Đang tải... (xem toàn văn)
Untitled BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM PHÚC PHÁT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NẠP VÀ TẠO HỖN HỢP ĐỘNG CƠ 3 XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM PHÚC PHÁT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NẠP VÀ TẠO HỖN HỢP ĐỘNG CƠ XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC) SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO-DIESEL NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2013 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Phạm Phúc Phát Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/03/1988 Nơi sinh: Bình Dương Quê quán: Bình Dương Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 12 tổ ấp Mỹ Đức, xã Bình Mỹ, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0933278088 Fax: E-mail: phatphamphuc@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Đại học: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo từ 08/2006 đến 04/ 2011 Nơi học (trường, thành phố): trường đại học Giao Thơng Vận Tải TP.HCM Ngành học: Cơ Khí Ơ tô Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: “Nghiên cứu, khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp hệ thống phụ động 2.0T FSI tập đồn ơtơ Volkwagen.” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: tháng năm 2011, trường đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM Người hướng dẫn: Ths Nguyễn Thành sa III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian Công việc đảm nhiệm 06-08/2011 Công ty ô tô Trường Hải Nhân viên kinh doanh 10/2012 đến Trường cao đăng nghề Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM Giáo viên HVTH: Phạm Phúc Phát i MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2013 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Phúc Phát HVTH: Phạm Phúc Phát ii MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI LỜI CẢM TẠ Trong suốt thời gian năm học tập nghiên cứu trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, nhận hướng dẫn tận tình q thầy điều kiện học tập thuận lợi q trường tơi tiếp thu nhiều kiến thức hửu ích phục vụ cho làm việc nghiên cứu sau Luận văn hồn thành ngồi cố gắng thân cịn có giúp đỡ đóng góp nhiều cá nhận tổ chức Qua xin gửi lời cám ơn đến cá nhân tổ chức giúp đỡ tơi suất q trình thực đề tài Xin cảm ơn ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho theo học lớp cao học chun ngành khai thác bảo trì tơ - máy kéo Xin cảm ơn đến quí Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khố B2011-2013 trang bị cho tơi nhiều kiến thức tảng giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Xuân Mai hướng dẫn,chỉ đạo ý tưởng, phương hướng, nội dung có lời khuyên lúc Xin cảm ơn Thầy phản biện đóng góp nhiều ý kiến q báo giúp tơi hồn thiện nội dung tập luận văn Xin cảm ơn anh Bình, anh Dương, công ty VCAM TECH CO.LTD, hổ trợ kỹ thuật để Scan 3D động mơ hình thử nghiệm đề tài Xin cám ơn thầy cô Khoa kỹ thuật giao thông, trường đại học Bách Khoa thành phố HCM, xưởng thí nghiệm động cơ, tạo điều kiện thuận lợi trang thiết bị trình nghiên cứu đề tài Mặc dù nổ lực, kiến thức hạn chế, thời gian có hạn thiết bị hổ trợ thiếu thốn nên khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong Q Thầy Cơ bạn góp ý thêm để đề tài nghiên cứu sớm áp dụng vào thực tế Học viên thực Phạm Phúc Phát HVTH: Phạm Phúc Phát iii MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI TÓM TẮT Cùng với phát triển nhanh chóng q trình giới hóa nơng thơn Việt Nam nhu cầu động lực hoạt động sản xuất tăng nhanh chóng Bên cạnh đó, việc ứng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel sử dụng động diesel ưu tiên hàng đầu để cắt giảm lượng khí thải gây nhiễm mơi trường trì ổn định