Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp nhiên liệu dầu thực vật diesel đến phun nhiên liệu, tạo hỗn hợp, cháy và tính năng của động cơ diesel tàu thuỷ tt

toán có đ chính xác khá cao.

B GIAO THÔNG V N T I B GIÁO D C VÀ ÀO T O

CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC, B O TRÌ TÀU TH Y

H i Phòng - 2020

Công trình đ c hoàn thành t i Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam

n ng l ng, h n ch phát th i khí đ c h i ra môi tr ng Trong l nh v c hàng h i,

mà Vi t Nam là thành viên chính th c c a IMO t n m 1983, v i đ i tàu v n t i

bi n có t ng tr ng t i trên 8 tri u t n DWT, Ph l c VI thu c B lu t MARPOL 73/78 đã đ a ra nh ng tiêu chu n v phát th i (NOx, SOx, CO2 ) r t kh t khe đ i

v i các đ ng c diesel đ c l p đ t trên tàu làm đ ng l c chính lai chong chóng,

c ng nh đ c s d ng v i các m c đích khác Theo Ph l c này, khi các tàu đ c trang b các đ ng c diesel n u không đáp ng các tiêu chu n v phát th i s không

đ c c p c ng c a các n c thành viên khác c a IMO và nh v y s nh h ng nghiêm tr ng đ n chi n l c kinh doanh v n t i c a các đ i tàu c a các qu c gia, trong đó có n c ta

T khi Ph l c VI, MARPOL 73/78 có hi u l c toàn c u (2013) [6]1và ng ng

l u hu nh 0,5% trong d u nhiên li u hàng h i toàn c u theo quy đ nh c a IMO s có

hi u l c vào ngày 01/01/2020, Chính ph Vi t Nam đã yêu c u B Giao thông v n

t i, B Công th ng… ph i xây d ng ngay các gi i pháp công ngh thích h p đ sao cho các công ty v n t i bi n n c ta m t m t v n tuân th đ c các qui đ nh

qu c t , m t khác v n đáp ng đ c tính kinh t và đ c bi t không làm phát sinh thêm ngu n gây ô nhi m môi tr ng V y, đ đáp ng đ c nh ng v n đ này, đã

có nhi u gi i pháp công ngh đ c đ xu t nghiên c u, tri n khai ng d ng trên th

gi i và Vi t Nam nh : ch t o m i đ ng c đi n dùng pin lithium, s d ng các ngu n n ng l ng s ch (khí t nhiên, khí d u m ), nhiên li u sinh h c có kh n ng tái t o…v.v Tuy nhiên, trong l nh v c hàng h i, các đ ng c diesel đ c s d ng

đ u có công su t l n t vài tr m kW đ n hàng v n kW, v y nên vi c ng d ng đ ng

c ch y b ng c qui đi n là không kh thi, s d ng nhiên li u khí đòi h i các đ ng

c diesel hi n đang đ c l p đ t trên các con tàu ph i đ c c i ti n v i chi phí đ u

t r t cao và v n đ an toàn cháy n r t khó đ c đ m b o V y, h ng nghiên c u

kh thi nh t là s d ng nhiên li u sinh h c giàu thành ph n ô xy, r t ít thành ph n

l u hu nh và có kh n ng tái t o

Hi n t i, NLSH đang đ c nghiên c u s d ng d i hai d ng khác nhau cho

đ ng c diesel: nhiên li u diesel sinh h c (Biodiesel) và d u th c v t nguyên ch t (SVO) Nhiên li u diesel sinh h c có đ c tính lý hóa khá gi ng nhiên li u diesel truy n th ng (DO), nh ng đ có đ c lo i nhiên li u này c n ph i th c hi n quá trình e-te hóa d u th c v t (ho c m đ ng v t) c n đ n công ngh hi n đ i và s

d ng m t l ng l n hóa ch t khác (NaOH) và đây c ng là ngu n phát sinh thêm gây

ô nhi m môi tr ng; bên c nh đó nhiên li u diesel sinh h c có giá thành khá đ t

D u th c v t nguyên ch t đ c s n xu t b ng công ngh khá đ n gi n thông qua ép các lo i h t (h ng d ng, jatropha ) ho c qu (c , d a ), l c b t thành ph n n c

và c n là có th s d ng đ c D u th c v t nguyên ch t có u đi m là giá thành r ,

có kh n ng tái t o, thân thi n v i môi tr ng và không t o thêm ngu n gây ô nhi m trong quá trình s n su t, s d ng, nh ng có nh c đi m là đ nh t cao, nhi t tr

th p V i nh ng u đi m c b n c a d u th c v t, đã có m t s công trình nghiên

c u s d ng d u th c v t tr n v i nhiên li u truy n th ng t o thành nhiên li u h n

h p và đ c s d ng nh lo i nhiên li u thay th dành cho đ ng c diesel nói chung

và đ ng c diesel th y nói riêng [20, 66]

