Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học b10, b20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ diesel (tóm tắt)

Trong khi, QLCCNL lại là thông số đầu vào quan trọng phục vụ việc tính toán quá trình tạo hỗn hợp, chu trình công tác CTCT và các chỉ tiêu kinh tế KT, năng lượng NL, môi trường MT của độ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

PHAN ĐẮC YẾN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC B10, B20 ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG

VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số : 62.52.01.16

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS Nguyễn Hoàng Vũ

2 TS Nguyễn Trung Kiên

Phản biện 1: PGS TS Khổng Vũ Quảng

Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Văn Bang

Phản biện 3: TS Nguyễn Trí Minh

Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo

Quyết định số 2592 /QĐ-HV, ngày 07 tháng 09 năm 2015 của Giám đốc

Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật quân sự vào hồi… giờ … ngày … tháng năm 2015

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Kỹ thuật quân sự

- Thư viện Quốc gia

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

LIÊN QUAN LUẬN ÁN

1 Nguyễn Công Lý, Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn

Hoàng Vũ, “Mô hình hoá chu trình công tác của động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp bằng phần mềm chuyên dụng Diesel-RK”,

Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật (ISSN: 1859-0209), Học viện KTQS,

số 140, 04/2011, tr.76-84

2 Nguyễn Công Lý, Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn

Hoàng Vũ, “Tính toán mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel B2 bằng phần mềm inject32”, Tạp chí Khoa học &

Kỹ thuật (ISSN: 1859-0209), Học viện KTQS, số 148, 6/2012, tr.164-174

3 Nguyen Hoang Vu, Nguyen Trung Kien, Phan Dac Yen, Nguyen

Cong Ly, “Study on the Effects of Biodiesel blends B10 and B20 on Performance and Emissions of a Diesel Engine by using Diesel-RK Software”, The 5th AUN/SEED-Net Regional Conference on

New/Renewable Energy; September-2012, tr 128-133

4 Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn Hoàng Vũ, Phan Đắc Yến, “Ảnh

hưởng của nhiên liệu diesel sinh học đến quy luật cung cấp nhiên liệu của động cơ diesel”, Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật (ISSN:

1859-0209), Học viện KTQS, số 155, tháng 6/2013, tr 116-125

5 Phan Đắc Yến, Nguyễn Công Lý, Nguyễn Hoàng Vũ, “Nghiên

cứu thiết kế, chế tạo các hệ thống phụ trợ phục vụ việc thử nghiệm động cơ diesel B2 trên bệ thử động cơ hạng nặng của hãng AVL”,

Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật (ISSN:1859-0209), Học viện KTQS,

số 161, tháng 4/2014, tr.120-127

6 Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên,“Tính toán hàm lượng các

chất ô nhiễm trong khí thải động cơ diesel bằng phần mềm Diesel RK”, Tạp chí Giao thông vận tải, Tháng 4/2014, tr.33-34,51

-7 Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn Hoàng Vũ, “Xác

định ảnh hưởng của biodiesel B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ B2 trên bệ thử AVL-ETC”,

Tạp chí Giao thông vận tải, Tháng 7/2014, tr 34-36,42

8 Nguyễn Công Lý, Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn

Hoàng Vũ, “Thực nghiệm xác định đặc tính cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp HK10 khi động cơ đang vận hành”, Tạp chí Giao thông vận tải,

Tháng 8/2014, tr 37-41

MỞ ĐẦU

Để đảm bảo an ninh năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, việc nghiên cứu sử dụng các loại nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu dầu mỏ truyền thống đã trở nên cấp bách và hết sức cần thiết Đối với động cơ xăng, nguồn nhiên liệu thay thế chủ yếu là các loại cồn công nghiệp biến tính (Etanol

và Metanol) hoặc các loại nhiên liệu khí (CNG, LPG và biogas) Đối với động cơ diesel, nhiên liệu thay thế được sử dụng phổ biến hiện nay là LPG và diesel sinh học (biodiesel)

