Nghiên cứu mô phỏng tính năng kỹ thuật của động cơ diesel cỡ nhỏ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu dimethyl ether và cng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM - oOo PHẠM VĂN TRỌNG NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIMETHYL ETHER VÀ CNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM 01.2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM - oOo PHẠM VĂN TRỌNG NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIMETHYL ETHER VÀ CNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 8520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN LAN HƯƠNG TP HCM 01- 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Lan Hương Ngoài nội dung tham khảo tài liệu liệt kê phần “Tài liệu tham khảo”, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phạm Văn Trọng ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS Nguyễn Lan Hương, người tận tình hướng dẫn phương pháp nội dung nghiên cứu trình thực luận văn Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Viện Hàng Hải tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trình học tập trường Đại học Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh trình làm luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến tất người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tác giả trình học tập trình làm luận văn Do thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi có thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy cơ, chun gia, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả luận văn Phạm Văn Trọng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN… ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU…… CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tính chất nhiên liệu DME 1.2 Các kết nghiên cứu sử dụng DME cho động đốt trong: 1.3 Tính chất nhiên liệu CNG 1.4 Tình hình sản xuất sử dụng CNG Việt Nam 10 1.5 Ứng dụng khí CNG 12 1.6 Tình hình sản xuất CNG 13 1.7 Tình hình nghiên cứu sử dụng CNG cho động đốt 14 Kết luận chương 1: 15 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG DIMETHYL ETHER VÀ CNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL, LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ S1100 BẰNG PHẦN MỀM AVL-BOOST 16 2.1 Diễn biến trình cháy động diesel 16 2.1.1 Thời kỳ cháy trễ I 16 2.1.2 Thời kỳ cháy nhanh II 17 2.1.3 Thời kỳ cháy (hoặc cháy chậm) 18 2.1.4 Thời kỳ cháy rớt 18 2.2 Các phương pháp hình thành hỗn hợp buồng cháy động Diesel 19 2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy động Diesel 21 2.3.1 Tỷ số nén 21 2.3.2 Cấu hình buồng đốt 22 2.3.3 Tính chất lý hố nhiên liệu 22 iv 2.3.4 Cấu trúc tia nhiên liệu, quy luật phun nhiên liệu quy luật tạo hỗn hợp cháy 23 2.3.5 Góc phun sớm nhiên liệu (θ) 23 2.3.6 Tốc độ quay động (n) 24 2.3.7 Tải động 25 2.4 Các phương án cung cấp khí CNG cho động đốt 25 2.4.1 Cung cấp khí CNG cho động sử dụng hòa trộn 25 2.4.2 Cung cấp CNG cho động sử dụng hòa trộn kết hợp với van tiết lưu van công suất 27 2.4.3 Cung cấp CNG cho động phương pháp phun CNG đường nạp… 28 2.4.4 Cung cấp CNG cho động phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng cháy 29 2.5 Lý thuyết tính tốn 30 2.5.1 Phương trình nhiệt động thứ 30 2.5.2 Mô hình truyền nhiệt 32 2.5.3 Mơ hình cháy AVL- MCC 34 Kết luận chương 2: 43 CHƯƠNG MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC TRONG ĐỘNG CƠ S1100 KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIMETHYL ETHER VÀ CNG BẰNG PHẦN MỀM AVL - BOOST 44 3.1 Mô động diesel S1100 sử dụng DME CNG 44 3.1.1 Xây dựng kiểm chứng mơ hình 44 3.1.2 Đặc tính cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động S1100 dùng nhiên liệu Dimethyl ether CNG 49 Kết luận chương 55 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Cấu trúc phân tử Dimethyl ether Hình 1-2 Áp suất phun DME diesel [15] Hình 1-3 DME phun vào Nitrogen 15 bar, 0,875 ms sau phun [16] Hình 1-4 Diesel phun vào Nitrogen 15 bar, 0,875 ms sau phun [16] .5 Hình 1-5 Trạm nạp CNG Mỹ Xuân 10 Hình 1-6 Xe buýt chạy CNG TPHCM 11 Hình 2-1 Diễn biến trình cháy 17 Hình 2-2 Quan hệ góc phun tối ưu với công suất, lượng tiêu thụ nhiên liệu, suất tiêu hao nhiên liệu số vòng quay động 24 Hình 2-3 Cung cấp khí CNG dùng hịa trộn 26 Hình 2-4 Cung cấp khí CNG dùng hồ trộn kết hợp van tiết lưu 27 Hình 2-5 Cung cấp khí CNG phương pháp phun đường nạp 28 Hình 2-6 Cung cấp khí CNG phương pháp phun trực tiếp 30 Hình 3-1 Động S1100 .44 Hình 3-2 Mơ hình động S1100 47 Hình 3-3 Đặc tính cơng suất thực nghiệm mơ 48 Hình 3-4 Công suất động sử dụng hỗn hợp DME CNG 50 Hình 3-5 Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hỗn hợp DME CNG 51 Hình 3-6 Phát thải NOx sử dụng hỗn hợp DME CNG .52 Hình 3-7 Phát thải CO sử dụng hỗn hợp DME CNG 53 Hình 3-8 Phát thải độ khói sử dụng hỗn hợp DME CNG 54 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Thành phần CNG Bảng 1-2 Đặc tính CNG Bảng 1-3 Tính chất hóa lý CNG Bảng 1-4 Mức độ phát ô nhiễm động dùng CNG Bảng 1-5 Mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính động dùng diesel, CNG (gCO2/Km), theo chu trình ECE Bảng 1-6 Bảng hàm lượng khí thải .10 Bảng 2-1 Các hệ số phương trình trao đổi nhiệt cửa nạp thải .34 Bảng 2-2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx 40 Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật động S1100 45 Bảng 3-2 Các phần tử mơ hình 45 Bảng 3-3 Phần tử lựa chọn cho mơ hình động S1100 46 Bảng 3-4 Thông số nhập cho mơ hình 46 Bảng 3-5 So sánh kết chạy mô kết thực nghiệm sử dụng diesel động S1100 48 Bảng 3-6 Thơng số nhập nhiên liệu DME CNG cho mơ hình .49 Bảng 3-7 Công suất động sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG 50 Bảng 3-8 Suất tiêu hao nhiên liệu hỗn hợp sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG 51 Bảng 3-9 Phát thải NOx sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG .52 Bảng 3-10 Phát thải CO sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG 53 Bảng 3-11 Độ khói sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG 54 vii DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng anh CNG COMPRESSED NATURAL GAS DME DIMETHYL ETHER ĐCT Nghĩa tiếng việt KHÍ NÉN THIÊN NHIÊN ĐIỂM CHẾT TRÊN GTVT GIAO THÔNG VẬN TẢI HHC HỖN HỢP CHÁY LPG LIQUEFIED PETROLEUM GAS KHÍ HĨA LỎNG LNG LIQUEFIED NATURAL GAS KHÍ THIÊN NHIÊN HĨA LỎNG MP MƠ PHỎNG TN THỰC NGHIỆM V/Ph VỊNG / PHÚT MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Động đốt sử dụng loại nhiên liệu truyền thống với phương tiện giao thông vận tải nguồn gây ô nhiễm chủ yếu nghiêm