Nh v y, đ i chi u v i yêu c u c p bách c a Vi t Nam nh m đáp ng tiêu chu n phát th i đ i v i đ i tàu v n t i bi n, trên c s các đi u ki n v công ngh , kinh phí

đ u t và các đi u ki n xã h i khác, vi c l a ch n h ng nghiên c u s d ng nhiên

li u h n h p (trong đó có thành ph n d u th c v t nguyên ch t) làm nhiên li u thay

th cho nhiên li u hóa th ch truy n th ng đ i v i đ i tàu v n t i bi n Vi t Nam th c

s c n thi t trong giai đo n hi n t i c ng nh trong t ng lai Tuy nhiên, vi c s

d ng nhiên li u h n h p làm nhiên li u thay th dành cho các đ ng c diesel đang

đ c l p đ t trên tàu th y s phát sinh hàng lo i các v n đ c n đ c gi i quy t đó là: hi u su t cháy c a lo i nhiên li u này trong bu ng đ t c a đ ng c diesel đã

đ c thi t k đ s d ng nhiên li u hóa th ch, v n đ phát th i khí đ c h i, v n đ suy gi m công su t và đ c bi t làm sao đ m t đ ng c diesel th y đang đ c khai thác s d ng h n h p nhiên li u d u th c v t - diesel đáp ng c hai tiêu chu n phát

th i và tính kinh t

Xu t phát t nh ng yêu c u th c t nêu trên, đ tài lu n án:“Nghiên c u nh

h ng c a h n h p nhiên li u d u th c v t – diesel đ n phun nhiên li u, t o h n

h p, cháy và tính n ng c a đ ng c diesel tàu th y” đ c NCS l a ch n đ nghiên

- Ph m vi nghiên c u: Ch nghiên c u nh h ng c a đ c tính các lo i nhiên

li u DO, PO10, PO20, PO30 và PO100 đ n các đ c tính quá trình phun nhiên li u, hòa tr n - cháy h n h p không khí nhiên li u trong bu ng đ t đ ng c diesel chính tàu th y Hanshin 6LU32 trong PTN Xác đ nh lo i PO và các thông s phun đ đ t

ch tiêu kinh t và môi tr ng

4 Ph ng pháp nghiên c u

Ph ng pháp nghiên c u t ng h p, k t h p ch t ch gi a nghiên c u lý thuy t,

mô ph ng và th c nghi m ki m ch ng

5 Ý ngh a khoa h c và ý ngh a th c ti n

- Ý ngh a khoa h c: K t qu c a lu n án là c s khoa h c quan tr ng đ giúp

ch n đ c lo i nhiên li u thay th hi u qu cho đ ng c diesel tàu th y Bên c nh

đó, vi c ng d ng ph ng pháp qui ho ch th c nghi m đ hi u ch nh t i u h

th ng nhiên li u c a đ ng c có s n khi chuy n sang s d ng nhiên li u h n h p d u

th c v t - diesel đ t đ c cùng m t lúc hai m c tiêu: môi tr ng và tính kinh t là

m t sáng t o quan tr ng c a n i dung lu n án

- Ý ngh a th c ti n: Các k t qu nghiên c u c a lu n án là c s khoa h c góp

ph n vào đ nh h ng m t cách chính xác l a ch n nhiên li u h n h p d u th c v t - diesel làm nhiên li u thay th cho đ ng c diesel th y

1 - Th t trích d n và th t hình v tuân theo th t trong b n toàn v n lu n án

6 Nh ng đóng góp m i c a lu n án

- ã đ a ra đ c ph ng pháp tính toán các thông s phun nhiên li u và th i

đi m phun, th i đi m b c cháy, th i gian cháy tr thay đ i theo t l d u c trong

h n h p v i d u diesel;

- ã thu đ c qua th c nghi m trên đ ng c diesel chính tàu th y Hanshin 6LU32 40% và 60% t i nh ng k t qu v phun nhiên li u, đ c bi t là k t qu đo