Biodiesel được sản xuất từ dầu thực vật, mỡ động vật Biodiesel có thể thay thế cho diesel dầu mỏ và có thể pha chế với tỷ lệ bất kỳ Hiện nay, tỷ lệ pha trộn thường dùng là từ 6 đến 20%, [64]

Do biodiesel có sự khác biệt về tính chất hóa-lý (thành phần hóa học, tỷ trọng, độ nhớt ) và đặc tính cháy (nhiệt trị, trị số xêtan ) khi so với nhiên liệu diesel truyền thống nên sẽ tác động đến các thông số đặc trưng của quy luật cung cấp nhiên liệu (QLCCNL) Trong khi, QLCCNL lại là thông số đầu vào quan trọng phục vụ việc tính toán quá trình tạo hỗn hợp, chu trình công tác (CTCT) và các chỉ tiêu kinh tế (KT), năng lượng (NL), môi trường (MT) của động cơ diesel

Xuất phát từ các vấn đề nêu trên, việc thực hiện luận án TSKT “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi

trường của động cơ diesel“ nhằm xây dựng được mô hình mô phỏng (MHMP) cho phép

đánh giá tác động của hỗn hợp biodiesel B10, B20 đến QLCCNL; các chỉ tiêu KT, NL,

MT của động cơ diesel (đang sử dụng diesel dầu mỏ) mang tính cấp thiết và thời sự

Mục đích và phạm vi nghiên cứu của luận án

Xây dựng được MHMP đủ độ tin cậy, cho phép đánh giá ảnh hưởng của hỗn hợp biodiesel với các mức pha trộn khác nhau đến QLCCNL; diễn biến các quá trình nhiệt động trong xi lanh; các thông số của CTCT; các chỉ tiêu kinh tế (suất tiêu hao nhiên liệu, ge), năng lượng (mô men xoắn, Me) và môi trường (mức phát thải NOx; độ khói khí thải, k) của động cơ diesel B2 trên cơ sở ứng dụng các phần mềm mô phỏng (PMMP) chuyên dụng (Inject32 và Diesel-RK)

Đối tượng nghiên cứu của luận án

Động cơ diesel B2 (công suất định mức Ne đm=382 kW tại n=2000 vg/ph) do Liên xô (cũ) sản xuất Đây là loại động cơ diesel có công suất lớn, độ bền cao nhưng có suất tiêu hao nhiên liệu và mức độ khói cao

Loại nhiên liệu sử dụng trong nghiên cứu của luận án

Luận án sử dụng 3 loại nhiên liệu: diesel dầu mỏ (B0), hỗn hợp biodiesel có tỷ

lệ pha trộn 10% thể tích (B10) và 20% thể tích (B20) Trong đó, diesel sinh học gốc (B100) dùng để pha trộn tạo B10, B20 được sản xuất từ bã thải của quá trình tinh lọc dầu cọ thô (Crude Palm Oil) thành dầu ăn (Cooking Oil), [23]

Phương pháp nghiên cứu của luận án

Sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp, kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu

lý thuyết (LT) và thực nghiệm (TN), nhằm thiết lập được MHMP đủ độ tin cậy cho phép đánh giá ảnh hưởng của B10, B20 đến QLCCNL, diễn biến các quá trình nhiệt động trong xi lanh, các thông số công tác và mức phát thải NOx, độ khói của động cơ Việc nghiên cứu TN nhằm xác định một số thông số đầu vào phục vụ quá trình tính toán; đánh giá mức độ phù hợp của B10, B20 với các tiêu

chuẩn, quy chuẩn hiện hành; đánh giá độ tin cậy và hiệu chỉnh các MHMP đã xây dựng; lượng hóa tác động của B10 và B20 đến các thông số công tác, mức phát thải của động cơ B2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

