Tìm kiếm tài liệu miễn phí

Nghiên cứu - chế tạo bộ đo lưu lượng biogas theo nguyên lý chênh áp cho động cơ biogas

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu - chế tạo bộ đo lưu lượng biogas theo nguyên lý chênh áp cho động cơ biogas và phương pháp hiệu chỉnh lưu lượng kế. Hệ thống đo hệ số tương đương của động cơ dual fuel biogas diesel được lắp đặt với 2 cảm biến áp suất được dùng trên động cơ ô tô. Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.



Đánh giá tài liệu

0 Bạn chưa đánh giá, hãy đánh giá cho tài liệu này


  • 5 - Rất hữu ích 0

  • 4 - Tốt 0

  • 3 - Trung bình 0

  • 2 - Tạm chấp nhận 0

  • 1 - Không hữu ích 0

Mô tả

Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh

40

NGHIÊN CỨU - CHẾ TẠO BỘ ĐO LƯU LƯỢNG BIOGAS THEO NGUYÊN LÝ
CHÊNH ÁP CHO ĐỘNG CƠ BIOGAS
DESIGNING AND MANUFACTURING PRESSURE MASS FLOW METERS
FOR BIOGAS ENGINES
Nguyễn Việt Hải1, Nguyễn Văn Anh2
1
Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; nvhai@dut.udn.vn
2
Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế; nvanh@hueic.edu.vn
Tóm tắt - Sử dụng nhiên liệu biogas cho động cơ đốt trong là một
vấn đề nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Để nâng
cao hiệu quả sử dụng biogas trong động cơ, chúng ta cần chế tạo
bộ phụ kiện có tính năng tốt hơn. Vì vậy, bài báo này trình bày kết
quả nghiên cứu - chế tạo bộ đo lưu lượng biogas theo nguyên lý
chênh áp cho động cơ biogas và phương pháp hiệu chỉnh lưu
lượng kế. Hệ thống đo hệ số tương đương của động cơ dual fuel
biogas diesel được lắp đặt với 2 cảm biến áp suất được dùng trên
động cơ ô tô. Mối quan hệ giữa hệ số thực tế nhận được nhờ phân
tích khí sau bộ tạo hỗn hợp và tỉ số điện áp đầu ra của hai cảm
biến cho phép ta xác định được hệ số chuẩn của hệ thống đo. Kết
quả nghiên cứu được áp dụng để đo lưu lượng biogas cung cấp
cho động cơ thí nghiệm một xi lanh EV2600NB.

Abstract - The use of biogas fuel for internal combustion engines
is an issue of great interest to scientists. To increase the efficiency
of biogas engines, we need to manufacture a kit which has better
features. This article presents the result of researching and
manufacturing pressure mass flow meters for biogas engines and
flow meter calibration method. A system of measuring equivalence
ratio  of biogas diesel dual fuel engines is established by 2
pressure sensors used on automobile engines. The relationship
between real  given by gas analysis in downstream of mixer and
ratio of output voltage of the two sensors allows us to determine
calibration coefficient of the system. The research result can be
used to measure the flow of biogas for the EV2600NB engines in
experiments.

Từ khóa - biogas; biogas-diesel; động cơ; phương pháp đo; bộ đo
lưu lượng.

Key words - biogas; biogas-diesel; engine; measurement
methods; flow meters.

1. Giới thiệu
Nhu cầu phát triển các hệ thống điều khiển động cơ, đặc
biệt là các hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu và đánh
lửa trên động cơ đốt cháy cưỡng bức như động cơ nhiều xi
lanh/động cơ xe gắn máy dùng LPG/CNG/biogas/nhiên
liệu sinh học, đặt ra yêu cầu quan trọng cho việc nghiên
cứu và chế tạo thành công các bộ đo lưu lượng thể tích,
nhất là bộ đo lưu lượng không khí nạp cho động cơ và lưu
lượng nhiên liệu khí.
Các bộ đo lưu lượng không khí (kiểu tấm đo gió và kiểu
dây nhiệt/màng nhiệt) đã qua sử dụng có trên thị trường hiện
nay chỉ phù hợp cho các ứng dụng đo lưu lượng không khí
nạp với động cơ có thông số làm việc tương đương. Những
bộ đo này khó áp dụng được cho những động cơ có dung tích
lớn hơn như các động cơ dùng nhiên liệu khí chuyển đổi từ
động cơ diesel, hay kích thước rất nhỏ như các động cơ xe
gắn máy, hay các chất khác nhiên liệu lỏng/khí, khí thải, lọt
khí. Do đó, việc nghiên cứu và xác định công nghệ phù hợp
để tự phát triển các bộ đo lưu lượng trong điều kiện ở Việt
Nam là một công tác quan trọng và cần thiết.
Việc chuyển đổi động cơ xăng dầu truyền thống sang
động cơ sử dụng biogas có ý nghĩa rất quan trọng đối với
việc tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường ở
nông thôn nước ta. Mặt khác, việc sử dụng các động cơ
chạy bằng biogas còn góp phần giảm chi phí sản xuất nông
nghiệp, nâng cao chất lượng cuộc sống, thực hiện chương
trình nông thôn mới mà Nhà nước đang tiến hành.
Nhóm GATEC của Đại học Đà Nẵng đi tiên phong
trong việc phát triển các bộ phụ kiện đơn giản nhằm cải tạo
các động cơ truyền thống thành động cơ biogas. Đây là các
bộ phụ kiện kiểu cơ khí, điều chỉnh công suất động cơ theo
các nguyên lý cổ điển của cơ học, vì vậy hiệu quả hoạt động
có giới hạn [1].