trọng cho mơi trường khơng khí Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật trình làm việc động đốt điện tử hoá, tin học hoá tạo thành công đáng kể cải thiện công suất động cơ, nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường Nhưng với khắt khe tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường khí thải động số nước giải pháp không đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe Vì cần có giải pháp để khắc phục vấn đề Một giải pháp sử dụng loại nhiên liệu thay “sạch” gây nhiễm Dimethyl ether (DME) chất đốt dùng để thay khí đốt dầu lửa hố lỏng, khí đốt thiên nhiên hoá lỏng, dầu diesel xăng Nhiên liệu sản xuất từ khí đốt thiên nhiên, than đá từ chất hữu Khí nén CNG (Compressed Natural Gas) khí thiên nhiên Khí thiên nhiên tạo từ sinh vật phù du, vi sinh vật sống nước bao gồm tảo động vật nguyên sinh, vi sinh vật chết tích tụ đáy đại dương, chúng dần bị chôn xác chúng nén lớp trầm tích Trải qua hàng triệu năm, áp suất nhiệt lớp trầm tích chồng lên tạo nên xác loại sinh vật chuyển hoá hoá học chất hữu thành khí thiên nhiên Việc nghiên cứu DME CNG sử dụng cho động diesel để thay cho nhiên liệu truyền thống cần thiết, đóng góp tích cực vào đảm bảo an ninh lượng giảm thiểu ô nhiễm môi trường Với ưu điểm trội, DME CNG thay nhiên liệu truyền thống nghiên cứu cho việc sử dụng hỗn hợp DME CNG cho động diesel nước ta hạn chế Nhằm nghiên cứu khả sử dụng hỗn hợp nhiên liệu DME CNG xét đến ảnh hưởng hỗn hợp tới tính động diesel, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mơ tính kỹ thuật động diesel cỡ nhỏ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Dimethyl Ether CNG” 46 Bảng 3-3 Phần tử lựa chọn cho mơ hình động S1100 STT Phần tử PIPE SYSTEMBOUNDARY PLENUM CYLINDER RESTRICTION MEASURINGPOINT AIRCLEANER JUNCTION RESTRICTIONS Số lượng 11 2 2 Sau lựa chọn xong phần tử cho mơ hình, tiến hành kết nối phần tử phần tử đường ống (Pipe) Tất điểm nối ống phần tử thể điểm màu đen Thực kết nối phần tử việc sử dụng chuột trái Chiều phần tử đường ống quy ước theo chiều dòng chảy bên ống (hiện thị mũi tên phần tử ống) Hình dạng phần tử ống thay đổi cách chọn phần tử ống sau nhấn vào biểu tượng Change Tất điểm nối phần tử ống xuất thay đổi trực tiếp Ngồi tăng giảm bớt điểm nối phần tử ống cho phần tử ống hợp lý với mơ hình xây dựng Các điểm nối phần tử khác thay đổi tùy theo mục đích hình dạng phần tử Thơng số đầu vào cho mơ hình động bao gồm kích thước hình học chi tiết, điều kiện làm việc, thơng số điều khiển q trình tính Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình giữ khơng đổi, gct = 0,0249 g/chu trình Một số thơng số trình bày Bảng 3-4 Bảng 3-4 Thơng số nhập cho mơ hình TT Thơng số nhập Giá trị Tốc độ động n (v/ph) 1000÷2100 Áp suất mơi trường p (bar) Nhiệt độ môi trường t (0C) 25 Chu kỳ tính 50 Lượng nhiên liệu chu trình (g/chu trình) Bước xuất kết Nhiệt trị thấp Q (kJ/kgnl) 0,0249 42800 47 Tỷ lệ A/F 14,7 Mơ hình cháy AVL MCC 10 Loại động kỳ Hình 3-2 Mơ hình động S1100 Mơ hình động S1100 sau xây dựng hồn thiện phần mềm AVL_BOOST thể Hình 3-2 3.1.1.3 Đánh giá kết mô đánh giá độ tin cậy mơ hình Sau nhập liệu điều khiển chung cho phần tử mơ hình ta tiến hành chạy mơ hình Thời gian hồn thành mơ hình phụ thuộc vào số phần tử có mơ hình số chu kỳ ta