Phân tích kết hợp mô phỏng cháy 1D và phần tử hữu hạn cơ - nhiệt của piston trong động cơ sử dụng khí sinh học

Abstract

Nghiên cứu này phân tích đặc tính làm việc cơ–nhiệt của piston trong động cơ diesel sau khi chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu khí sinh học. Phương pháp nghiên cứu sử dụng mô phỏng kết hợp giữa mô hình nhiệt động học một chiều và phân tích phần tử hữu hạn nhằm đánh giá ảnh hưởng của chuyển đổi nhiên liệu và thay đổi hình dạng đỉnh piston đến quá trình cháy trong xylanh cũng như trạng thái ứng suất và biến dạng của piston. Quá trình cháy của động cơ diesel nguyên bản và động cơ sử dụng khí sinh học được mô phỏng bằng phần mềm AVL Boost ở chế độ toàn tải, tốc độ 1500 vòng/phút; các diễn biến áp suất và nhiệt độ trong xylanh được dùng làm tải trọng đầu vào cho bài toán phân tích cơ - nhiệt piston. Kết quả cho thấy động cơ sử dụng khí sinh học có áp suất đỉnh thấp hơn và xuất hiện muộn hơn, trong khi nhiệt độ cực đại cao hơn và kéo dài hơn so với động cơ diesel. Phân tích phần tử hữu hạn chỉ ra rằng ứng suất cực đại trên đỉnh piston giảm, nhưng chuyển vị và biến dạng tổng tăng do ảnh hưởng chi phối của tải nhiệt và sự suy giảm độ cứng của đỉnh piston sau hoán cải. Kết quả nhấn mạnh sự cần thiết phải xem xét đồng thời tải cơ và tải nhiệt trong thiết kế piston cho động cơ sử dụng khí sinh học.