* Ý nghĩa khoa học

- Đã đánh giá được ảnh hưởng của B10, B20 đến các chỉ tiêu KT, NL và MT thông qua việc xây dựng, kết nối MHMP hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) và CTCT của động cơ có xét đến các thuộc tính của B10 và B20 Đây là cơ sở khoa học để đánh giá, lựa chọn loại nhiên liệu diesel sinh học gốc (B100) và tỷ lệ pha trộn hợp lý nhằm đảm bảo các chỉ tiêu kT, NL và MT trong khai thác, sử dụng

động cơ diesel

-MHMP đã xây dựng cho phép xác định các chỉ tiêu công tác, mức phát thải của động cơ B2 khi sử dụng B10, B20 Ngoài ra, MHMP cũng cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào khác (thông số kết cấu, vận hành, điều chỉnh của HTPNL và của động cơ) đến các chỉ tiêu KT, NL và MT của động cơ B2

* Ý nghĩa thực tiễn

-Các kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học góp phần xây dựng các tiêu chuẩn

về nhiên liệu diesel sinh học B10, B20; dùng cho việc hoạch định chính sách sử dụng nhiên liệu diesel sinh học trên các phương tiện cơ giới đường bộ (PTCGĐB) nói chung, PTCGQS nói riêng

-Kết quả nghiên cứu của luận án cũng cung cấp các dữ liệu cụ thể để xem xét việc sử dụng hỗn hợp biodiesel B10, B20 làm nhiên liệu thay thế các động cơ diesel đang lưu hành tại Việt Nam

-MHMP đã xây dựng, hiệu chỉnh có thể phục vụ cho quá trình đào tạo sau đại học ngành Cơ khí động lực, Động cơ nhiệt

- MHMP đã xây dựng đã đóng góp trực tiếp cho việc thực hiện Đề tài NCKH

& PTCN cấp Quốc gia “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu diesel sinh học (B10 và B20) cho phương tiện cơ giới quân sự”, mã số ĐT.06.12/NLSH

Luận án gồm: Mở đầu, 4 chương, Kết luận và hướng phát triển, các Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Biodiesel là một loại nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel dầu mỏ

Hiện nay, nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel là khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) và diesel sinh học (biodiesel) Việc sử dụng LPG còn gặp phải những khó khăn nhất định về mặt công nghệ Nghiên cứu sử dụng biodiesel cho động cơ diesel đã và đang được quan tâm trên phạm vi toàn cầu, [14] Việt Nam có tiềm năng về sản xuất nhiên liệu diesel sinh học Chính phủ Việt Nam đã quyết tâm phát triển nền công nghiệp nhiên liệu sinh học thông qua việc triển khai Đề án phát triển Nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2020, [1]

1.2 Sự thay đổi thuộc tính của biodiesel so với nhiên liệu diesel dầu mỏ

Sự thay đổi về thuộc tính của biodiesel phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn và nguồn diesel sinh học gốc (B100) Với cùng nguồn gốc B100, khi thay đổi tỷ lệ pha trộn các thuộc tính lý-hóa và đặc tính của biodiesel cũng thay đổi theo (Bảng 1.4)

Bảng 1.4 Sự thay đổi thuộc tính của B10, B20 theo tỷ lệ pha trộn và nguồn gốc của B100

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị B100 từ Nguồn 1 B100 từ Nguồn 2

1.3.2 Ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến QLCCNL, quá trình tạo hỗn hợp

Các thuộc tính của nhiên liệu: tỷ trọng, độ nhớt và sức căng mặt ngoài của hạt

nhiên liệu có ảnh hưởng đến QLCCNL và quá trình tạo hỗn hợp Tỷ trọng và độ nhớt có ảnh hưởng đến diễn biến áp suất trong HTPNL, lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình (gct); độ nhớt và sức căng mặt ngoài của hạt nhiên liệu ảnh hưởng đến mức độ phun tơi của tia phun nhiên liệu

1.3.3 Ảnh hưởng của thuộc tính NL đến quá trình cháy và hình thành các chất ô nhiễm