áp su t trong xy lanh và hình nh ch p trong bu ng đ t b ng thi t b Visio Scope,

nh m so sánh và đánh giá đ tin c y c a k t qu tính toán;

- ã xây d ng đ c ph ng pháp m i hi u ch nh h th ng nhiên li u d a trên lý thuy t “B m t đáp ng” v i hàm t i u hai m c tiêu l n đ u tiên đ c áp d ng cho

đ ng c diesel th y khi s d ng nhiên li u thay th (h n h p nhiên li u d u th c v t

- diesel)

7 K t c u c a lu n án

Lu n án g m 131 trang A4 (không k ph l c), th t g m các ph n sau: M

đ u; n i dung chính (đ c chia thành b n ch ng); k t lu n; h ng nghiên c u ti p theo; danh m c các công trình khoa h c đã đ c công b lien quan đ n lu n án (07); danh m c tài li u tham kh o (21 tài li u tham kh o ti ng Vi t, 43 tài li u tham kh o

ti ng Anh, 07 website) và ph l c (11 ph l c)

CH NG I T NG QUAN 1.1 t v n đ

Nh đã bi t, HTPNL đóng vai trò vô cùng quan tr ng trong quá trình bi n n ng

l ng hóa h c t đ t cháy nhiên li u thành công n ng đ i v i đ ng c đ t trong nói chung và đ ng c diesel nói riêng Trong HTPNL truy n th ng ki u c khí, b m cao

áp và vòi phun là hai thành ph n c t lõi và đ c thi t k t i u đ i v i m i lo i nhiên li u đã đ c l a ch n, k t b m cao áp, đ ng ng cao áp đ n vòi phun và

đ c bi t là c u t o c a các l phun V y nên, mu n bi t đ c s nh h ng c a lo i nhiên li u m i đ i v i m t HTPNL đã có s n, nh t thi t ph i tìm hi u d a trên n n

t ng lý thuy t v t ng quát HTNL cho đ ng c diesel tàu th y

V i m c đích nh v y, trong ch ng này, NCS s trình bày các v n đ c b n

c n thi t ph c v quá trình nghiên c u nh : nguyên lý c u t o, ch c n ng, nhi m v

c a h th ng c p, phun nhiên li u c a đ ng c diesel th y; c u t o c a vòi phun trong HTPNL ki u c khí truy n th ng mà lu n án nghiên c u; xu th ng d ng các

gi i pháp nh m c i thi n ch tiêu kinh t và môi tr ng cho đ ng c diesel th h c

hi n nay, trong đó gi i pháp áp d ng vào HTPNL là s d ng nhiên li u h n h p d u

th c v t – diesel đ c quan tâm nghiên c u; bên c nh đó là đánh giá các công trình khoa h c trong và ngoài n c liên quan đ n lu n án đ tìm ra nh ng đi m mà ch a

có tác gi nào đ c p đ lu n án nghiên c u gi i quy t

1.2 Tình hình nghiên c u

Theo nguyên lý đ ng c diesel, cùng v i s phát tri n c a khoa h c công ngh ,

đã có nhi u công trình nghiên c u nh m làm gi m l ng phát th i đ c h i t đ ng

c diesel, nh ng đ gi m phát th i đ c h i mà gi nguyên công su t đ ng c khi dùng nhi u gi i pháp luôn là v n đ khó và chi phí cao, nên h ng nghiên c u s

d ng nhiên li u thân thi n v i môi tr ng (1) và ki m soát t t các thông s c a quá trình phun nhiên li u (2) là m t trong các gi i pháp kh thi và d th c hi n h n [59] Nhiên li u sinh h c dùng cho đ ng c diesel cho đ n th i đi m này v n là Biodiesel và d u th c v t nguyên g c SVO Do nh ng l i th v tính ch t thân thi n

v i môi tr ng, có th gi m n ng n các ch t đ c h i trong khí th i đ c bi t là NOx

và có th tái sinh, nên NLSH đ c khuy n khích nghiên c u s d ng

Trong s các lo i d u th c v t dùng làm nhiên li u cho đ ng c thì d u c có u

đi m v đ c tính g n gi ng v i d u diesel D u c nguyên g c không c n t ng h p thành Biodiesel mà pha tr c ti p vào d u diesel dùng làm nhiên li u thông qua m t