nguồn cung cấp nhiên liệu Động diesel xylanh sử dụng buồng cháy xốy lốc TVC với dãy cơng suất 20-50HP khơng đáp ứng yêu cầu cho nguồn động lực sản xuất mà nhiều nhà khoa học nghiên cứu đánh giá cao việc kết hợp sử dụng loại nhiên liệu biodiesel đặc biệt khả hịa trộn nhiên liệu khơng khí loại buồng cháy Luận văn với đề tải: “Nghiên cứu tạo hỗn hợp động xy lanh diesel phun gián tiếp có buồng cháy three vortex combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học Bio-diesel (tham khảo động xy lanh KUBOTA D1703-M-E3B)”, thực để góp phần nghiên cứu, cải tiến q trình hình thành hỗn hợp cháy nhiên liệu biodiesel loại động xy lanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC Luận văn bao gồm nội dung cụ thể sau: Giới thiệu tổng quan khảo sát nhu cầu động xy lanh, Nghiên cứu phân rã tia phun nhiên liệu hình thành hỗn hợp cháy buồng cháy xốy lốc, phân tích đặc tính nhiên liệu biodiesel, Nghiên cứu mơ 3D q trình hình thành hỗn hợp cháy động diesel xy lanh dùng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá ba sa, Cải tiến buồng cháy xốy lốc TVC mơ so sánh khả hòa trộn nhiên liệu biodiesel với động nguyên thủy Kết luận văn cho thấy việc cải tiến động diesel xy lanh phun gián tiếp sử dụng công nghệ Three Vortex làm tăng hiệu suất hịa trộn khơng khí với nhiên liệu biodiesel việc ứng dụng động hoạt động sản xuất nông thôn khả thi HVTH: Phạm Phúc Phát iv MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI ABSTRACT Along with high speed development of mechanization in rural Viet Nam, the demand of dynamic in all kinds of productive activities are increasing significantly Besides, applying biodiesel fuels on diesel engine is also a priority for reducing greenhouse gas emitting into the atmosphere and sustaining the energy supply Three cylinders diesel engines using TVC technology with the power range 2050HP not only satisfy the demand of dynamic but also especially noted by many scientists in their potential of biodiesel application thanks to its high quality of air fuel mixture formation in the swirl chamber This thesis with subject: “Researching mixture formation process in three cylinders indirect injection diesel engine with Three Vortex Combustion Chamber (TVC) using bio-diesel fuel (referencing model cylinders Kubota D1703-M-E3B)” was carried out in order to improve the mixture formation of biodiesel fuel in TVC chamber of three cylinders diesel engine the thesis issued following content: General introduction and survey researching about the demand of three cylinders engine Researching break-up regimes of fuel spray and mixture formation in swirl chamber, analyzing the characters of biodiesel and potential of applying on diesel engine Simulation researching of application biodiesel from basa oil on original three cylinders indirect injection diesel engine, Modifying the TVC chamber and make comparison with the original engine in their quality of mixture formation The results of simulations show that the modification schemes on the swirlchamber presents the potential to further improve the mixture formation ability of biodiesel fuel and air on diesel engine and using these engines is very feasible in Viet Nam rural areas HVTH: Phạm Phúc Phát v MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI MỤC LỤC Trang tựa trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xi Danh sách bảng xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Nhu cầu động đốt nông thôn Việt Nam 1.1.2 Nhu cầu động xilanh 1.1.3 Công nghiêp máy động lực Việt Nam 1.1.4 Nhiên liệu thay 1.2.Tình hình nghiên cứu ngồi nước về động xy lanh sử du ̣ng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c 11 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài: 11 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở nước: 13 1.3.Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 14 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu: 14 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu: 14 1.4.Nhiệm vụ phạm vi nghiên cứu đề tài 14 1.4.1.Nhiệm vụ đề tài: 15 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 15 1.5.Phương pháp nghiên cứu 16 HVTH: Phạm Phúc Phát vi MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Lý thuyết hình thành hỗn hợp cháy động đốt 17 2.1.1 Sự phát triển tia phun nhiên liệu 17 2.1.2 Sự phân rã động học hạt nhiên liệu 18 2.1.3 Cơ chế phân rã tia phun nhiên liệu 21 2.1.4 Sự tương tác tia phun với thành xilanh 30 2.2 Quá trình tạo hỗn hợp cháy động Diesel 34 2.2.1 Buồng cháy dự bị 35 2.2.2 Buồng cháy xoáy lốc 37 2.3 Lý thuyết Three Vortex 41 2.3.1 Phương trình mơ xốy lốc Three Vortex 41 2.3.2 Mơ hình chuyển động xốy lốc Three Vortex 44 2.4 Lý thuyết nhiên liệu biodiesel 47 2.4.1 Khái niệm 47 2.4.2 Các tính sử dụng nhiên liệu biodiesel 51 2.4.3 Các yêu cầu trình nạp tạo hỗn hợp động sử dụng biodiesel 55 Chƣơng PHÂN TÍCH BUỒNG CHÁY TVCS (trên động xilanh KUBOTA D1703- E3B) 57 3.1 Giới thiệu động KUBOTA D1703-E3B 57 3.1.1 Lý chọn động Kubota xy lanh 57 3.1.2 Thông số kỹ thuâ ̣t chiń h của đô ̣ng Kubota xy lanh 57 3.2 Phân tích kết cấu buồng cháy TVCS 60 3.2.1 Buồng cháy xoáy lốc 60 3.2.2 Cửa buồng cháy 61 3.2.3 Đỉnh piston 62 3.3 Phân tích q trình hình thành hỗn hợp cháy 63 3.4 Các yếu tố cải thiện trình hịa trộn nhiên liệu Biodiesel buồng cháy TVCS 68 HVTH: Phạm Phúc Phát vii MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI 3.4.1 Độ nhớt cao 68 3.4.2 Nhiệt chớp cháy 68 3.4.3 Nhiệt trị thấp 69 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC 70 4.1 Tổng quan phần mềm mô Ansys Fluent 70 4.2 Đối tượng mô 72 4.2.1 Mơ hình động mô 72 4.2.2 Nhiêu liệu thử nghiệm 72 4.3 Trình tự thực sở lý thuyết mô 74 4.3.1 Trình tự thực 74 4.3.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp mô 78 4.4 Xây dựng mơ hình xác lập thông số động học liên quan đến trình hình hỗn hợp cháy buồng cháy TVC 83 4.4.1 Xây dựng mơ hình hình học buồng cháy TVC 83 4.4.2 Chia lưới mơ hình 83 4.4.3 Cài đặt thông số đầu vào cho toán 86 4.5 Mô động học trình hịa trộn nhiên liệu biodiesel 87 4.6 Xử lý đánh giá kết đạt từ mô 92 4.6.1 Nhiệt phận bố buồng cháy xoáy lốc 92 4.6.2 Vận tốc khơng khí phân bố buồng cháy xốy lốc 93 4.6.3 Tỉ số mass fraction phân bố buồng cháy xoáy lốc 96 4.6.4 So sánh độ xuyên thấu tia phun theo áp suất phun .99 Chƣơng 5: ĐỀ XUẤT VÀ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ 101 5.1 Nghiên cứu đề suất cải tiến động 101 5.1.1 Nghiên cứu cải tiến 101 5.1.2 Đề suất cải tiến 105 5.2 Mơ q trình hịa trộn động TVCS sau cải tạo 105 5.2.1.Các cấu trúc xét đến 105 5.2.2 Thiết lập thông số tiêu chí mơ 110 HVTH: Phạm Phúc Phát viii MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI 5.3 So sánh đánh giá kết đạt trước sau cài tiến 112 5.3.1 Vận tốc quỹ đạo chuyển động xoáy lốc buồng cháy 112 5.3.2 Vận tốc quỹ đạo chuyển động nhiên liệu buồng cháy 114 5.3.3 Tỉ số mass fraction không khí nhiên liệu buồng cháy 116 5.3.4 Nhiệt độ khơng khí buồng cháy 119 5.3.5 Độ xuyên thấu tia phun nhiên liệu 122 5.3.6 Phân tích kết cấu tối ưu 123 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 125 6.1 Tóm tắt kết đề tài 125 6.2 Đánh giá kết đề tài 128 6.3 Đề nghị hướng phát triển đề tài 128 KẾ HOẠCH DỰ KIẾN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC HVTH: Phạm Phúc Phát ix MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI 1600 S S S S S S S 1500 Temperature (K) Temperature (C) 1400 00 01 02 03 04 05 06 1300 1200 1100 1000 900 