Giá trị nhiệt trị thấp ảnh hưởng trực tiếp đến tổng lượng nhiệt cấp cho CTCT Giá trị của nhiệt trị thấp kết hợp với tốc độ phun nhiên liệu sẽ quyết định diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xi lanh Trị số xêtan có ảnh hưởng quyết định đến thời gian cháy trễ của nhiên liệu và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến nhiệt độ, áp suất trong xi lanh Thành phần chưng cất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo hỗn hợp, quá trình phát triển màng lửa và do đó sẽ ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt độ, áp suất trong xi lanh động cơ diesel Hàm lượng lưu huỳnh tăng sẽ có xu hướng làm giảm nhiệt độ cháy của nhiên liệu diesel nên có xu hướng làm tăng hàm lượng PM trongkhí thải

1.4 Các vấn đề cần quan tâm khi sử dụng biodiesel cho động cơ

1.4.1 Mức pha trộn và kinh nghiệm sử dụng thực tế

Với mức pha trộn nhỏ (≤ 5%) thì các động cơ khi dùng B5 hoạt động bình thường như khi dùng diesel (B0) Tuy nhiên mức pha trộn ≤ 5% thì hiệu quả thay thế chưa cao Với mức pha trộn trung bình (từ 6% đến 20%) thì cần đảm bảo chất lượng nguồn B100 dùng để phối trộn, cần quan tâm hơn đến thời gian lưu trữ và quy trình bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu Với mức pha trộn lớn (trên 20%) thì hỗn hợp biodiesel chưa được xem là nhiên liệu thay thế trực tiếp cho động cơ diesel

1.4.2 Các vấn đề cần quan tâm khi sử dụng biodiesel ở mức pha trộn trung bình

Với mức pha trộn này, cần quan tâm đến tính tương thích vật liệu; tính ổn định của nhiên liệu khi lưu trữ; hiện tượng pha loãng dầu bôi trơn; ảnh hưởng đến mức

độ mài mòn các chi tiết chính của HTPNL và động cơ;ảnh hưởng đến các chỉ tiêu

KT, NL, MT của động cơ Trong luận án, NCS tập trung nghiên cứu ảnh hưởng

của biodiesel B10, B20 đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ diesel

1.5 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của biodiesel đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel

1.5.1 Trên thế giới

Việc đánh giá ảnh hưởng của biodiesel đến động cơ và phương tiện nói chung; đánh giá ảnh của biodiesel đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ diesel nói riêng đã được nhiều tác giả, tổ chức trên thế giới quan tâm Một số công trình là các báo cáo tổng quan, tổng hợp kết quả nghiên cứu khác nhau về hiệu quả sử dụng và tác động của biodiesel nhằm dự báo cho các nhà quản lý hoạch định chính sách, hỗ trợ kỹ thuật cho việc sử dụng biodiesel ([52]; [56]; [57]; [59] Một số công trình áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tác động của biodiesel đến các chỉ tiêu KT, NL, MT ([54]; [65]) nên kết quả nghiên cứu chỉ đúng với một số loại xe hoặc động cơ cụ thể Một số công trình đã xây dựng mô hình lý thuyết và thực nghiệm về quá trình cháy và các chỉ tiêu KT, NL,

MT của động cơ khi sử dụng các loại biodiesel ([66]; [100]; [101]) Tuy nhiên, các tác giả chưa đề cập hoặc chưa đánh giá đầy đủ ảnh hưởng của biodiesel đến QLCCNL của HTPNL; thuộc tính của biodiesel cũng ít được xác định chi tiết bằng thực nghiệm để dùng làm thông số đầu vào cho quá trình tính toán

1.5.2 Tại Việt Nam

Chính phủ Việt Nam đã quyết tâm xây dựng nền công nghiệp nhiên liệu sinh học và đẩy mạnh việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung, biodiesel nói riêng [1], [2] Nhiều đề tài/dự án, công trình nghiên cứu về biodiesel đã được triển khai

và đã đạt được những kết quả ban đầu [20], [21], [22], [23], [28], [87], [88], [102] Tuy nhiên, do tính chất phức tạp của vấn đề cần nghiên cứu nên các công trình

