr n tr b

ự vƠo m i qu n h o Megh l hi vƠ Ke k đề xuất [20]

, u

u ref , l

p

pT

TU

Trong ph ng tr nh 2.34, Tu vƠ pu lƠ nhi t đ vƠ áp suất ủ h n h p khí

h háy tr mƠng l , Tu,ref= 298K vƠ pu,ref = 1atm

T đ mƠng l h y tầng th m hi u, Ul,ref đ tính nh s u:

2 3 2

1 ref , C C ( C )

Trong đó  lƠ h s t ng đ ng tr mƠng l vƠ C1, C2 vƠ C3 lƠ nh ng

h ng s đặ tr ng nhiên li u Cá s m ,  đ tính toán nh s u:

) 1 ( 22 , 0 16 , 0

) 1 ( 8 , 0 18 , 2

2.2.2.5 Mô h nh háy h n h p hò tr n tr trong FLUENT

FLUENT gi i ph ng tr nh huyển đ i v i bi n i n ti n ph n ứng (2.9), tính toán đ i l ng ngu n, Sc, ự trên lý thuy t đƣ tr nh bƠy trên đơy:

I AG

t 4 / 1 lp 2 / 1 lp l 4 / 3 u

(2.37)

c ) ( I AG S

4 / 1

lp c

t u

- Tính toán nhi t đ đo n nhi t

Đ i v i mô h nh háy đo n nhi t h n h p hò tr n tr , gi đ nh nhi t đ

th y đ i tuy n tính từ nhi t đ h n h p khí h háy Tu vƠ nhi t đ ủ s n phẩm háy trong điều ki n đo n nhi t Tad:

ad

T ) c 1 (

- Tính toán nhi t đ không đo n nhi t

Đ i v i mô h nh háy không đo n nhi t ủ h n h p hò tr n tr , FLUENT gi i m t ph ng tr nh huyển năng l ng để tính đ n bất kỳ l ng nhi t nƠo h th ng nh n h y mất L ng nhi t mất h y nh n nƠy ó thể b o g m ngu n nhi t o ph n ứng háy h y mất nhi t o bứ x Ph ng tr nh năng l ng đ

vi t theo đ tăng enth lpy, h, đ i v i nhiên li u hò tr n hoƠn toƠn nh s u:

rad , h chem , h p

c

k k ) h (

) h (

fuel comb c chem ,

Trong đó: Sc - T đ h nh thƠnh s n phẩm trung b nh (s-1

);

Hcomb- Nhi t l ng t r khi đ t háy 1kg nhiên li u (J/kg);

Yfuel - ThƠnh phần kh i l ng nhiên li u trong h n h p khí h háy

b Tính toán kh i l ng riêng

Trong mô h nh háy hò tr n tr , FLUENT tính toán kh i l ng riêng

b ng đ nh lu t khí lý t ng Đ i v i mô h nh đo n nhi t, sự th y đ i áp suất đ

b qu vƠ kh i l ng phơn t trung b nh đ gi đ nh lƠ h ng s Khi đó kh i

l ng riêng ủ khí háy đ tính nh s u:

Trong đó u h h n h p khí h háy vƠ b h h n h p khí háy S li u đầu vƠo b o g m kh i l ng riêng khí h háy (u), nhi t đ khí h háy (Tu) vƠ nhi t đ háy đo n nhi t (Tb)

Đ i v i mô h nh háy không đo n nhi t, ó thể xem x t điều ki n b o g m

h y không b o g m áp suất th y đ i trong ph ng tr nh tr ng thái khí lý t ng N u

sự o đ ng áp suất đ b qu , FLUENT tính kh i l ng riêng theo ph ng

u

u RT / p

 ó thể đ xem nh kh i l ng phơn t thự t ủ khí, trong đó R lƠ

h ng s khí vƠ pop lƠ áp suất v n hƠnh N u đ sự o đ ng ủ áp suất vƠo khí

h u n n th s li u đầu vƠo ần ó kh i l ng phơn t khí thự t Kh i l ng riêng

đ tính từ ph ng tr nh tr ng thái khí lý t ng