Luận văn Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng avl boost để đánh giá thông số động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng avl boost để đánh giá thông số động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN NHỰT NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG AVL BOOST ĐỂ ĐÁNH GIÁ THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP LPG - DIESEL NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 S K C0 0 5 2 3 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN NHỰT NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG AVL BOOST ĐỂ ĐÁNH GIÁ THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP LPG - DIESEL NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN THANH THƯỞNG ThS. NGUYỄN VĂN LONG GIANG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Tấn Nhựt Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/05/1981 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Phú Yên Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 115 đường số 01, khu nhà ở đường sắt Dĩ An, Tx. Dĩ An, Tỉnh Bình Dương. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0908947237 Fax: E-mail: mekongservice02@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học chính quy Thời gian đào tạo từ 2000 đến 2005 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống truyền động trên ô tô Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Người hướng dẫn: Huỳnh Phước Sơn III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2005 Công ty Mekong Quản lý dịch vụ kỹ thuật 2016 đến nay Công ty nông nghiệp TTC Quản lý dịch vụ cơ giới i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) NGUYỄN TẤN NHỰT ii
5. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, khoa Cơ khí Động lực đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận án. Tôi xin chân thành biết ơn chân thành Thầy TS.Trần Thanh Thƣởng và Thầy ThS.Nguyễn Văn Long Giang đã tận tình hướng dẫn về mặt chuyên môn, quan tâm, động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng AVL Boost để đánh giá thông số động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG- diesel”. Xin chân thành cảm ơn tất cả quý Thầy Cô khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh, các anh chị học viên khóa trước, các bạn học viên cùng khóa đã tận tình giúp đỡ để tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả bạn bè, đồng nghiệp, những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Do trình độ và thời gian có hạn nên chắc chắn đề tài còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của tất cả Quý thầy cô, anh chị và các bạn Xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày 10 tháng 03 năm 2017 Học viên thực hiện Nguyễn Tấn Nhựt iii
6. TÓM TẮT Để đánh giá hiệu quả sử dụng nhiên liệu LPG trên động cơ Toyota 3C-TE sử dụng nhiên liệu kép LPG diesel, việc đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ LPG diesel đến các đặc tính của động cơ là cần thiết. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu giữa mô phỏng và thực nghiệm về các đặc tính kỹ thuật của động cơ Toyota 3C-TE sử dụng nhiên liệu kép thông qua việc so sánh moment, công suất và mức độ phát thải của động cơ khi thay đổi tỷ lệ sử dụng LPG diesel. Kết quả nghiên cứu mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm trên băng thử, qua đó có thể định hướng cho công việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nguyên liệu kép LPG diesel trên mô hình thực nghiệm. Đây là cơ sở cho việc xây dựng bản đồ tỷ lệ LPG diesel (engine map) cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép, góp phần nghiên cứu, ứng dụng nguồn nhiên liệu sạch LPG trên các động cơ nén cháy có tỷ số nén cao. iv
