CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ HÒA TRỘN LIÊN TỤC DẦU CỌ - DẦU DO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THÔNG QUA MÔ PHỎNG
3.5. Kết quả mô phỏng quá trình cháy khi sử dụng với các loại hỗn hợp nhiên liệu khác nhau
Mô phỏng quá trình cháy của động cơ 6LU32 được thực hiện bằng phần mềm GT-Power. Kết quả tính toán áp suất môi chất công tác, nhiệt độ môi chất công tác, tốc độ tỏa nhiệt của khí cháy và sự hình thành NOx trong động cơ tại chế độ định mức (100% tải), 50% tải và 75% tải theo dầu diesel (DO) và nhiên liệu hỗn hợp dầu cọ - dầu diesel với các tỷ lệ hòa trộn khác nhau (PO10, PO20, PO30 và PO100) được thể hiện trên các hình từ hình 3.16 tới 3.27.
Hình 3.16. Diễn biến áp suất môi chất trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ định mức
Áp suất [bar]
Góc quay trục khuỷu [độ]
.
Hình 3.17. Diễn biến nhiệt độ môi chất trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ định mức
Nhiệt độ môi chất [0 K]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.18. Tốc độ tỏa nhiệt của khí cháy trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ định mức
Tốc độ tỏa nhiệt [J/độ]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Áp suất [bar]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.20. Diễn biến áp suất môi chất trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 50% tải
Hình 3.19. Sự phát thải NOx của động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ định mức Nồng độ NOx [ppm]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.22. Tốc độ tỏa nhiệt của khí cháy trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 50% tải
Tốc độ tỏa nhiệt [J/độ]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.21. Diễn biến nhiệt độ môi chất trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 50% tải
Nhiệt độ môi chất [0 K]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.24. Diễn biến áp suất môi chất trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 75% tải
Áp suất [bar]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.23. Sự phát thải NOx của động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 50% tải Nồng độ NOx [ppm]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.25. Diễn biến nhiệt độ môi chất trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 75% tải
Nhiệt độ môi chất [0 K]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Hình 3.26. Tốc độ tỏa nhiệt của khí cháy trong xi lanh động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 75% tải
Tốc độ tỏa nhiệt [J/độ]
Góc quay trục khuỷu [độ]
Trên cơ sở kết quả mô phỏng ở trên, lập bảng so sánh sự sai khác các thông số của quá trình cháy của động cơ khi làm việc với nhiên liệu hỗn hợp so với khi làm việc với nhiên liệu truyền thống DO như trong bảng 3.8.
Bảng 3.8. So sánh kết quả mô phỏng thông số kỹ thuật của động cơ
Nhiên liệu
THÔNG SỐ KỸ THUẬT Áp suất cháy
lớn nhất [bar]
Tốc độ tỏa nhiệt lớn nhất [J/độ]
Nhiệt độ môi chất lớn nhất [K]
Nồng độ NOx lớn nhất [ppm]
Giá trị
Sai khác so với
DO
Giá trị
Sai khác so với
DO
Giá trị Sai khác so với
DO
Giá trị
Sai khác so với
DO CHẾ ĐỘ TẢI ĐỊNH MỨC
DO 89,2 - 4.300 - 2.170 - 4.010 -
PO10 86,2 -3,36% 4020 -6,51% 2.064 -4,89% 3.200 -20,20%
PO20 85,8 -3,81% 4.000 -6,98% 2.058 -5,16% 3.150 -21,45%