Để nâng cao hiệu quả sử dụng biogas trong động cơ,
chúng ta cần chế tạo bộ phụ kiện có tính năng tốt hơn dựa
trên các thành tựu về điện tử và công nghệ thông tin. Một
trong những vấn đề cần giải quyết theo hướng này là phát
triển bộ đo lưu lượng biogas để xác định lưu lượng khí
biogas cung cấp cho động cơ đốt trong [2], [3].
Nghiên cứu này trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo
bộ đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp. Bộ đo này được
áp dụng cho động cơ dual fuel biogas-diesel EV2600NB.
Đây là kết quả do nhóm GATEC của Đại học Đà Nẵng
nghiên cứu phát triển. Do đây là động cơ diesel được
chuyển đổi sang động cơ sử dụng khí biogas, do vậy phạm
vi làm việc của bộ đo lưu lượng sẽ được giới hạn theo các
thông số kỹ thuật của động cơ này.
2. Phương đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp
Một trong những nguyên tắc phổ biến để đo lưu lượng
chất lỏng và khí là nguyên tắc đo lưu lượng dựa trên sự
thay đổi áp suất: khi lưu chất chuyển động qua vị trí có tiết
diện hẹp sẽ làm cho vận tốc tăng lên và đồng thời làm cho
áp suất tĩnh giảm xuống. Lưu lượng chất lỏng/khí đi qua
ống tỉ lệ với độ chênh lệch áp suất này. Các phương án đo
lưu lượng dựa trên nguyên tắc chênh áp như: ống venturi,
lỗ orifice, ống nozzle và ống pitot [4], [5], [6].
D

1

D

2

Doø
ng chaûy

h

Hình 1. Phương pháp đo
bằng ống venture

Hình 2. Phương pháp đo
bằng lỗ orifice

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1
D

D

1

Doø
ng chaû
y

2

Ñieå
m döø
ng

Doø
ng chaû
y

41

2.4. Kết quả mô phỏng
a. Ống venturi

Ps

p suaá
t tónh

h

Pt

p suaá
t
tuyeä
t ñoá
i
h

Hình 3. Phương pháp đo
bằng ống nozzle

Hình 4. Phương pháp đo
bằng ống pitot

Đặc tính làm việc của các phương án đo dựa trên độ
chênh áp như: ống venturi, orifice, nozzle, phân kỳ - hội tụ
sẽ được khảo sát bằng phương pháp mô phỏng với phần
mềm Ansys CFD/Fluent để xác định các đặc tuyến chuyển
đổi, độ nhạy và hệ số cản tương ứng.
2.1. Điều kiện về kích thước
Các phương án được mô phỏng phải đồng dạng về kích
thước. Đường kính tại vị trí co hẹp bằng 0,75 đường kính
vào của ống. Trong đó, đường kính vào 55 được chọn
theo kích thước của động cơ ô tô.
0.75 x 55

0.75 x 55


Kết quả trên Hình 10 cho thấy, với độ chênh áp
∆Pmax=5.500 Pa thì lưu lượng lớn nhất qua ống venturi
Qmax= 123 lít/s và hệ số cản Cmax = 2.500. Khi độ chênh áp
∆P tăng từ 550 Pa - 5.550 Pa thì lưu lượng Q tăng từ
40 lít/s - 123 lít/s (tăng 3 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng khoảng
3,5 lần. Nếu độ chênh áp giữa đầu vào và chỗ co hẹp ngày
càng tăng thì lưu lượng qua ống tăng theo, nhưng đồng thời
làm cho hệ số cản của ống venturi cũng tăng theo, nguyên
nhân là do khi tăng độ chênh áp sẽ làm cho các lốc xoáy
xuất hiện ngày càng nhiều và làm tăng hệ số cản.
b. Ống orifice