b t o h n h p Tuy nhiên, d u c có đ nh t khá cao so v i d u diesel, nên khi pha

tr n d u c vào d u diesel c n gia nhi t đ n kho ng 40 đ C đ gi m đ nh t h n

7 Áp su t h i bão hòa 250C, (MPa) 0,0477 0,0456 0,0432 0,0407 0,05

Theo quan đi m khai thác đ ng c tàu th y thì khác nhau c b n gi a DTV so

v i nhiên li u diesel ho c biodiesel chính là đ nh t và tr s Cetan nh h ng c a

đ nh t và tr s Cetan c a DTV làm cho HTPNL ho t đ ng không bình th ng,

ch t l ng c a quá trình phun, hòa tr n và cháy kém h n d n đ n các ch tiêu kinh

t c a đ ng c s gi m đi Tuy nhiên trên tàu th y khi pha loãng DTV b ng dung môi là d u diesel và ph gia thì m i đ t đ c s l ng l n đ cung c p cho tàu bi n

l u tr cho nh ng chuy n hành trình dài trên bi n

G n đây, trên th gi i đã th c hi n đ c m t s thi t b chuy n đ i đ đ ng c diesel có th ho t đ ng tr c ti p v i d u th c v t ho c pha tr n v i nhiên li u diesel

mà không c n ch bi n thành biodiesel Công ngh này g i là “s d ng tr c ti p d u

th c v t” - SVO Nghiên c u m t s m u SVO c a n c ngoài cho th y ph n l n

đ u không thích h p v i đi u ki n s d ng hi n nay Vi t Nam Ch ng h n b chuy n đ i SVO n c ngoài ch y u là cho các đ ng c m i s n xu t g n đây, đ c

bi t là đ ng c có h th ng phun CDI (Common rail diesel injection), trong khi h u

h t tàu bi n n c ta có đ i c h n Trên th gi i hi n nay, kho ng 30 lo i d u th c

v t đ c chi t xu t t h t c i, h t h ng d ng, đ u t ng, c , d a, đã đ c s

d ng tr c ti p cho các đ ng c diesel mà không c n pha ph gia ho c x lý este hoá thành Biodiesel [39, 66] Nh ng nghiên c u th nghi m đã ch ng t r ng các đ ng

c diesel có th ho t đ ng đ c v i SVO [26, 27, 28, 32, 40, 48, 54, 57, 58, 61],

nh ng còn m t s v n đ phát sinh ch y u b ph n phun nhiên li u, xéc m ng và

s n đ nh c a d u bôi tr n M t s công trình nghiên c u trên không can thi p đ n HTPNL, mà ch d ng l i vi c xác đ nh s t ng thích c a d u th c v t dùng làm nhiên li u cho đ ng c diesel Do đó, ch a ch ra đ c nh h ng c a đ c tính nhiên

li u đ n quá trình hình thành h n h p cháy và phát th i c a đ ng c diesel khi s

d ng d u th c v t làm nhiên li u thay th c bi t, các nghiên c u liên quan tr c

ti p đ n đ ng c diesel tàu th y thì r t ít có các công b nghiên c u

Vi t Nam, nhóm nghiên c u c a PGS-TS Nguy n Th ch và TS Bùi Trung Thành đã tìm ra đ c gi i pháp t i u cho SVO [18] B chuy n đ i SVO này có th

s d ng tr c ti p d u th c v t cho đ ng c diesel c nh trên b , công su t ch đ n

100 mã l c (HP) Còn nhóm nghiên c u c a PGS.TSKH ng V n Uy [20] đã ch

t o thành công h th ng thi t b đ s d ng SVO cho đ ng c diesel tàu th y Và các công trình [10, 11, 13, 15, 16, 17, 20, 21] đã t p trung nghiên c u v tính ch t lý hóa c a d u th c v t, l a ch n ph ng án c p nhiên li u vào đ ng c phù h p đ không nh h ng đ n h th ng nhiên li u, đã xác đ nh lo i dung môi và t l pha

tr n h p lý, đ m b o h n h p có th thay th nhiên li u diesel truy n th ng Tuy nhiên, ch a làm rõ m t s y u t c b n liên quan đ n h n h p d u th c v t - diesel

và HTPNL đ nâng cao các ch tiêu công tác cho đ ng c diesel c bi t đ i v i các ph ng ti n v n t i th y là tàu bi n thì nghiên c u r t h n ch

1.3 H ng nghiên c u

T nh ng phân tích các nghiên c u v d u th c v t, h n h p d u th c v t - diesel dùng làm nhiên li u cho đ ng c diesel và m t s nghiên c u khác theo [39,