10 15 Angle (Degree) 20 25 30 Hình 5.9 Biểu đồ liên hệ giửa nhiệt độ với góc quay trục khuỷu trước điểm chết kết cấu Phân tích đồ thị so sánh nhiệt độ cấu trúc, ta thấy cấu trúc số 4, vượt trội hẳn kết cấu khác mặt phân bố nhiệt độ buồng cháy, kết việc kết hợp đường ống dẫn khí phụ giúp tận dụng nhiệt tích tụ vùng xa cửa buồng cháy phụ, vừa hạn chế truyền nhiệt ngồi mơi trường thơng qua vỏ kim loại động cơ, vừa tận dụng nhiệt để phân rã tia phun nhiên liệu tạo điều kiện cho trình cháy Nhiệt độ cực đại buồng cháy điểm bắt đầu phun đạt 1000oK, piston đến điểm chết đạt 1500oK điều đảm cho việc tạo điều kiện cháy cho toàn lượng nhiên liệu biodiesel phun vào buồng cháy Ở cấu trúc số 5, so sánh nhiệt buồng cháy theo thời gian có phần kết cấu số qua phân tích phổ nhiệt độ bảng 5.7 ta thấy cấu trúc có phân bồ đồng nhiệt hẳn cấu trúc số 6, điều cần thiết để hồn thiện q trình phân rã hịa trộn động tồn buồng cháy Do lựa chọn cấu trúc số hợp lý HVTH: Phạm Phúc Phát 121 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI 5.3.5 Độ xuyên thấu tia phun nhiên liệu 10.5 S S S S S S S 10 Penetration (mm) 9.5 00 01 02 03 04 05 06 8.5 7.5 6.5 8.9 8.95 9.05 9.1 9.15 9.2 Time injection (ms) 9.25 9.3 9.35 9.4 Hình 5.10 Độ xuyên thấu nhiên liệu sau phun (After Start of Injection) Tiến hành bắt điểm phương pháp quét phổ (Counter) mass fraction, xác định vùng ảnh hưởng xa nhiên liệu, lấy liệu tọa độ tiến hành tính tốn độ dài vec-tơ Đây giá trị độ xuyên thấu Qua hình 5.10, ta thấy độ xuyên thấu cấu trúc số thấp so với cấu trúc cịn lại Giải thích cho tượng ảnh hưởng dịng khí xốy lốc có vận tốc, áp suất nhiệt độ cao nên nhiên liệu sau phun vào bị ảnh hưởng dòng khí xốy lốc bị phân rã lực khí động học nhiệt động học gây làm nhiên liệu nhanh chóng phân bố khắp buồng cháy dạng hỗn hợp cháy, độ lan truyền hạt nhiên liệu không xa cấu trúc cịn lại Điều có lợi loại động phun gián tiếp với áp suất phun nhiên liệu độ xuyên thấu cao, khả va chạm bám vào thành buồng chay cao thể tích buồng cháy xốy lốc nhỏ mà nhiên liệu biodiesel khối lượng riêng lớn so với nhiên liệu diesel dẫn đến tượng nhiên liệu đọng lại thành buồng cháy xốy lốc chảy xuống buồng cháy làm ảnh hưởng đến q trình ch cơng suất động HVTH: Phạm Phúc Phát 122 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI 5.3.6 Phân tích kết cấu tối ƣu Từ kết thu từ mô ta nhận thấy cấu trúc buồng cháy xoáy lốc TVC số đáp ứng yêu cầu nhiệt độ, tỉ số mass fraction, dòng khí xốy lốc độ xun thấu ứng dụng nhiên liệu biodiesel cho động phun gián tiếp Việc cải tiến buồng cháy TVC cách thêm lỗ dẫn khí phụ với góc nghiêng 90o gúp hồn thiện hóa q trình hịa trộn hình thành hỗn hợp cháy buồng cháy TVC, buồng cháy cải tiến có quỹ đạo xoáy lốc buồng cháy rộng hơn, nhiêu liệu phân bố đồng cho phép tăng áp suất phun nhiên liệu cao có nhiệt độ buồng cháy tốt so với buông cháy nguyên thủy, điều cho thấy khả đáp ứng hồn hảo u cầu cho q trình cháy sinh công động sử dụng nhiên liệu thay biodiesel Do đó, ta lựa chọn cấu trúc số cấu trúc tối ưu Hình 5.11 Kết cấu buồng cháy tối ưu HVTH: Phạm Phúc Phát 123 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI Hình 5.11 Mơ hình buồng cháy TVC tối ưu HVTH: Phạm Phúc Phát 124 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Tóm tắt kết đề tài Sau thời gian nổ lực thực đề tài, đề tài hồn thành tiến độ Qúa trình thực diễn liên tục logic, số liệu thu thập xử lý đầy đủ xác Nội dung luận văn đáp ứng đủ yêu cầu đề tài Các kết thu tập trung vào nội dung sau: Thứ nhất, vào tiềm hiểu nhu cầu nguồn động lực phục vụ cho việc giới hóa nơng nghiệp, nơng thơn Việt Nam Nhận thấy rằng, nước ta với hai khu vực sản xuất nông nghiệp lớn đồng song Hồng Đồng sông Cửu Long với sản lượng gạo năm lên đến