Ø55

Ø55

21°

Hình 10. Kết quả mô phỏng ống venturi

60
180

60
180

Ống venturi
0.75 x 55

1.3 x 55

Ø55

Ø55

21°

Ống orifice

60
180

Ống nozzle

180

Ống phân kỳ - hội tụ
Hình 5. Điều kiện về kích thước của các ống đo khi
mô phỏng

2.2. Điều kiện về lưu chất mô phỏng
Trong điều kiện mô phỏng, lưu chất được sử dụng là
không khí ở 25°C có tính chất như bảng sau:

Hình 11. Kết quả mô phỏng ống orifice

Theo đồ thị trên Hình 11 ta thấy, với độ chênh áp
∆Pmax=2.500 kPa thì lưu lượng lớn nhất qua ống orifice
Qmax≈ 68 (lít/s) và hệ số cản Cmax ≈ 17.000. Khi độ chênh
áp ∆P tăng từ 250 Pa - 2.500 Pa thì lưu lượng Q tăng từ
21 lít/s - 68 lít/s (tăng khoảng 3,2 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng
khoảng 3,11 lần. Hệ số cản của ống orifice tăng cao là do
xoáy lốc được tạo ra khi dòng đi qua vị trí co hẹp, chính
các lốc xoáy này làm cho dòng lưu chất bị mất năng lượng
dẫn đến lưu lượng bị giảm mạnh.
c. Ống nozzle

Bảng 1. Bảng thông số của không khí ở 25°C
Khối lượng phân tử

[kg/kmol]

28,96

Khối lượng riêng

[kg/m3]

1,185

Hệ số giãn nở do nhiệt

[1/K]

0,003356

Hệ số nhớt động học

[kg/m.s]

1,831e-05

2.3. Điều kiện về lưới của mô phỏng

Hình 6. Mô hình chia lưới
ống venturi

Hình 7. Mô hình chia lưới
ống orifice

Hình 8. Mô hình chia lưới
ống nozzle

Hình 9. Mô hình chia lưới
ống phân kỳ - hội tụ

Hình 12. Kết quả mô phổng ống nozzle

Kết quả trên Hình 12 cho thấy, với độ chênh áp
∆Pmax=2.500 Pa thì lưu lượng lớn nhất qua ống nozzle
Qmax≈ 79 (lít/s) và hệ số cản Cmax ≈ 12.200. Khi độ chênh
áp ∆P tăng từ 260 Pa - 2.440 Pa thì lưu lượng Q tăng từ
26 lít/s - 79 lít/s (tăng khoảng 3,03 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng
khoảng 3,18 lần.
d. Ống phân kỳ - hội tụ

Hình 13. Kết quả mô phỏng ống phân kỳ - hội tụ

Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh

42

Kết quả mô phỏng được trình bày trên Hình 13 cho
thấy, với độ chênh áp ∆Pmax = 1.000 Pa thì lưu lượng lớn
nhất qua ống phân kỳ - hội tụ Qmax ≈ 130 lít/s và hệ số cản
Cmax≈1.200. Khi độ chênh áp ∆P tăng từ 100 Pa - 1.050 Pa
thì lưu lượng Q tăng từ 41 lít/s - 130 lít/s (tăng khoảng
3,18 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng khoảng 2,81 lần. Chính vì khả
năng cản dòng thấp cho nên độ chênh áp giữa đầu vào và
chỗ co hẹp dẫn đến độ nhạy của ống phân kỳ - hội tụ thấp
hơn nhiều so với các phương án khác.

Với μ = F2/F0  F2= μ .F0 ,
Thay (3) và (5) vào (4) ta có
W2 =

 −  2 . 2

Đặt Cd =
Suy ra

3. Thiết kế bộ đo lưu lượng kiểu ống orifice
3.1. Nguyên lý làm việc của ống đo orifice


.

[m2]

(5)

.F0 . 2. . ( p1 − p2 ) ,[kg/h]


.

(6)

- gọi là hệ số lưu lượng.

 −  2 . 2

G = Cd .F0 . 2. . ( p1 − p2 ) , [kg/h]

Từ các biểu thức trên và F0 =

(7)

 d 22
, ta nhận được công
4

thức xác định lưu lượng khối của dòng lưu chất là:

 d 22

. 2. . ( p1 − p2 ) , [kg/h]
(8)
4
Trên cơ sở thực nghiệm người ta xác định hệ số lưu
lượng cho mỗi lỗ thu hẹp và xem như không đổi trong
phạm vi số Reynol giới hạn.
G = Cd .