đã công bố trong nước vẫn còn một số hạn chế: chưa đề cập hoặc chưa đánh giá chi tiết được ảnh hưởng của biodiesel đến QLCCNL và các chỉ tiêu công tác, mức phát thải ô nhiễm của động cơ Ngoài ra, một số thuộc tính cơ bản của hỗn hợp nhiên liệu (là thông số đầu vào cần thiết cho quá trình tính toán CTCT) chưa được phân tích, xác định trực tiếp bằng thực nghiệm mà thường được tham khảo từ các tài liệu chuyên ngành

1.6 Kết luận chương 1

- Để đảm bảo an ninh năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, việc nghiên cứu sử dụng biodiesel để thay thế một phần nhiên liệu diesel dầu mỏ đã trở nên cấp bách đối với các quốc gia, trong đó có Việt Nam Đối với động cơ diesel nói chung và nhất là các động cơ diesel đang lưu hành, biodiesel là loại nhiên liệu thay thế tiềm năng, có nhiều ưu điểm, đã và đang nhận được nhiều sự quan tâm

- Do sự thay đổi các thuộc tính hóa-lý, đặc tính cháy của hỗn hợp biodiesel nên sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến QLCCNL, quá trình hình thành và phát triển tia phun, quá trình cháy và hình thành các chất ô nhiễm của động cơ diesel Những tác động này cần được đánh giá bằng cả LT lẫn TN Các thuộc tính chính của biodiesel cần được xác định bằng TN để làm thông số đầu vào cho quá trình tính

toán, đánh giá một cách lượng hóa tác động việc sử dụng biodiesel đến QLCCNL;

đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ diesel

- Sự thay đổi các thuộc tính hóa-lý, đặc tính cháy của hỗn hợp biodiesel phụ

thuộc vào tỷ lệ pha trộn và nguồn gốc của B100 Trong phạm vi nghiên cứu của

luận án, NCS sử dụng B100 được sản xuất từ phần thải của quá trình tinh lọc dầu

cọ thô thành dầu ăn và chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của B10 và B20 đến

QLCCNL; đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ diesel B2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU

KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG, MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán quy luật cung cấp nhiên liệu của động cơ diesel

2.1.1 Mô hình hệ thống phun nhiên liệu dùng bơm cao áp kiểu cơ khí truyền thống

Khi tính toán HTPNL diesel dùng bơm

cao áp (BCA) kiểu cơ khí truyền thống

thường chỉ quan tâm đến quá trình vật lý diễn

ra tại BCA, đường ống cao áp và vòi phun

(VP) như sơ đồ trên Hình 2.1

2.1.2 Tính toán quá trình truyền sóng áp

suất trên đường ống cao áp

Tính toán quá trình cung cấp nhiên liệu

chính là giải phương trình sóng, truyền

sóng trong đường ống cao áp Dòng nhiên

liệu chảy trong đường ống cao áp Hình 2.1 Mô hình HTPNL diesel kiểu cơ khí truyền thống

được coi là dòng không ổn định và có thể được mô tả bằng hệ phương trình, [104]:

2.1.3 Các phương trình điều kiện biên tại bơm cao áp và vòi phun

2.1.3.1 Phương trình điều kiện biên tại bơm cao áp

a) Tại khoang xi lanh bơm cao áp

1

p Q

H R

2.1.4 Xác định quy luật cung cấp nhiên liệu

Tốc độ phun nhiên liệu q: Lượng nhiên liệu đã phun :

c xl

'

c

n

1 ) p

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình công tác và các chỉ tiêu kinh tế, năng lƣợng của động cơ

2.2.1 Mô hình vật lý dùng để tính toán CTCT của động cơ

Mô hình vật lý các dòng năng lượng, khối lượng ứng với 1 CTCT của động cơ diesel được trình bày trên Hình 2.2, [11]