PO30 85,1 -4,60% 3.950 -8,14% 2.030 -6,45% 2.800 -30,18%
PO100 83,9 -5,94% 3.850 -10,49% 1.980 -8,76% 2.500 -37,66%
Hình 3.27. Sự phát thải NOx của động cơ HANSHIN 6LU32 tại chế độ 75% tải Nồng độ NOx [ppm]
Góc quay trục khuỷu [độ]
CHẾ ĐỘ 50% TẢI
DO 67,1 - 2.150 - 1.447,9 - 2.320 -
PO10 65,8 -1,94% 1.920 -10,69% 1.384 -4,41% 1.800 -22,41%
PO20 65,7 -2,09% 1.910 -11,16% 1.380,9 -4,63% 1.750 -24,57%
PO30 65,4 -2,53% 1.870 -13,02% 1.365 -5,73% 1.680 -27,59%
PO100 64,8 -3.43% 1.800 -16,28% 1.335,5 -7,76% 1.490 -35,78%
CHẾ ĐỘ 75% TẢI
DO 77,2 - 3.230 - 1.812,1 - 3.300 -
PO10 75 -2,85% 2.950 -8,67% 1.723,5 -4,89% 2.550 -22,73%
PO20 74,8 -3,11% 2.940 -8,98% 1.719,2 -5,13% 2.520 -23,64%
PO30 74,3 -3,76% 2.860 -11,45% 1.697,1 -6,35% 2.500 -24,24%
PO100 73,3 -5,05% 2.750 -14,86% 1.656,4 -8,59% 2.350 -28,79%
Từ kết quả mô phỏng quá trình cháy của nhiên liệu hỗn hợp trong động cơ diesel 6LU32 khi làm việc với các nhiên liệu khác nhau được mô tả trên các đồ thị từ 3.16 đến 3.27 và bảng 3.8, có thể rút ra các nhận xét:
- Quá trình cháy trong xilanh của động cơ khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp diễn ra tương tự quá trính cháy khi động cơ sử dụng dầu diesel DO. Tuy nhiên do sự có mặt của dầu cọ trong hỗn hợp PO10, PO20, PO30 làm cho các thông số cơ bản của quá trình cháy như áp suất cháy cực đại, nhiệt độ quá trính cháy và sự tỏa nhiệt thấp hơn rõ rệt so với DO;
- Tải của động cơ càng thấp, thì sự khác biệt các thông số quá trình cháy giữa dầu diesel và nhiên liệu hỗn hợp càng giảm đi. Ở chế độ cấp nhiên liệu 100%, sự giảm về áp suất cháy cực đại giữa dầu diesel và PO100 là 5,94%, còn ở chế độ cấp nhiên liệu 75% là 5,03% và chế độ tải 50% chỉ là 3,43%;
- Sự khác biệt rõ nét nhất giữa các loại nhiên liệu khác nhau là nồng độ khí NOx
hình thành trong xi lanh động cơ, giảm trên 20% ở các chế độ tải. Khi sử dụng hỗn hợp dầu cọ với tỷ lệ càng cao, nồng độ NOx càng giảm.
Bên cạnh đó, công suất có ích và suất tiêu hao nhiên liệu có ích tại các chế độ tải theo từng loại nhiện liệu hỗn hợp cũng được ghi lại và so sánh như trên bảng 3.9.
Bảng 3.9. So sánh công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ
Loại nhiên liệu
Công suất có ích Ne [kW] Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge [g/kW.h]
Giá trị Sai khác so với DO Giá trị Sai khác so với DO CHẾ ĐỘ TẢI ĐỊNH MỨC
DO 969 - 217 -
PO10 901 -7,02% 235 8,29%
PO20 897 -7,43% 235 8,29%
PO30 880 -9,19% 240 10,60%
PO100 848 -12,49% 250 15,21%
CHẾ ĐỘ 50% TẢI
DO 472 - 209 -
PO10 435 -7,84% 228 9,09%
PO20 431 -8,69% 230 10,05%
PO30 421 -10,81% 235 12,44%
PO100 402 -14,83% 246 17,70%
CHẾ ĐỘ 75% TẢI
DO 716 - 210 -
PO10 662 -7,54% 228 8,57%
PO20 659 -7,96% 229 9,05%
PO30 646 -9,78% 234 11,43%
PO100 620 -13,41% 244 16,19%
Có thể thấy được rằng, khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp, động cơ diesel sẽ sinh ra công suất nhỏ hơn so với khi động cơ sử dụng dầu diesel, giá trị sai khác lớn nhất là -14,83% ở chế độ tải 50%. Trong khi đó, suất tiêu hao nhiên liệu lại tăng lên rõ rệt và đạt mức độ sai khác lớn nhất là 17,7%. Có sự khác biệt này là do nhiên liệu hỗn hợp có nhiệt trị thấp nhỏ hơn, do đó khi cùng vị trí thanh răng nhiên liệu (cùng chế độ tải), lượng nhiên liệu cần thiết phải lớn hơn.