hàng chục triệu (42 triệu tấn-2011) đứng thứ giới Lâm nghiệp trọng khai thác tái tròng rừng, diện tích rừng trồng lớn (133.575 - năm 2010) Ngư nghiệp phát triển mạnh kể số lượng tàu thuyền sản lượng khai thác, tổng công suất tàu cá tăng từ 7.18 triệu HP lên 7.52 triệu HP [1] Nhìn chung ngành Nơng-Lâm-Ngư ngành kinh tế chủ chốt kinh tế Việt Nam Vì vậy, nhu cầu nguồn động lực cho hoạt động sản xuất nông thôn Việt Nam lớn Các hãng sản xuất động tiếng giới như: Kubota, Yanma, Honda,…đã đầu tư sản xuất phân phối toàn quốc Trong nước, số công ty động SVEAM triển khai sản xuất loại động diesel công suất nhỏ (từ 20-50 HP) phục vụ cho sản xuất nơng thơn Để chủ động nguồn động lực phục vụ cho sản xuất giảm giá thành sàn phẩm, đẩy nhanh q trình giới hịa nơng thơn việc nghiên cứu sản xuất loại động việc làm cấp thiết cơng nghiệp khí nước nhà Thứ hai, nghiên cứu tính cấp thiết khả ứng dụng nhiên liệu biodiesel động đốt Trong thời kỳ kinh tế hội nhâp phát triển, Việt Nam quốc gia khác giới phải đối mặt với khó khăn khủng HVTH: Phạm Phúc Phát 125 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI hoản lượng ô nhiễm môi trường gây Và Biodiesel xem loại nhiên liệu có tiềm lớn nước ta cho việc giải hiệu vấn kinh tế, trị, xã hội mơi trường khủng hoảng lượng gây Với tính chất lý hóa gần giống với nhiên liệu diesel truyền thống nhiều ưu điểm như: trị số cetan, điểm chớp cháy, thành phần ơxi…nhiên liệu biodiesel có khả ứng dụng tốt động diesel, đặc biệt loại động diesel phun nhiên liệu gián tiếp Luận văn nhược điểm nhiên liệu biodiesel độ nhớt cao, nhiệt trị thấp, khả ăn mòn chi tiết buồng cháy, từ đưa giải pháp để khắc phục hồn thiện khả hình thành hỗn hợp cháy chuẩn bị cho q trình cháy Với nguồn góc sinh học, nhiên liệu biodiesel sản xuất từ nhiều nguồn khác như: từ thực vật (đậu, ngu cốc, dừa, jatropha…), từ động vật (cà tra, cá basa, mở bò), từ rác, phế thải, từ tảo… Nhìn chung nhiên liệu biodiesel loại nhiên liệu thay cho nhiên liệu diesel truyền thống tương lai gần Thứ ba, nghiên cứu đặc tính tia phun nhiên liệu, trình phân rã tia phun điều kiện hình thành hỗn hợp cháy buồng cháy xốy lốc Các dạng tia phun khác có kết cấu đặc tính phân rã khác nhau, tia phun dạng hình chóp rỗng có độ dầy màng tia phun độ xuyên thấu nhỏ, hạt nhiên liệu tia phun có đường kính đồng phân bố rộng buồng cháy thích hợp cho việc sử dụng nhiên liệu có độ nhớt cao biodiesel Q trình phân rã tia phun không phụ thuộc vào yếu tố đặc tính tia phun mà chiu tác động điều kiện bên buồng cháy như: áp suất, nhiệt độ, thời gian,và xoáy lốc Việc đẩy nhanh trình phân rã tia phun giúp rút ngắn thời gian bay nhiên liệu đẩy nhanh q trình khuếch tàn khơng khí vào nhiên liệu tạo điều kiên hình thành hỗn hợp cháy cho động Đối với nhiên liệu biodiesel đặc tính khơng thuận lợi độ nhớt nhiệt bắt cháy cao, nhiệt trị thấp nên yêu cầu trình phân rã phải diễn nhanh hoàn hảo so với diesel Việc nghiên cứu xoáy lốc Three Vortex cho thấy nhiều tiềm để nâng cao HVTH: Phạm Phúc Phát 126 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI hiệu xuất phân rã hình thành hỗn hợp cháy nhiên liệu biodiesel buồng cháy xoáy lốc Thứ tư, nghiên cứu mơ q trình phân rã tia phun nhiên liệu hình thành hỗn hợp cháy nhiên liệu biodiesel B30 từ mỡ cá basa động diesel phun gián tiếp sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC Kết cho thấy việc sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC giúp cải thiên đáng kể khả phân rã hạt nhiên liệu phun vào buồng cháy, nhờ hiệu ứng Three Vortex với kết hợp chuyển đơng dịng xốy lốc giúp hạt nhiên liệu phân rã nhanh, phân bố đồng buồng cháy giúp đẩy nhanh trình tạo hỗn hợp cháy Các đặc tình buồng cháy TVC tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu biodiesel động đốt Động diesel sử dụng buồng cháy TVC có khả khắc phục nhược điểm mà loại nhiên liệu biodiesel tồn như: độ nhớt cao, nhiệt trị thấp, điểm chớp cháy cao vấn đề ăn mòn động Tuy nhiên để sử dụng nhiên liệu biodiesel với nồng độ cao tải lớn buồng cháy TVC nguyên thủy cần có cải tiến để hồn thiện khả hịa trộn nhiên liệu biodiesel có độ nhớt cao, tỉ lớn, ngồi cịn phải có khả thích ứng với việc phun nhiên liệu với áp suất lớn Thứ năm, cải tiến mơ q trình hịa trộn nhiện liệu biodiesel B30 từ mỡ cá basa động diesel xilanh phun gián tiếp sử dụng buồng cháy TVC Từ hạn chế tồn buồng cháy TVC nguyên thủy việc ứng dụng nhiên liệu biodiesel, luận văn tiến hành thiết kế cải tiến buồng cháy TVC theo hướng bổ xung đường ống dẫn khí phụ với đô nghiêng khác mô so sánh đặc tính liên quan đến q trình hình thành hỗn hợp cháy kết cấu cải tiến Việc mơ tính tốn mơ hình cải tiến buồng cháy TVC đưa nhiều kết khả quan như: tăng thể tích quỹ đạo xoáy lốc buồng cháy, nhiên liệu nhiệt phân bố độ xuyên thấu tia phun nhiên liệu biodiesel với áp suất cao rút ngắn đảm bảo phân rã nhanh hoàn toàn buồng cháy, khắc phục hiệu ứng va chạm HVTH: Phạm Phúc Phát 127 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI với thành buồng cháy Trong kết cấu cải tiến, kết cấu số với bốn lỗ dẫn khí phụ nghiêng góc 90o cho thấy tính vượt trội cho việc hịa trộn hình thành hỗn hợp cháy Việc nghiên cứu mơ thực nghiệm kết cấu cải tiến số cho trình hoạt động khác động tạo sở cho việc hoàn thiện động cho việc sản xuất sử dụng động biodiesel thực tế 6.2 Đánh giá kết đề tài Kết mà đề tài thu cho thấy thống với nghiên cứu trước [33,39], từ tạo điều kiện chặc chẻ mặt lý thuyết để tiến hành tiến hành thưc nghiệm đưa vào ứng dụng thực tế Đề tài thực mơ cải tiến, tính tốn phân tích kết cấu buồng cháy TVC khác nhau, nội dung mời đề tài Việc cải tiến buồng cháy dựa điều kiện thực tế kinh tế khoa học kỹ thuật nước ta nên có tính khả thi cao, kết thu từ cải tiến khả quan phù hợp với nhu cầu thực tế Nhìn chung, kết thu từ đề tài tạo thêm tảng sở lý thuyết vững chắc, định hướng cho việc cải tiến ứng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel động diesel phun gián tiếp 6.3 Đề nghị hƣớng phát triển đề tài: Đề tài mảng nghiên cứu dự án nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu biodiesel động xilanh phun gián tiếp có buồng cháy xốy lốc Three Vortex hoạt động sản xuất nông thôn Việt Nam Kết mà đề tài thu sở ban đầu tạo điều kiện cho nghiên cứu, thực nghiệm Các nội dung cần tiếp tục phát triển sau đề tài bao gồm: - Nghiên cứu thực nghiệm trình hình thành hỗn hợp cháy theo kết tối ưu thu từ đề tài Tiến hành cải tiến buồng cháy xoáy lốc TVC động Kubota D1703M E3B, chạy thực nghiệm động sau cải tiến với loại nhiên liệu biodiesel B10, B30, B50, B100 HVTH: Phạm Phúc Phát 128 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI - Nghiên cứu thực nghiệm trình hình cháy nhiên liệu biodiesel theo kết cấu tối ưu buồng cháy thu từ đề tài Tiến hành cải tiến buồng cháy xoáy lốc TVC động Kubota D1703M E3B, chạy thực nghiệm động sau cải tiến với loại nhiên liệu biodiesel Bo, B10, B30, B50, B100, so sánh công suất động cơ, hiệu suất tiêu hao nhiên liệu độ phát thải động sau cải tiến - Nghiên cứu thực nghiệm cải tiến chi tiết động Kubota xy lanh phun gián tiếp như: đường ống nạp, bơm cao áp, kim phun, buồng cháy để sử dụng nhiên liệu biodiesel Từ hồn thiện sở lý thuyết thực nghiệm để đưa loại động diesel xy lanh có buồng cháy xốy lốc TVC vào sản xuất sử dụng nông thôn Việt Nam HVTH: Phạm Phúc Phát 129 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI KẾ HOẠCH DỰ KIẾN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI TT THỜI GIAN Tháng 02,03/2012 Tháng 04,05/2012 