2.2.2 Các phương trình cơ bản dùng để tính toán diễn biến áp suất, nhiệt độ trong xi lanh động cơ diesel

-Phương trình cân bằng khối lượng:

Hình 2.2 Mô hình vật lý CTCT của động cơ

2.2.3 Mô hình tính toán quá trình cháy

2.2.3.1 Khái quát chung

Các mô hình tính toán quá trình cháy trong động cơ rất đa dạng Nếu đánh giá theo chiều không gian tính toán có thể phân làm 3 loại mô hình: không chiều (Zero Dimensional model); một chiều (Quasi Dimensional Model); đa chiều (Multi Dimensional model) Nếu đánh giá theo vùng cháy có thể phân làm 3 loại:

Mô hình cháy đơn vùng (Single Zone); Mô hình cháy 2 vùng (Two Zone) và Mô hình cháy đa vùng (Multi Zone) Việc sử dụng mô hình cháy nào để tính toán phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu Với mục đích xác định ảnh hưởng của biodiesel đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ B2, luận án lựa chọn MH cháy đa vùng của Razleitsev- Kuleshov để tính toán CTCT của động cơ

2.2.3.2 Mô hình cháy đa vùng Razleitsev-Kuleshov

a Mô hình tia phun

Chùm tia diesel phun vào buồng

cháy được chia làm 7 vùng đặc trưng

như trên Hình 2.5 Chuyển động của

phần tử nhiên liệu từ vòi phun đến đỉnh

chùm tia được xác định theo công thức:

m

l

l U

b.Mô hình bay hơi của hạt nhiên liệu

Tốc độ bay hơi nhiên liệu cho vùng thứ i được xác định:

(2.27) Hằng số bay hơi của nhiên liệu theo từng vùng được xác định theo công thức:



c Thời gian cháy trễ

Theo Kuleshov, thời gian cháy trễ cho mỗi phần nhiên liệu được xác định từ biểu thức, [84]:

ij C C t c.ih (2.32)

d Tốc độ tỏa nhiệt khi cháy

Theo mô hình RK, tốc độ tỏa nhiệt khi cháy phụ thuộc vào tốc độ cháy tương ứng với các giai đoạn cháy khác nhau,[84]: tốc độ cháy trong giai đoạn cháy nhanh được xác định theo công thức:

1 1 0

0 P P d

Tốc độ cháy trong giai đoạn cháy chính được xác định:

2 2 1

16000 exp

r 300 r

x

A 1

W m

1

Wi V

2.2.4 Mô hình tính trao đổi nhiệt của môi chất với thành vách

Trong quá trình cháy, truyền nhiệt xảy ra dưới 2 hình thức là tỏa nhiệt đối lưu

và tỏa nhiệt bức xạ:

dt

dQ dt

dQ dt

2.2.5 Tính toán các thông số đánh giá chu trình và chỉ tiêu kinh tế, năng lượng

Sau khi có được quy luật biến thiên của áp suất và nhiệt độ trong xi lanh sẽ xác định được các thông số đánh giá CTCT, các chỉ tiêu KT, NL của động cơ diesel

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán NO x và độ khói k của động cơ

2.3.1 Xác định thành phần NO trong khí thải động cơ

Mô hình Zeldovich được nhiều tác giả sử dụng để tính toán hàm lượng NO,[111] Thành phần thể tích của NO rNO trong vùng cháy xác định theo công thức:

2

2 38020

7

3365

12346

T NO SPC

SPC NOq

r

r dr

2.3.2 Tính toán độ khói khí thải k

Việc tính toán độ khói khí thải dựa theo phương pháp của Giáo sư Razleitsev Theo đó, độ khói được xác định trên cơ sở vận tốc tạo muội than:

- Vận tốc tạo muội trong vùng cháy:

 



dx V

g , d

C

K

0040

V B

P

C d d

C d B d

C d B d

C d B d

- Kết quả tính toán QLCCNL bằng phần mềm Inject32 hoàn toàn tương thích với yêu cầu về dữ liệu đầu vào của phần mềm Diesel-RK mà luận án sử dụng để tính toán CTCT của động cơ

2.4.2.Lựa chọn phần mềm tính toán CTCT và các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ

Luận án lựa chọn phần mềm Diesel-RK để tính toán mô phỏng CTCT của động cơ diesel do Diesel-RK có một số ưu điểm sau:

- Cho phép đánh giá chi tiết tác động của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun nhiên liệu, quá trình hình thành hỗn hợp; động học quá trình cháy và sự hình thành các chất ô nhiễm

- Cho phép tính toán ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu, các thuộc tính của nhiên liệu đến quá trình hình thành hỗn hợp, động học quá trình cháy và sự hình thành các chất ô nhiễm Có thư viện dữ liệu về các loại nhiên liệu sinh học (trong

đó có biodiesel) khá phong phú, cho phép cập nhật trực tiếp về thuộc tính của các loại nhiên liệu mới

- Chức năng tối ưu hóa đa tham số cho phép tối ưu hóa về thiết kế, quá trình cung cấp nhiên liệu, cơ cấu phối khí… nhằm đạt được sự thỏa hiệp của 2 mục tiêu lớn nhất là giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm mức độ ô nhiễm (NOx, PM)

- Cho phép liên kết với các phần mềm mô phỏng khác phục vụ mục đích thiết

kế tổng thể phương tiện

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của phần mềm, cũng như mục đích nghiên cứu của luận án, NCS lựa chọn phần mềm Diesel-RK làm công cụ tính toán CTCT, các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ B2 khi sử dụng B0 và biodiesel B10, B20

2.5 Kết luận Chương 2

- Trên cơ sở nghiên cứu LT tính toán HTPNL của động cơ diesel, NCS đã phân tích, lựa chọn được công cụ tính toán phù hợp là PMMP chuyên dụng Inject32 nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng của B10, B20 đến QLCCNL; xác định QLCCNL dùng làm dữ liệu đầu vào cho quá trình tính toán CTCT của động cơ B2

- Trên cơ sở nghiên cứu LT tính toán CTCT và các thông số công tác của động cơ; mô hình tính toán hàm lượng NOx và độ khói khí thải diesel, đã phân tích lựa chọn được công cụ nghiên cứu phù hợp là PMMP chuyên dụng Diesel-RK phục

vụ mục đích đánh giá ảnh hưởng của B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel B2

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA B10, B20 ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG, MÔI

TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ B2 3.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là động cơ diesel B2, đây là động cơ diesel công suất lớn được sử dụng trên các phương tiện vận tải tại các mỏ khai thác khoáng sản, phương tiện vận tải thủy, dàn khoan dầu khí

3.2 Tính toán QLCCNL của động cơ B2 bằng phần mềm mô phỏng Inject32

3.2.1 Hệ thống phun nhiên liệu của động cơ B2

3.2.2 Xây dựng mô hình và xác định các thông số đầu vào

Căn cứ theo đặc điểm kết cấu của HTPNL (Hình 3.2), lựa chọn mô hình tính QLCCNL trong Inject32 như trên Hình 3.3 Cần xác định chi tiết các nhóm thông

số đầu vào và khai báo trong Inject32, bao gồm: Hệ thống dẫn động bơm cao áp (20 thông số), Bộ đôi pít tôn-xi lanh BCA (25 thông số), Van cao áp (21 thông số), Đường ống cao áp (8 thông số), Vòi phun (10 thông số) Các thông số được xác định trên cơ sở Bộ bản vẽ chế tạo các chi tiết của HTPNL (Nhà máy Z153/TCKT), theo tài liệu kỹ thuật của động cơ B2, [114] và theo khuyến nghị của Inject32, [129] Các thông số đầu vào này được trình bày trong Phụ lục 1