66, 71] đã cho th y, tính ch t nhiên li u có nh h ng tr c ti p đ n ch t l ng quá trình phun, th i đi m phun, hình thành h n h p - cháy và do đó nh h ng đ n các

ch tiêu kinh t , môi tr ng c a đ ng c diesel Lu n án nh n th y m t s thông s chính c a h n h p nhiên li u d u th c v t - diesel có gây nh h ng là: nh t và

s c c ng b m t; Nhi t đ và kh i l ng riêng c a nhiên li u h n h p; Tr s Cetan

Nh ng y u t trên có nh h ng đ n c u trúc tia phun g m chi u dài tia phun

(S), chi u dài phân rã s c p tia phun (L b), góc nón tia phun ( s), đ ng kính trung

bình h t nhiên li u (SMD-D o) Trung bình d u th c v t ch a thành ph n Cacbon ít

h n 10 ÷12%, Hydro ít h n 5 ÷13%, còn l ng ô xy l n h n r t nhi u t 9 ÷11%,

kh i l ng riêng c a d u th c v t c ng l n h n kho ng 9 ÷15% và đ nh t l n h n kho ng 10 ÷ 30% so v i d u diesel [5, 39]

H n h p d u th c v t - diesel c n gia nhi t đ n kho ng 400C đ gi m đ nh t; nhi t đ và s c c ng b m t là m t trong s các nguyên nhân khi n chi u dài tia phun h n h p nhiên li u thay đ i so v i khi dùng DO M t s nghiên c u th c nghi m đã cho th y, nhi t đ nhiên li u càng l n càng làm gi m đ xâm nh p c a tia phun trong không gian bu ng cháy, do đó c n t ng GPS, t ng áp su t phun đ quá trình phun và hình thành h n h p cháy di n ra t ng đ ng v i nhiên li u DO

T B ng 1.5 có th bi u di n m i quan h gi a ba thông s : đ nh t đ ng h c,

tr s Cetan, kh i l ng riêng c a h n h p nhiên li u d u c - diesel theo bi u đ sau:

Khi pha tr n d u c nguyên g c vào d u diesel t l 10%, 20% và 30% s có s thay đ i rõ r t các thông s nhi t đ ng (Hình 1.6) Vì th đ c u trúc tia phun h n

h p nhiên li u d u c - diesel và quá trình phun, cùng v i s t o h n h p, cháy c a nhiên li u này t ng đ ng v i nhiên li u diesel, thì vi c ch n t l hòa tr n cao h p

lý, đi u ch nh áp su t phun và GPS c a h th ng nhiên li u đ ng c có nh h ng

tr c ti p đ n các y u t nêu trên Trên c s phân tích đã đ c trình bày, lu n án xác

đ nh các n i dung c n th c hi n v i m c tiêu c th nh sau (B ng 1.6)

B ng 1.2 N i dung nghiên c u và m c tiêu c n đ t đ c

phun và th i gian cháy tr

nhiên li u đ n ch tiêu kinh t

s nh h ng c a đ c tính nhiên li u h n

h p đ n th i đi m b t đ u phun và th i gian cháy tr nhiên li u; đ n đ c tính phun làm thay đ i ch tiêu kinh t và môi

tr ng

L a ch n mô hình mô ph ng quá trình phun và hòa tr n – cháy trong đ ng c diesel

Xây d ng đ c hàm m c tiêu g m 3

bi n: áp su t phun, GPS và t l % d u c trong h n h p tính trên các đi m kh o sát nghiên c u

Xây d ng mô hình mô ph ng

phun nhiên li u, hòa tr n -

cháy trong đ ng c diesel tàu

DO, PO10, PO20 và PO30; ki m ch ng

k t qu th c nghi m so v i mô ph ng và

v i các công th c th c nghi m

K t qu hi u ch nh HTPNL cho đ ng c 6LU32 b ng ph ng pháp qui ho ch th c nghi m xác đ nh áp su t phun, GPS và t

l % d u c trong h n h p đ đ ng c

ho t đ ng n đ nh đ t ch tiêu kinh t và môi tr ng mong mu n

1.4 K t lu n ch ng 1

Ch ng 1 đã làm rõ m t s v n đ nh sau:

- ã trình bày HTNL cho đ ng c diesel tàu th y và xu h ng phát tri n, nh ng

gi i pháp khi khai thác v n hành giúp nâng cao ch tiêu kinh t và môi tr ng cho

đ ng c diesel tàu th y;

- NLSH và xu h ng ng d ng cho đ ng c diesel tàu th y; lý do lu n án v n

ch n nghiên c u h n h p nhiên li u d u c – diesel;

- Phân tích, đánh giá k t qu đ t đ c c a các công trình nghiên c u trong n c

NH M T CH TIÊU MÔI TR NG, KINH T

i v i HTPNL, các thông s áp su t phun và góc phun s m là các thông s quan tr ng quy t đ nh đ n s ho t đ ng n đ nh c a đ ng c diesel

Trên c s các nghiên c u v nhiên li u truy n th ng c ng nh NLSH, KannanK (2010) [44], USV Prasad (2012) [63] và m t s công trình khác [16, 37, 40, 49, 57, 58] đã công b , các thông s áp su t phun và góc phun s m nh h ng tr c ti p đ n quá trình phun, hình thành h n h p-cháy, d n đ n làm thay đ i các ch tiêu kinh t

và môi tr ng c a đ ng c diesel

Vì v y, khi thay lo i nhiên li u m i đ i v i m t HTPNL đã có s n s nh h ng

đ n đ c tính phun nhiên li u và cu i cùng là nh h ng đ n các ch tiêu nêu trên Trên c s các k t qu nghiên c u, s đ xu t đ c c s lý thuy t các gi i pháp

hi u ch nh thích h p đ i v i HTPNL khi mu n chuy n đ i đ ng c diesel tàu th y

có s n sang s d ng nhiên li u m i là nhiên li u h n h p d u th c v t-diesel

V i m c đích nh v y, trong Ch ng 2 s nghiên c u c th c s lý thuy t

nh m đánh giá nh h ng c a đ c tính h n h p nhiên li u d u th c v t - diesel đ n

đ c tính phun nhiên li u và các thông s công tác c a quá trình phun nhiên li u vào

đ ng c diesel tàu th y thông qua các quan h th hi n b ng các công th c toán h c Bên c nh đó, c ng trình bày c s lý thuy t mô ph ng quá trình phun, t o h n h p, cháy nhiên li u trong bu ng đ t đ ng c khi s d ng nhiên li u h n h p có t l

ph n tr m d u th c v t khác nhau đ th c hi n mô ph ng v i các đi u ki n biên sát

th c t ; c s lý thuy t ph ng pháp qui ho ch th c nghi m đ xác đ nh đ c các thông s hi u ch nh chính c a HTPNL là GPS và áp su t phun phù h p, đ ng th i xác đ nh t l % d u th c v t trong h n h p v i nhiên li u diesel đ đ ng c diesel tàu th y ho t đ ng n đ nh đ t ch tiêu kinh t và môi tr ng

2.1 L a ch n mô hình toán xác đ nh nh h ng c a đ c tính nhiên li u đ n

ch t l ng phun

Trên th c t , đã có nhi u công trình nghiên c u v đ c tính tia phun nhiên li u,

c ng nh mô hình c a tia phun B t đ u t các nhà khoa h c đi tiên phong v v n đ này nh Warunki et all (1960), Dent (1971), Reits & Branco (1979), tuy nhiên Hiroyasu & Arai là nh ng ng i nghiên c u vô cùng t m và đ a ra nh ng mô hình

toán có đ chính xác khá cao Theo m t nghiên c u c a F.Dos Santos và Le Moyne

t i đ i h c Universite’ de Bourgogne - France v so sánh các mô hình bi u th đ c tính tia phun nhiên li u đ i v i đ ng c diesel và th y r ng, mô hình do Hiroyasu & Arai đ xu t có h s quy t đ nh là 87,41% và sai s kho ng 7,15% khi so sánh v i các k t qu th c nghi m đo đ c, trong khi mô hình c a Reits và Bracco v i sai s 23,91%, mô hình c a Siebers v i sai s là 24,27% [24, 34, 37, 42, 43, 47, 64]

T các nh n đ nh có c s trên, lu n án s l a ch n mô hình do Hiroyasu & Arai

đ xu t đ nghiên c u, tính toán s nh h ng c a đ c tính nhiên li u h n h p đ n

ch t l ng phun c a HTPNL đ ng c diesel tàu th y:

- Mô hình tính chi u dài tia phun theo công th c: (2.3):