chọn thơng số điều khiển chung Sau hồn thành, phần kết tính ta đưa dạng bảng dạng đồ thị Sau chạy mơ hình động cơ, kết so sánh với thực nghiệm để đánh giá tính tin cậy mơ hình Kết so sánh thể bảng 3-5 & Hình 3-3 48 Bảng 3-5 So sánh kết chạy mô kết thực nghiệm sử dụng diesel động S1100 Tốc độ (v/ph) Ne (kW) TN MP 1000 6,44 6,32 1200 8,03 1400 Thay đổi (%) ge (g/kWh) Thay đổi (%) TN MP 0,0186 374,39 367,9 0,0173 7,85 0,0224 331,12 326 0,0154 9,64 9,42 0,0228 282,13 276,5 0,0199 1600 10,54 10,35 0,0180 279,72 275 0,0168 1800 11,26 10,98 0,0248 276,24 271,04 0,0188 2000 11,94 11,65 0,0242 267,53 258,2 0,0348 Trong đó: TN: Kết chạy thực nghiệm MP: Kết chạy mô %: Tỷ lệ phần trăm thay đổi Hình 3-3 Đặc tính cơng suất thực nghiệm mơ Hình 3-3 thể kết mơ thực nghiệm động S1100 Kết cho thấy đường đặc tính cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu mô thực nghiệm tương đồng Sai lệch lớn công suất 2,48 % n = 1800v/ph Sai lệch lớn suất tiêu hao nhiên liệu 3,48 % n= 2000v/ph Sự sai 49 lệch nguyên nhân, sai số phép đo thực nghiệm hay số giả thiết mơ mơ hình chưa phù hợp với thực nghiệm Tuy nhiên với kết thể tính tin cậy mơ hình Như vậy, sử dụng mơ hình để phục vụ cho bước nghiên cứu 3.1.2 Đặc tính cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động S1100 dùng nhiên liệu Dimethyl ether CNG 3.1.2.1 Nhập thông số cho nhiên liệu DME CNG Bảng 3-6 Thơng số nhập nhiên liệu DME CNG cho mơ hình TT Thơng số nhập Giá trị Tốc độ động n (vịng/phút) 1000÷2000 Áp suất môi trường p (bar) Nhiệt độ mơi trường t (0C) 25 Chu kỳ tính 50 Lượng nhiên liệu chu trình (g/chu trình) Bước xuất kết Nhiệt trị thấp Q (kJ/kgnl) (DME/CNG) Tỷ lệ A/F (DME/ CNG) 8,99/ 17,23 Mô hình cháy AVL MCC 10 Loại động kỳ 0,0249 28860/ 50009 Vì nhiên liệu CNG có số xê tan thấp khơng thích hợp để tự cháy nên động diesel chuyển sang sử dụng CNG theo hai cách đánh lửa cưỡng sử dụng diesel phun mồi Cách thứ thực cách thay đổi kết cấu động việc giảm bớt tỷ số nén, bỏ hệ thống phun nhiên liệu diesel, trang bị thêm hệ thống cung cấp CNG hệ thống đánh lửa để sử dụng CNG động xăng đánh lửa cưỡng Tuy nhiên, cách phức tạp chi phí lớn nên khơng phù hợp với đại đa số người sử dụng Cách thứ hai sử dụng lưỡng nhiên liệu CNG-diesel động Theo cách này, động cần trang bị thêm hệ thống cung cấp CNG vào đường nạp điều chỉnh giảm lượng cấp diesel so với nguyên Phương pháp sử dụng lưỡng nhiên liệu CNGdiesel không làm thay đổi nhiều kết cấu động cơ, chi phí chuyển đổi thấp tận dụng tỷ số nén cao động để tăng hiệu suất, đồng thời 50 quay lại sử dụng nhiên liệu diesel cần cách giảm lượng cấp CNG đến tăng cung cấp nhiên liệu diesel trở lại Với lập luận trên, thay nhiên liệu diesel DME, tăng dần tỷ lệ CNG mô gồm 10%, 20%, 30%, 40% 60% trộn với DME chế độ tồn tải - Đặc tính cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hỗn hợp CNG DME: 3.1.2.2 Kết mô Bảng 3-7 Công suất động sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG n (v/ph) Công suất ( KW) 10% CNG 20% CNG 30% CNG 40% CNG 60% CNG 1000 4,20 4,28 4,40 4,63 6,23 1200 4,40 4,51 4,60 4,90 6,54 1400 4,58 4,61 4,72 5,02 6,78 1600 4,72 4,76 4,82 5,10 7,02 1800 4,81 4,90 5,15 5,25 7,34 2000 5,10 5,21 5,33 5,51 7,5 Hình 3-4 Cơng suất động sử dụng hỗn hợp DME CNG 51 Bảng 3-8 Suất tiêu hao nhiên