Tháng 06,07/2012 Tháng 08/2012 Tháng 09/2012 HVTH: Phạm Phúc Phát NỘI DUNG GHI CHÚ - Nghiên cứu phần mềm CATIA; ANSYS- Fluent - Thu thập tài liệu liên quan - Đo đạt thu thập số liệu động mơ hình máy Scan 3D - Xây dựng mơ hình 3D buồng cháy TVC - Mơ động học q trình tạo hỗn hợp cháy nhiên liệu biodiesel buồng cháy TVC nguyên thủy phần mềm ANSYS-Fluent - Nhận xét đánh giá kết mô - Đưa phương án cải tạo buồng cháy TVC - Thực cải tạo buồng cháy TVC phần mềm CAD 3D CATIA - Phân tích đánh giá kết sau mơ phong trình tạo hỗn hợp cháy buồng cháy TVC cải tiến phần mềm ANSYS-Fluent - Hoàn chỉnh luận văn soạn báo cao 130 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Tổng cục thống kê, Kết Quả Thống Kê Điều Tra Nông Thôn, Nông Nghiệp Và Thủy Sản Năm 2011 Nhà suất thống kệ 2012 [2] Phạm Văn Lang , Nguyễn Thế Đô ̣ng và Pha ̣m Hồ ng Hà , “Đi ̣nh Hướng Phát Triển Cơ Điê ̣n Nông Ngh iê ̣p Phục Vụ Sản Xuấ t , Chế Biế n Nông - Lâm - Thủy Sản Trong Tiế n Trình Công Nghiê ̣p Hóa - Hiê ̣n Đại Hóa Nông Nghiê ̣p , Nông Thơn”, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn – số 5, tháng năm 2010 [3] http://www.baomoi.com/Thi-truong-may-nong-nghiep-Viet-Nam-Thua-trensan-nha/45/7950570.epi [4]http://www.vinacomm.vn/sanpham/MAY-CAY-KAMA KDT-610E/29461.vnc [5] Sở Khoa học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh, Báo cáo tổng kết đề tài điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật phế thải theo phương pháp hóa siêu âm, TP Hồ Chí Minh (2005) [6] Văn Thị Bông Bài giảng môn học, chủ đề: “Nhiên Liệu Dầu Mở Và Chất Lỏng Chuyên Dùng” Khoa KTGT, ĐH Bách Khoa TP.HCM, 2009 [7] Trương Văn Ngọc, Nghiên Cứu Mô Phỏng Động Cơ Diesel Xy Lanh Theo Hướng Sử Dụng Nhiên Liệu Sinh Học, luận văn thạc sĩ, trường đại học Bách Khoa, đại học quốc gia TP.HCM, năm 2010 [8] PGS.TS Hồng Thị Ngọc Bích “Lý Thuyết Lớp Biên Và Phương Pháp Tính” Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội ; NXB Khoa Học Kỹ Thuật; 2004 [9] Trần Thanh Vũ, Nghiên Cứu Mô Phỏng Động Cơ Diesel Ba Xy Lanh Phun Gián Tiếp Sử Dụng Nhiên Liệu Biodiesel, luận văn thạc sĩ, trường đại học Bách Khoa, đại học quốc gia TP.HCM, năm 2012 TIẾNG NƢỚC NGOÀI [10] C.Baumgarten, Mixture Formation in Internal Combustion Engine, Series Editor: D.Mewes and F.Mayinger, Heat and Mass Transfer [11] Wierzba A (1993), Deformation and Breakup of Liquid Drops in a Gas Stream at Nearly Critical Weber Numbers Experiments in Fluids, vol 9, pp 59–64 HVTH: Phạm Phúc Phát 131 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI [12] Hwang SS, Liu Z, Reitz RD (1996), Breakup Mechanisms and Drag Coefficients of High-Speed Vaporizing Liquid Drops Atomization and Sprays, vol 6, pp 353–376 [13] Krzeczkowski SA (1980), Measurement of Liquid Droplet Disintegration Mechanisms Int J Multiphase Flow, vol 6, pp 227–239 [14] Arcoumanis C, Gavaises M, French B (1997), Effect of Fuel Injection Process on the Structure of Diesel Sprays, SAE paper 970799 [15] Joong-Sub Han, Pai-Hsui Lu, Xing-Bin Xie, Ming-Chia Lai and Naeim A Henein Wayne State University, Investigation of Diesel Spray Primary Breakupand Development for Different Nozzle Geometries, SAE 2002-01-2775 [16] Lefebvre AH (1989), Atomization and Sprays, Hemisphere Publishing Corporation, New York, Washington, Philadelphia, London [17] Yolanda Briceno, Reyes García-Contreras, José M Herreros, Magía Lapuerta, Lisbeth L Lyons (2008), “Effect of the alcohol type used in the production of waste cooking oil biodiesel on diesel períbrmance and emissions”, Fuel, pp.3161-3169 [18] Mohammadi A, Kidoguchi Y, Miwa K (2002), Effect of Injection Parameters and Wall-Impingement on Atomization and Gas Entrainment Processes in Diesel Sprays, SAE paper 2002-01-0497 [19] Allocca L, De Vita A, Di Angelo L (2002), Wall-Impingement Analysis of a Spray from a Common Rail Injection System for Diesel Engines, THIESEL 2002 Conference on Thermo- and Fluid Dynamic Processes in Diesel Engines, pp 67–76 [20] Anh Ngoc Phan and Tan Minh Phan (2008), “Biodiesel Production From Waste Cooking Oils”, Fuel 87, 3490-3496 [21] Yoshua Tickell (2002), “From The Iryer To The Fuel Tank, The Complete Guide To Using vegetable Oil As An Altemative Fuel”, Tickell Energy Consulting (TEC), Tallahassee, pp 35-53 [22] Rayleigh Lord FRS (1878) On the Stability of Liquid Jets, Proc of the Royal Society London [23] Ralph McGill et al, “Emission performance of selected biodiesel fuels”, JSAE and SAE Technical Paper Series, May 2003 [24] Younis Jamal, Ejaz M Shahid, “A review of biodiesel as vehicular fuel”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007 HVTH: Phạm Phúc Phát 132 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI [25] http://www.agroviet.gov.vn/Pages/news_detail.aspx?NewsId=19205 [26] N.E Joukovskii, [Helmholtz’s] works on mechanics, in: A.G Stoletov, ed., Hermann von Helmholtz 1821-1891 Publichnye lekcii, chitannye v Imperatorskom Moskovskom universitetev pol’zu Helmholtzovskogo fonda (Hermann von Helmholtz 1821-1891 Public lectures deliv-ered at the Imperior Moscow University for the Helmholtz fund) (Moscow University Press,Moscow, 1892) 37– 52 (in Russian) [27] Annual Review/ www.annual review.org/aron like [28] D.N Goriachev, On some cases of motion of rectilinear parallel vortex filaments, Magister Dissertation, Uchen Zap Imp Moskov Univ 16 (1898) 1–106 (in Russian) Abstract: F d M 29 642 [29] M Zellat, Th Rolland and F Poplow Renault Direction de la Recherche, Three Dimensional Modeling of Combustion and Soot Formation in an Indirect Injection Diesel Engine SAE- paper 900254 [30] N Ashgriz Editor, Handbook of Atomization and Sprays Theory and Applications (2011),University of Toronto Dept Mechanical & Industrial Engineering King’s College Road M5S 3G8 Toronto Ontario,Canada [31] Ghasemi, Abbas, "Numerical Simulation Of Ultra-High Injection Diesel And Biodiesel Fuel Sprays" (2012) Electronic Theses and Dissertations Paper 189 [32] Liyan Feng, Wuqiang Long, Wenpi Feng, Research On Match of SwirlChamber and Conical Spray in Indirect Injection Engine, engineering Applications of Computational Fluid Mechanics Vol.7, No.2,pp 272-281 (2013) [33] Dustin Hogan, B.S., Georgia Southern University 2009, Feasibility Of Integration Of Peanut Based Bio-Diesel Into A Mainstream Market, A Thesis for the Degree Master Of Science Statesboro, Georgia 2011 [34] Prosperetti A, Lezzi A (1986), Bubble Dynamics in a Compressible Liquid Part First-Order Theory J Fluid Mech, vol 168, pp 457–478 [35] Hiroshi Matsuoka, Yamato, Japan, Heat-Insulating Engine Swirl Chamber And Its Production Method, United States Patent, patent number 5,065,714, Nov.19,1991 [36] Kyugo Haimai, Yokosuka; Masayuki Tamura, Yokohama, Nissan Motor Company, Ltd, Swirl-Chamber Diesel Engine With Swirl Chamber Having Depression For Collection Fuel Droplets, United States Patent, patent number 4,395,983, Aug 2,1983 HVTH: Phạm Phúc Phát 133 MSHV: 11085246009 Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS PHẠM XUÂN MAI [37] Kiyoshi Hataura; Masahiro Nagahama, Kubota Ltd, Osaka, Japan, Swirl Chamber Type Combustion Chamber For Diesel Engine, United States Patent, patent number 4,798,183 Jan.17,1989 [38] Koichi Funaki; Seishiro Kubo, Kubota Corporation Ltd, Osaka, Japan, Swirl Chamber Used In Association With Combustion Chamber For Diesel Engine, United States Patent, Patent Number 6,899,076 B2 Jan.31,2005 HVTH: Phạm Phúc Phát 134 MSHV: 11085246009