=

63 , 0

4 , 12 1 , 21 190 17 1 1 exp ) 22 , 0 36 , 0 ( ) (

cyl cyl

A p id

p T

E S GQTK

d ng các ph ng trình vi phân

Vì v y, áp d ng lý thuy t CFD v i s tr giúp c a máy tính thông qua các

ch ng trình mã ngu n m CFD, đ tính toán mô ph ng các quá trình di n ra trong

l phun, bu ng cháy đ ng c là c n thi t

Tuy nhiên trong khuôn kh c a lu n án, ph n này NCS ch gi i h n v tr ng áp

su t, tr ng v n t c, qu đ o chuy n đ ng r i c a các lo i nhiên li u h n h p và DO trong l phun c a vòi phun vì nguyên nhân tán x nhiên li u khi phun là do nhi u

lo n nhiên li u phát sinh khi l u đ ng qua l phun, trong đó c ch r i lo n phá v chùm tia đóng vai trò quy t đ nh Trong khi đó Ansys Fluent h tr t i đa c v đ nh tính và đ nh l ng đ phân tích c ch trên V i các thông s này, có th rút ra đ c

nh ng đánh giá khá chi ti t v nh h ng c a nhiên li u h n h p đ n ch t l ng phun nhiên li u c a HTNL c a đ ng c diesel tàu th y [22, 67]

2.3 C s lý thuy t đ hi u ch nh HTPNL khi s d ng h n h p nhiên li u d u

th c v t - diesel nh m đ t ch tiêu kinh t và môi tr ng

Tr c các v n đ nhiên li u h n h p làm thay đ i th i đi m phun, l u l ng, áp

su t phun và ch t l ng phun s ng và s hòa tr n, nh m làm cho vi c s d ng h n

h p nhiên li u d u c -diesel th t s hi u qu đ i v i đ ng c diesel tàu th y, nh t thi t ph i th c hi n hi u ch nh đ i v i HTPNL Vì v y, lu n án ch đ xu t gi i pháp

hi u ch nh không tác đ ng nhi u đ n k t c u hay ch t o thi t b m i trong HTPNL,

ng i khai thác v n hành đ ng c có th đi u ch nh đ c đ t hai m c tiêu v tính kinh t và môi tr ng gi i quy t v n đ này, ph ng pháp qui ho ch th c nghi m đ c l a ch n đ áp d ng trong quá trình tìm ra các thông s hi u ch nh t i

u đ i v i HTPNL

Áp d ng đ nghiên c u hi u ch nh đ ng c diesel th y ho t đ ng v i lo i nhiên

li u m i, các y u t nh giá tr GPS, áp su t phun, t l ph n tr m d u th c v t trong

h n h p có th đ c x lý nh các bi n s đ u vào; còn ch t l ng phun nhiên li u,

hi u su t đ ng c đ c đ c tr ng b ng ch tiêu kinh t (su t tiêu th nhiên li u ge)

và môi tr ng (n ng đ phát th i NOx) có th đ c xem xét nh thông s c a đ u ra

V y đ i v i m t đ ng c diesel c th c n nguyên c u, mô hình phân tích h i qui áp d ng trong quá trình th c nghi m nh sau [8]:

Trong tr ng h p này, đ t i u hóa phát th i khí đ c h i và su t tiêu th nhiên

li u c a đ ng c diesel tàu th y, hàm m c tiêu f(x) s đ c áp d ng b ng cách xác

đ nh t l % th tích d u c trong h n h p v i d u diesel và thông s phun h p lý (GPS, áp su t nâng kim phun) theo ch tiêu kinh t và môi tr ng nh sau [8, 49]:

Trong đó: x = (x1,x2,…xn) là các bi n (th i đi m b t đ u phun - SOI, áp su t

nâng kim phun (p inj ), t l pha tr n c a d u th c v t (%PO); NO x – m c phát th i đo

đ c; g e- su t tiêu hao nhiên li u; NOx,g- m c tiêu m c phát th i NOx; ge,g- m c tiêu

su t tiêu hao nhiên li u

D a trên ph ng trình (2.72), ph n hi u ch nh đ ng c diesel c th , b ng

ph ng pháp qui ho ch th c nghi m v i gi i pháp b m t đáp ng đ tìm các thông

s hi u ch nh t i u là: th i đi m b t đ u phun, áp su t phun và t l pha tr n d u

g x

x

g

g NO

NO Merit x

f

, 2

,

1000)