liệu hỗn hợp sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG n (v/ph) Suất tiêu hao nhiên liệu ( g/kWh) 10% CNG 20% CNG 30% CNG 40% CNG 60% CNG 1000 298 244 231,3 204,7 198,56 1200 262,1 226,4 215,1 187,5 176,06 1400 235,5 198,3 186,7 163,08 153,05 1600 210,2 172,8 167 156,2 145,2 1800 198,09 165,1 153,7 138 132,05 2000 179,2 145,2 140,08 132,01 125,03 Hình 3-5 Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hỗn hợp DME CNG Qua kết mô phỏng, với thay đổi tỷ lệ sử dụng hỗn hợp CNG DME công suất động với 60% CNG đạt giá trị cao nhiệt trị thấp CNG lớn gần gấp đôi DME, pha trộn DME với CNG với tỷ lệ 10%, 20%, 35%, 60% cơng suất tăng Giá trị tăng công suất lớn 52,59% với tỷ lệ 60% DME vòng quay 52 1800 v/ph giá trị tăng công suất nhỏ 47,05% với tỷ lệ 60% DME vòng quay 2000 v/ph Ngược lại suất tiêu hao nhiên liệu có giá trị cao sử dụng 10% CNG giá trị thấp sử dụng 60 % CNG Ta thấy giá trị giảm suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ 43% với tỷ lệ 60% CNG vòng quay 2000 v/ph giá trị giảm suất tiêu hao nhiên liệu lớn 53,87% với tỷ lệ 60% DME vòng quay 1400 v/ph - Phát thải sử dụng hỗn hợp DME CNG Bảng 3-9 Phát thải NOx sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG Tốc độ (v/ph) Phát thải NOx (ppm) 10% CNG 20% CNG 30% CNG 40% CNG 60% CNG 1000 607 527 484,12 416 345,1 1200 650 601,18 546,11 490 421,2 1400 796 765,05 705,3 650 466,9 1600 1109 985,5 874,46 841,5 619,7 1800 1446 1202,2 1101 975,1 923,4 2000 1586,2 1328 1221,8 1165 1126 Hình 3-6 Phát thải NOx sử dụng hỗn hợp DME CNG 53 Bảng 3-10 Phát thải CO sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG Tốc độ (v/ph) Phát thải CO ( ppm ) 10% CNG 20% CNG 30% CNG 40% CNG 60% CNG 1000 1450,2 1342 1032 905,3 734,4 1200 1357 1132 986,42 876,2 665,7 1400 1256 987 854,2 764,3 603,5 1600 986,5 832,6 743 675,5 565,8 1800 865,2 734,2 635,7 501,3 468,7 2000 675,4 643,1 505,3 443,3 352,5 Hình 3-7 Phát thải CO sử dụng hỗn hợp DME CNG 54 Bảng 3-11 Độ khói sử dụng 10%, 20%, 30%, 40%, 60% CNG Tốc độ (v/ph) Độ khói (g/kWh) 10% CNG 20% CNG 30% CNG 40% CNG 60% CNG 1000 0,17 0,15 0,13 0,1 0,08 1200 0,16 0,14 0,12 0,09 0,07 1400 0,15 0,13 0,11 0,08 0,06 1600 0,14 0,12 0,1 0,07 0,05 1800 0,1 0,09 0,07 0,05 0,04 2000 0,07 0,06 0,05 0,03 0,02 Hình 3-8 Phát thải độ khói sử dụng hỗn hợp DME CNG 55 Về phát thải NOx, CO độ khói có kết hình 3.5, 3.6, 3.7 Phát thải NOx giảm lượng CNG pha với DME tăng, DME có chứa ơxy nên phát thải NOx DME cao CNG, pha trộn nhiều CNG phát thải NOx giảm Cịn CO độ khói tương tự, sử dụng trộn 60% CNG với 40% DME CO độ khói nhỏ nhất, ưu điểm bật dùng hỗn hợp nhiên liệu DME CNG Độ chênh lệch lớn giảm độ khói giảm sử dụng 10% CNG với 90% DME 60% CNG với 40% DME 71,4% tốc đọ 2000 vòng/phút Trị số Xêtan CNG thấp DME cao nên hòa trộn CNG DME dẫn đến chất lượng trình cháy cải thiện Kết luận chương Nội dung chương tác giả xây dựng thành công mô hình mơ động S1100 phần mềm AVL Boost dùng nhiên liệu diesel hỗn hợp DME CNG Vì nhiên liệu CNG có số xê tan thấp khơng thích hợp để tự cháy nên động diesel sử dụng CNG phải sử dụng DME phun mồi Khi nghiên cứu mô cho thấy việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu CNG-DME giải pháp thích hợp cho việc sử dụng nhiên liệu CNG làm nhiên liệu thay động