7. ABSTRACT To evaluate the effect of using LPG on Toyota 3C-TE that uses dual fuel LPG diesel, the examining of LPG diesel rate to engine performnce is addressed in paper. This work compares the research results between simulation and experiment for engine performance, emissions and fuel consumption for dual fuel LPG diesel engine at different LPG fuel rates.The study shows that the simulation results are totally agreeable to experimental results. Hence, it has advances in designing, manufactering, improving dual fuel system on original fuel system in 3C-TE engine. The research is fundamental for setting up the map of LPG diesel rate for dual fuel engin, this results in studying, applying fuel dual LPG diesel in CI engines. v
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abtract v Mục lục vi Danh sach các chữ viết tắt x Danh sách các hình xiii Danh mục các bảng xv MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Phương pháp nghiên cứu 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 4 1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng LPG 4 1.1.1 Tình hình sản xuất LPG 4 1.1.2 Tình hình sử dụng LPG 5 1.2 Đặc điểm của Diesel - LPG 7 1.2.1 Đặc điểm của Diesel 7 1.2.2 Đặc điểm của LPG 7 vi
9. 1.2.3 Ưu điểm của LPG so với các loại nhiên liệu truyền thống 9 1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel - LPG 10 1.3.1 Kết quả nguyên cứu trên thế giới 10 1.3.2 Kết quả nguyên cứu trong nước 11 1.4 Kết luận 13 CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Các phương pháp hòa trộn lưỡng nhiên liệu LPG và Diesel 14 2.1.1 Trộn nhiên liệu diesel với LPG dạng lỏng trước khi phun vào buồng đốt 14 2.1.2 Phun trực tiếp LPG lỏng vào buồng đốt 15 2.1.3 Phun LPG vào đường ống nạp 16 2.2 Quá trình cháy trong động cơ diesel và LPG - diesel 17 2.2.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel 17 2.2.2 Quá trình cháy trong động cơ LPG - diesel 21 2.3 Qúa trình hình thành khí thải trong động cơ 28 2.3.1 Mônôxit cácbon 29 2.3.2 Hyđrô cácbon 30 2.3.3 Ôxit nitơ 31 2.3.4 Phát thải hạt 32 2.4 Phần mềm AVL BOOST 32 2.4.1 Giới thiệu phần mềm AVL BOOST 32 2.4.2 Tính năng và ứng dụng phần mềm AVL BOOST 34 2.5 Cơ sở mô phỏng quá trình cháy động cơ diesel-LPG trên phần mềm AVL BOOST 35 vii
10. 2.5.1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất 35 2.5.2 Mô hình hỗn hợp môi chất 37 2.5.3 Tính toán lượng môi chất vào và ra khỏi xi lanh 38 2.5.4 Tinh toán tỉ lệ xoáy trong xi lanh 41 2.5.5 Tính toán chuyển vị của piston 41 2.5.6 Xác định sự thay đổi diện tích lưu thông có ích của sú páp nạp và thải 43 2.5.7 Mô hình truyền nhiệt 44 2.5.8 Tính toán lượng khí lọt các te 46 2.5.9 Mô hình cháy trong xi lanh 46 2.5.10 Kết luận 50 CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP LPG – DIESEL 51 3.1 Xây dựng mô hình và mô phỏng động cơ Diesel nguyên thủy 3C-TE 51 3.1.1 Các thông số cơ bản của động cơ 3C-TE 51 3.1.2 Các bước xây dựng mô hình động cơ Diesel trên AVL BOOST 52 3.1.2.1 .Xây dựng mô hình 52 3.1.2.2 Nhập dữ liệu cho mô hình 53 3.1.3 Kiểm chứng độ chính xác của mô hình 57 3.2 Xây dựng mô hình và mô phỏng động cơ kép diesel – LPG 58 3.2.1 Các bước xây dựng mô hình động cơ diesel - LPG 58 3.2.2 Kết quả mô phỏng động cơ diesel - LPG theo tỷ lệ LPG thay thế khác nhau61 3.2.2.1 Moment động cơ 61 3.2.2.2 Công suất của động cơ 62 viii