(

đ ng c diesel thông qua các quan h toán h c

ph n m m chuyên nghi p Ansys Fluent

Theo đó, n i dung ch ng 2 đã hoàn thành m c tiêu đ c nêu ra trong B ng 1.6

CH NG 3 NGHIÊN C U LÝ THUY T NH H NG C A H N H P NHIÊN LI U D U TH C V T - DIESEL N HTPNL NG C DIESEL

TÀU TH Y

đ t đ c m c tiêu nghiên c u nh h ng c a nhiên li u h n h p đ n ch t

l ng phun nhiên li u c a HTPNL đ ng c diesel tàu th y, công vi c đ u tiên và không kém ph n quan tr ng c n ph i th c hi n là áp d ng các mô hình lý thuy t đ tìm ra nh ng tác đ ng c a nhiên li u h n h p đ n ch t l ng phun nhiên li u Trong Ch ng 3 trên c s lý thuy t đ c tính v mô và vi mô quá trình hình thành tia phun nhiên li u trong bu ng đ t c a đ ng c diesel th y, NCS đánh giá s

nh h ng c a lo i nhiên li u h n h p đ n đ c tính tia phun, đ n th i đi m b t đ u

c p nhiên li u và th i gian cháy tr c a nhiên li u; l u l ng phun Ti p theo, NCS

áp d ng ph n m m mô ph ng chuyên nghi p đ làm rõ thêm b ng hình nh tr ng phân b v n t c, áp su t, n ng l ng đ ng n ng r i c a nhiên li u khi đi qua l phun

h p d i áp su t phun cao; s phân b áp su t trong quá trình hòa tr n, phân b nhi t đ và v n t c cháy Các k t qu mô ph ng s kh ng đ nh thêm nh ng tác đ ng

c a nhiên li u h n h p đ n ch t l ng phun nhiên li u, hòa tr n - cháy c a HTPNL

c a đ ng c diesel tàu th y

3.1 ánh giá nh h ng c a nhiên li u h n h p đ n đ c tính tia phun nhiên li u

c tính c a tia phun nhiên li u đã đ c nhi u tài li u đ c p đ n và đ c th

hi n thông qua đ c tính v mô (chi u dài tia phun, góc nón tia phun và chi u dài phân rã s c p) và đ c tính vi mô (kích th c h t nhiên li u trong chùm tia phun)

có đ c các k t qu nghiên c u v đ c tính tia phun nhiên li u đ i v i đ ng c diesel th y 6LU32, các công th c (2.3), (2.6), (2.7) và (2.13) đã đ c l a ch n đ s

d ng tính toán

i t ng đ c là đ ng c diesel tàu th y Hanshin 6LU32 có các thông s k thu t theo B ng 3.1 và B ng 3.2 - các thông s ph c v tính toán

Nhiên li u nghiên c u g m DO, PO10, PO20, PO30 và PO100 có các tính ch t

lý hóa c n thi t nh trong B ng 1.5 Ch ng 1

B ng 3.1 Các thông s k thu t c a đ ng c diesel Hanshin 6LU32 [20]

9 Áp su t không khí nén bên trong xy lanh bar 60

B ng 3.3 c tính v mô c a tia phun

STT c tính v mô c a tia phun Lo i nhiên li u

DO PO10 PO20 PO30 PO100

1 Chi u dài tia phun S (mm) 101,5 102,0 102,3 102,6 104,2

2 Góc nón tia phun (đ ) 7,89 7,88 7,86 7,80 7,73

3 Chi u dài phân rã s c p L b (mm) 15,719 15,712 15,707 15,70 15,652

B ng 3.4 ng kính trung bình c a h t nhiên li u SMD

S nh h ng c a h n h p nhiên li u d u c -diesel đ n ch t l ng phun nhiên

li u đ c đánh giá thông qua đ c tính c a tia phun nhiên li u là khá rõ ràng

Các k t qu tính toán v nh h ng c a nhiên li u h n h p đ n th i đi m phun

và th i gian cháy tr trên B ng 3.6; 3.7

B ng 3.6 Th i đi m b t đ u phun c a các lo i nhiên li u

th i gian cháy tr ng n h n so v i nhiên li u DO

STT c tính vi mô c a tia phun

nhiên li u DO PO10 Lo i nhiên li u PO20 PO30 PO100

1 ng kính trung bình

Sauters c a h t nhiên li u

2 So sánh (%) so v i DO / +0,3 +0,39 +0,49 +0,88