Bảng 2. Hệ số lưu lượng Cd theo chỉ số Re [1], [3]
Cd
Số Reynolds- Re



Hình 14. Phân bố áp suất và vận tốc trong ống đo orifice

Ống đo orifice hoạt động dựa trên nguyên tắc đo độ
giảm áp suất của dòng chảy khi đi qua màng ngăn có lỗ thu
hẹp. Khi chảy qua lỗ thu hẹp của màng ngăn, vận tốc của
lưu chất tăng lên, do đó tạo ra sự chênh áp trước và sau lỗ
thu hẹp. Sử dụng một áp kế vi sai đo độ chênh áp này có
thể xác định được lưu lượng của dòng chảy.
Từ Hình 14 áp dụng phương trình Bernoulli cho lưu
chất chảy qua lỗ ta có vận tốc cực đại W2 được xác định
như sau [7], [8]:
1
2
(1)
W2 =
.
. p1' − p2' ,[m/s]
2
2

 −  .
Trong đó:
- p1’, p2’ - Áp suất tĩnh tại tiết diện A-A và B-B;
- ρ - Tỉ trọng chất lưu;
- ξ - Hệ số tổn thất thuỷ lực;

(

)

-  - Tỉ số thu hẹp của màng ngăn, = F0/F1;
- μ - Hệ số thu hẹp dòng chảy, μ = F2/F0.
Thường ta không đo độ giảm áp Δp’ = p’1 - p’2 ở tiết
diện A-A và B-B, mà đo độ giảm áp Δp = p1 - p2 ngay trước
và sau lỗ thu hẹp. Quan hệ giữa Δp’ và Δp có dạng:

( p − p ) = . ( p
'
1

'
2

Khi đó: W2 =

1

− p2 )


 −  2 . 2

.

2



(2)

. ( p1 − p2 ) ,[kg/h]

(3)

105

106

107

0,2

0,60

0,595

0,594

0,594

0,4

0,61

0,603

0,598

0,598

0,5

0,62

0,608

0,603

0,603

0,6

0,63

0,61

0,608

0,608

0,7

0,64

0,614

0,609

0,609

3.2. Xác định khối lượng riêng biogas
Khối lượng riêng biogas

Tài liệu cùng danh mục Cơ khí - Chế tạo máy

Biomedical Engineering Trends in Materials Science Part 17

Tham khảo tài liệu 'biomedical engineering trends in materials science part 17', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


the second australasian conference on interactive entertainment

Tham khảo sách 'the second australasian conference on interactive entertainment', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


MIMO SYSTEMS, THEORY AND APPLICATIONS

In recent years, it was realized that the Multiple Input Multiple Output (MIMO) communication systems seems to be inevitable in accelerated evolution of high data rates applications. The MIMO systems, have received considerable att ention of researchers and commercial companies due to their potential to dramatically increase the spectral effi ciency and simultaneously sending individual information to the corresponding users in wireless systems.


Bài giảng Chi tiết máy: Chương 5 - Nguyễn Văn Thạnh

Chương 5 giúp người học hiểu về Bộ truyền xích. Nội dung trình bày cụ thể gồm có: Công dụng, phân loại, kết cấu xích ống con lăn, động lực học bộ truyền xích, động lực học bộ truyền xích, trình tự thiết kế bộ truyền xích. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung bài giảng.


Hệ Thống Điện - Mạch Điện - Hệ Thống Điện Ô Tô (Phần 2) part 4

Tham khảo tài liệu 'hệ thống điện - mạch điện - hệ thống điện ô tô (phần 2) part 4', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Giáo trình hình thành ứng dụng sơ đồ nghiền clinke theo sơ đồ khép kín p3

Tham khảo tài liệu 'giáo trình hình thành ứng dụng sơ đồ nghiền clinke theo sơ đồ khép kín p3', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Hệ thống bôi trơn và nhiệm vụ

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát của các chi tiết để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ và tăng tuổi thọ cho các chi tiết


Trang bị Điện - Điện tử tự động hóa: Cầu trục và cần trục

Cầy cần trục và cần trục là loại thiết bị được trang bị trong tất cả các nhà máy sản xuất công nghiệp như trong các ngành cơ khí, luyện kim, đóng tàu vật liệu xây dựng… Trong các công trình xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp, xây dựng cầu cống… Đặc biệt trong vận chuyển xuất nhập container. Nó là một trong yếu tố cấu thành của cảng biển, quyết định năng lực sản xuất, mức độ hiện đại của cảng biển…Nội dung giáo trình tập trung vào phân tích động lực học của các cơ cấu...


Bài tập ôn tập: Sức bền vật liệu 2

Nhằm giúp các bạn có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và ôn thi, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài tập ôn tập "Sức bền vật liệu 2" dưới đây. Hy vọng nội dung tài liệu phục vụ hữu ích nhu cầu học tập cho các bạn.


Applied Computational Fluid Dynamics Techniques - Wiley Episode 2 Part 8

Tham khảo tài liệu 'applied computational fluid dynamics techniques - wiley episode 2 part 8', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Tài liệu mới download

Từ khóa được quan tâm

Có thể bạn quan tâm

Modern Plastics Handbook 2011 Part 7
  • 18/12/2011
  • 36.982
  • 948

Bộ sưu tập

Danh mục tài liệu