11. 3.2.2.3 Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ 62 3.2.2.4 Nhiệt độ quá trình cháy của động cơ 64 3.2.2.5 Áp suất quá trình cháy của động cơ 65 3.2.2.6 Khí thải NOx 66 3.2.2.7 Khí thải CO 67 3.2.2.8 Khí thải muội than SOOT 68 3.3 Khảo sát ảnh hưởng góc phun sớm khi sử dụng nhiên liệu kép Diesel-LPG68 3.3.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mômen và công suất của động cơ 69 3.3.2 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải của động cơ 70 3.3.2.1 Phát thải NOx 70 3.3.2.2 . Phát thải CO 71 3.3.2.3. Phát thải SOOT 71 3.3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm 72 3.3.3.1. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm đối với động cơ nguyên thủy . 72 3.3.3.2. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm đối với động cơ LPG – diesel 74 3.4 Kết luận 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 82 ix
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị AVL-BOOS TPhần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL - AVL-MCC Mô hình cháy của hãng AVL - CO Mônôxit cácbon - CNG Khí thiên nhiên - HC Hyđrô các bon - LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng - CNG Khí thiên nhiên - NOx Ôxít nitơ - PM Phát thải hạt - SOOT Bồ hong - SOx Ôxít lưu huỳnh - ^ Q()  Nhiệt tỏa ra tính đến góc quay của trục khuỷu J Q Tổng nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy J aw Hằng số phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu LPG cung cấp - vào xi lanh    Thời điểm và thời gian diễn ra quá trình cháy độ εᵏ Sai số % mLPG Khối lượng LPG tiêu thụ kg HuLPG Nhiệt trị thấp của LPG MJ/kg mdiesel Khối lượng diesel tiêu thụ kg Hudiesel Nhiệt trị thấp của diesel MJ/kg dmi Lượng khí đi vào xi lanh kg dme Lượng khí đi ra khỏi xi lanh kg hi Eentanpy của môi chất đi vào xi lanh - he Entanpy của môi chất đi ra khỏi xi lanh - qev Nhiệt hóa hỏi của nhiên liệu kJ x
13. f Phần nhiệt hóa hơi của môi chất trong xi lanh kJ mew Khối lượng nhiên liệu bay hơi kg mc Khối lượng môi chất bên trong xi lanh kg u Nội năng - pc Áp suất bên trong xi lanh Pa V Thể tích xi lanh m3 QF Nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp kJ Qw Nhiệt lượng tổn thất cho thành kJ Góc quay trục khuỷu độ hBB Trị số entanpy - 2 Aeff Diện tích tiết diện lưu thông m p01 Áp suất môi chất trước họng tiết lưu Pa T01 Nhiệt độ môi chất trước họng tiết lưu K R0 Hằng số chất khí -  Hệ số phụ thuộc tỷ lệ áp suất môi chất - p2 Áp suất môi chất sau họng tiết lưu - k Tỷ số nhiệt dung riêng của môi chất -  Hệ số dòng dòng chảy tại miệng đường ống - Dvi Đường kính đế xupáp. m Lv Là độ chuyển vị của xupáp m Dvi Đường kính đế xupáp m Dp Đường kính cổ góp m Ds Đường kính thân xupáp m w Chiều rộng góc đế xupáp m Dv Đường kính đầu to xupáp m b : Góc nghiêng của đế xupáp độ nsw Xoáy trong xi lanh - mc Khối lượng trong xi lanh kg dmi Khối lượng lưu lượng vào kg xi
14. nswi Xoáy của khối lượng lưu lượng vào - r Bán kính quay. m l Chiều dài thanh truyền. m Góc giữa đường nối tâm quay với piston ở điểm chết trên với trục thẳng đứng độ e Khoảng cách lệch tâm m α Góc quay trục khuỷu độ 3 Vc Thể tích buồng cháy của động cơ m D Đường kính xi lanh m b Góc nghiêng của đế xupáp độ c Góc quay trục cam độ dh Đường kính họng dế xupáp m ip Tỷ số truyền cò mổ - h(c) Hành trình nâng của xupáp m Bán kính con lăn của con đội m R1 Bán kính lưng cam m r1 Bán kính cung đỉnh cam m Do Khoảng cách giữa hai tâm đường tròn lưng cam và đỉnh cam m TL Nhiệt độ lót xi lanh K TL, ĐCT Nhiệt độ lót xi lanh tại vị trí ĐCT K TL, ĐCD Nhiệt độ lót xi lanh tại vị trí ĐCD K x Dịch chuyển tương đối của pittông m xii
15. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ sản xuất LPG trên toàn cầu 4 Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn tốc độ tăng trưởng sản xuất LPG trong nước qua các năm 1998 – 2015 5 Hình 1.3: Biểu đồ tiêu thụ LPG trên toàn cầu 6 Hình 1.4: Đồ thị diễn biến tiêu thụ và kế hoạch trong giao đoạn các năm 6 Hình 1.5: Biểu đồ khí thải trên máy phát điện 80KW dùng LPG ,NG và Diesel 9 Hình 2.1: Sơ đồ hòa trộn Diesel và LPG lỏng vào buồng đốt 14 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phun trực tiếp LPG vào buồng đốt 15 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống phun LPG vào đường ống nạp động cơ 17 Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn các giai đoạn trong quá trình cháy động cơ diesel 20 Hình 2.5: Phân chia vùng cháy trong động cơ diesel - LPG 22 Hình 2.6: Hướng lan truyền của màng lửa trong buồng cháy 23 Hình 2.7: Quá trình tỏa nhiệt trong động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel- LPG24 Hình 2.8: Các giai đoạn trong quá t nh cháy của động cơ diesel-LPG 27 Hình 2.9: Giao diện phần mềm AVL-BOOST 34 Hình 2.10: Cân bằng năng lượng trong xi lanh động cơ 37 Hình 2.11: Lưu thông không khí theo độ nâng sú páp 39 Hình 2.12: Sơ đồ tính toán chuyển vị của piston 42 Hình 2.13: Hình học biến dạng cam và côn đội 43 Hình 3.1: các phần tử mô hình 52 Hình 3.2: Mô hình mô phỏng động cơ 3C-TE trên AVL-BOOST. 53 Hinh 3.3: Giao diện nhập dữ liệu chung cho mô hình 54 xiii
16. Hinh 3.4: Giao diện nhập dữ liệu cho phần tử Cylinder 55 Hinh 3.5: Giao diện nhập thông số kết cấu động cơ 56 Hình 3.6: Giao diện nhập dự liệu cho phần tự ống 56 Hình 3.7: So sánh công suất và mô men của động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng 58 Hình 3.8: Mô hình mô phỏng động cơ diesel - LPG trên AVL-BOOST. 59 Hình 3.9: Khai báo tỷ lệ hòa trộn LPG cho mô hình động cơ diesel - LPG 60 Hình 3.10: Đồ thị moment động cơ thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG – diesel 61 Hình 3.11: Đồ thị công suất động cơ thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG – diesel 62 Hình 3.12: Đồ thị tiêu hao nhiên liệu thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG – diesel 63 Hình 3.13: Đồ thị nhiệt độ quá trình cháy thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG-diesel 64 Hình 3.14: Đồ thị áp suất quá trình cháy thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG-diesel65 Hình 3.15: Đồ thị phát thải NOx thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG – diesel 66 Hình 3.16: Đồ thị phát thải CO thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG – diesel 67 Hình 3.17: Đồ thị phát thải bồ hóng (Soot) thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn LPG-diesel68 Hình 3.18: Công suất và mô men động cơ thay đổi theo góc phun sớm 69 Hình 3.18: Phát thải NOx khi thay đổi theo góc phun sớm 70 Hình 3.19: Phát thải CO khi thay đổi theo góc phun sớm 71 Hình 3.20: Phát thải SOOT khi thay đổi theo góc phun sớm 71 Hình 3.21: Công suất và mô men của động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng 73 Hình 3.22: Công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ LPG - diesel 74 Hình 3.23: Mô men giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ LPG - diesel 75 xiv
17. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của dầu diesel 7 Bảng 1.2: Đặt tính của LPG 8 Bảng 2.1: Phương trình tính toán giá trị của các góc bắt đầu và kết thúc giai đoạn cháy nhiên liệu cho các chế độ khác nhau 27 Bảng 3.1: Các thông số cơ bản của động cơ 3C-TE. 52 Bảng 3.2: Các phần tử của mô hình mô phỏng trên hình 3.2. 53 Bảng 3.3: Kết quả so sánh công suất động cơ 3C-TE giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ đặc tính ngoài 57 Bảng 3.4: Các phần tử của mô hình mô phỏng trên hình 3.8. 59 Bảng 3.5: Kết quả so sánh công suất và mô men động cơ 3C-TE giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ đặc tính ngoài 72 Bảng 3.6: Kết quả so sánh công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ LPG – diesel 74 Bảng 3.7: Kết quả so sánh mô men giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ LPG – diesel 75 xv
18. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, số lượng phương tiện giao thông và thiết bị động lực trang bị động cơ diesel ngày càng tăng cao. Điều này dẫn đến sự cạn kiệt nhanh nguồn nhiên liệu truyền thống và gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Mặt khác, tiêu chuẩn về khí thải động cơ thì ngày càng ngặt nghèo. Vì vậy, cần nghiên cứu và sử dụng các loại nhiên liệu thay thế có mức độ phát thải độc hại thấp để một mặt giảm ô nhiễm môi trường, mặt khác có thể bù đắp phần nhiên liệu truyền thống đang bị thiếu hụt. Trong các loại nhiên liệu thay thế được ưu tiên sử dụng, LPG là nhiên liệu có tiềm năng lớn, đáp ứng được các yêu cầu trên. Sử dụng LPG trên động cơ diesel sẽ tận dụng được tính ưu việt về hiệu suất cao của động cơ, đồng thời giảm phát thải, đặc biệt là phát thải khói bụi, thành phần phát thải quan trọng và rất khó xử lý của động cơ. Ngày nay, việc nghiên cứu tìm ra nguồn nhiên liệu mới thay thế cho xăng và diesel để ứng dụng trong công nghiệp, phương tiên giao thông cũng như giảm khí thải độc hại cho động cơ diesel đang được nhiều quốc gia đầu tư thực hiện. Sử dụng động cơ chạy bằng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG trên ô tô nhằm giảm khí thải độc hại là một hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học quan tâm. Biện pháp này khi áp dụng sẽ giải quyết được hai vấn đề là bảo vệ môi trường không khí và tận dụng được nguồn nhiên liệu hiện đang có sẵn ở nhiều nơi trên thế giới trong khi nhiên liệu hóa thạch đang dần có nguy cơ cạn kiệt. Tuy nhiên do những tính chất hóa lý của hai loại nhiên liệu thay thế này không hoàn toàn giống với nhiên liệu truyền thống, vì vậy khi sử dụng chúng trên các phương tiện giao thông mà không có sự thay đổi gì về kết cấu thì khả năng làm việc của động cơ sẽ có những thay đổi gì về kết cấu khả năng làm việc của đông cơ sẽ có những sự thay đổi, đặc biệt đối với động cơ củ. Để đảm bảo cho động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG-diesel mà ít phải thay đổi kết cấu có thể dùng biện pháp lắp 1
19. đặt thêm bộ cung cấp LPG vào động cơ diesel nguyên thủy. Cần có nhũng nghiên cứu đánh giá một cách chuẩn xác nhất ảnh hưỡng của việc sử dụng nhiên liệu kép LPG - diesel đến tính năng thông số và phát thải của động cơ. Nghiên cứu thông qua phần mềm mô phỏng là một giải pháp khả thi để có thể đánh giá được những sự thay đổi của đặt tính động cơ. Hơn nữa quá trình mô phỏng có thể giúp rát ngắn thời gian nghiên cứu và tiết kiệm chi phí. Đề tài "Nguyên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng AVL boost để đánh giá thông số động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG và diesel" là trở nên cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. 2. Mục đích nghiên cứu Sử dụng phần mềm AVL-BOOST để mô phỏng đặc tính, trạng thái làm việc của động cơ 3C-TE khi sử dụng nhiên liệu kép LPG diesel. Dựa vào kết quả mô phỏng xác định các thông số tối ưu cho mô hình để so sánh với thực nghiệm. Góp phần đánh giá hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu kép LPG diesel trên động cơ 3C-TE nói riêng và động cơ diesel nói chung. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu về nhiên liệu LPG. Tìm hiểu về phần mềm AVL BOOST. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ 3C-TE bằng phần mềm AVL BOOST. Phân tích và đánh giá kết quả mô phỏng đồng thời so sánh với kết quả thực nghiệm để hoàn thành mô hình mô phỏng góp phần đánh giá việc sử dụng hệ thống nhiên liệu kép trên động cơ diesel. Phạm vi của đề tài: Đề tài chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình cháy của động cơ 3C-TE sử dụng nhiên liệu kép LPG diesel. Từ đó, xác định các thông số tối ưu cho mô hình để so sánh với thực nghiệm. 2
20. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp thống kê và phân tích tài liệu: thu thập, phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ các tài liệu sưu tầm được và kết quả nghiên cứu liên quan. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và mô hình hóa: nghiên cứu mô hình hóa quá trình cháy hỗn hợp LPG diesel ứng với các chế độ vận hành của động cơ. Sử dụng phần mềm AVL BOOST để mô phỏng quá trình làm việc và phát thải của động cơ. Kết quả mô hình hóa giúp ta giảm bớt chi phí thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu quan sát và phân tích tổng hợp: từ kết quả mô phỏng ta quan sát và phân tích các thông số kỹ thuật, đồng thời kết hợp với kết quả thực nghiệm của động cơ 3C-TE khi sử dụng nhiên liệu kép LPG diesel ta so sánh với kết quả từ mô hình mô phỏng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn * Ý nghĩa khoa học: Luận văn đã xây dựng được mô hình mô phỏng để đánh giá lượng phát thải của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG. Các kết quả tính toán đã được so sánh kiểm chứng bằng thực nghiệm trên hệ thống trang thiết bị thử nghiệm hiện đại, đạt tiêu chuẩn Quốc tế. * Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở để đánh giá hiệu quả môi trường và năng lượng của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG- diesel. 3
21. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng LPG 1.1.1 Tình hình sản xuất LPG  Trên thế giới: Sản lượng LPG sản xuất trên thế giới liên tục tăng (trung bình 5-10%/năm) kể từ thập kỷ 90 đến nay và dự đoán vẫn tiếp tục tăng những năm tới. Tổng nguồn cung LPG trên thế giới năm 2000 đạt mức 198 triệu tấn, năm 2008 đạt 239 triệu tấn. Tốc độ tăng trưởng nguồn cung LPG thế giới tăng khoảng 2,4% một năm trong giai đoạn 2000-2008. Năm 2013 nguồn cung thế giới có thể đạt 260 triệu tấn và sản xuất LPG toàn cầu tăng 4,1% đến hơn 284 triệu tấn/năm vào năm 2014. Năm 2015 đạt 291,7 triệu tấn. Trong tổng lượng LPG cung cấp trên thị trường, 60% LPG được sản xuất từ quá trình xử lý khí, 39,5% sản xuất từ các nhà máy lọc dầu, còn lại 0,5% sản xuất từ các nguồn khác. Hình 1.1: Biểu đồ sản xuất LPG trên toàn cầu [14]  Ở Việt Nam: Việt Nam có trữ lượng khoảng 3.000 tỷ m3 khí tập trung chủ yếu ở thềm lục địa nước ta. Năm 2009 nhà máy chế biến khí Dinh Cố bắt đầu sản 4
22. xuất LPG (sản lượng khoảng 29.000 tấn/tháng) phục vụ cho công nghiệp và dân dụng. Từ qúy II năm 2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng chính thức đi vào hoạt động, đã cho ra sản phẩm LPG thương mại đầu tiên. Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn tốc độ tăng trưởng sản xuất LPG trong nước qua các năm 1998 – 2015[1] Trong tương lai, khi các nhà máy lọc, hoá dầu khác như Nghi Sơn, Long Sơn, hoàn thành theo qui hoạch PVN (Petrovietnam) đã phê duyệt thì sản lượng khí đồng hành của các nhà máy trên sẽ là nguồn cung cấp LPG rất lớn, khi đó chúng ta có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng LPG của cả nước. Dự báo sản lượng LPG tại Việt Nam sẽ đạt 1,86 triệu tấn năm 2016 và đạt 2,88 triệu tấn năm 2025. 1.1.2 Tình hình sử dụng LPG  Trên thế giới: Việc sử dụng LPG trên thế giới tập trung vào bốn lĩnh vực, tiêu dùng dân dụng hiện có khối lượng sử dụng lớn nhất chiếm gần 50%, tiếp theo là lĩnh vực hoá chất chiếm 24%, sử dụng LPG trong công nghiệp đứng thứ ba với tổng mức tiêu thụ chiếm khoảng 13%, trong khi vận tải chỉ đứng thứ 4 với tổng lượng tiêu thụ hàng năm chiếm 8,8%. Tiêu thụ LPG toàn cầu tăng 4% trong năm 2014 và lên hơn 275 triệu tấn/năm - so với năm 2013. 5
23. S K L 0 0 2 1 5 4