dieselvà tỷ lệ CNG thay lớn chế độ tồn tải đảm bảo khơng xảy kích nổ đạt tới 60% Kết mô cho thấy: Do nhiệt trị DME thấp so với diesel (QH_DME = 28860 kJ/kgnl, QH_diesel = 42800 kJ/kgnl) nên công suất động S1100 dùng nhiên liệu DME với lượng nhiên liệu chu trình 2.258 (kg/h) nhỏ so với dùng nhiên liệu diesel trung bình 42.5% Suất tiêu hao nhiên liệu có tỷ lệ chênh lớn 47,2 % tốc độ n= 1600v/ph Kết mơ tính động S1100 sử dụng hỗn hợp nhiên liệu DME CNG: - Công suất động đạt giá trị lớn trộn 60% CNG 40% DME, giá trị tối ưu thực mô pha trộn DME CNG - Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hỗn hợp DME CNG giảm hỗn hợp 20% CNG 80% DME 56 - Phát thải NOx giảm lượng CNG pha với DME tăng phát thải NOx DME lớn so với CNG - Hàm lượng CO độ khói giảm đáng kể sử dụng 60% CNG với 40% DME nhiên liệu DME có chứa thành phần ơxy, giảm tượng thiếu ơxy cục bộ, trình cháy triệt để Trị số Xêtan CNG DME cao nhiệt độ tự cháy thấp khả bay nhanh, dẫn đến chất lượng trình cháy cải thiện 57 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung Tác giả sử dụng phần mềm AVL- Boost xây dựng thành cơng mơ hình động diesel S1100 để nghiên cứu mơ tính kỹ thuật động cỡ nhỏ S1100 sử dụng hỗn hợp nhiên liệu DME CNG Kết mô đạt được: - Công suất động đạt giá trị lớn trộn 60% CNG 40% DME, giá trị tối ưu thực mô pha trộn DME CNG - Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hỗn hợp DME CNG giảm với 20% CNG 80% DME Phát thải NOx giảm lượng CNG pha với DME tăng, DME có chứa ơxy nên phát thải NOx DME cao CNG, pha trộn nhiều CNG phát thải NOx giảm Khi trộn 60% CNG với 40% DME CO độ khói nhỏ nhất, ưu điểm bật dùng hỗn hợp nhiên liệu DME CNG Độ chênh lệch lớn giảm độ khói giảm sử dụng 10% CNG với 90% DME 60% CNG với 40% DME 71,4% tốc độ 2000 vòng/phút Trị số Xêtan CNG thấp DME cao nên hòa trộn CNG DME dẫn đến chất lượng trình cháy cải thiện Phương hướng phát triển Luận văn tác giả nghiên cứu đưa vấn đề nghiên cứu phần mềm AVL - Boost dùng hỗn hợp CNG DME cho động diesel cỡ nhỏ, thực tế sử dụng CNG cho động xăng lưỡng nhiên liệu CNG-diesel cho động diesel, nên việc nghiên cứu thực nghiệm pha trộn hỗn hợp CNG DME cần phải phát triển để có kết thuyết phục 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] GS TS Nguyễn Tất Tiến (2003), “Nguyên lý động đốt trong” Nhà xuất giáo dục [2] PGS.TS Phạm Minh Tuấn (2008), “Lý thuyết động đốt trong” Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] TS Lê Viết Lượng (2001), “Lý thuyết động Điezen” Nhà xuất giáo dục [4] PGS.TS Phạm Minh Tuấn (2009), “Khí thải động nhiễm mơi trường” Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Nguyễn Sĩ Mão (2002, “Lý thuyết cháy thiết bị cháy” Nhà xuất khoa học kỹ thuật [6] TS Nguyễn Lan Hương “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu Dimethyl Ether cho động diesel cỡ nhỏ” – Luận văn NCS -12/2015 [7] Trung Quốc: “Sản xuất Dimethyl Ether thay cho dầu diesel” Khoa hoc.com.vn 21/4/2006 [8] vi.scribd.com/doc/50925515/DME-nguon-nhien-lieu-thay-the-xang-dau.173-2011 [9] Lương Công Nhớ, Nguyễn Lan Hương, Hoàng Anh Tuấn, “ Một số hệ thông cung cấp nhiên liệu Dimethyl ether cho động diesel”- Số 46- Tạp chí khoa học cơng nghệ hàng hải tháng 3- 2016 ISSN 1859- 316X Tiếng Anh [10] Kaoru Fujimoto- “DME handbook” Edited by Japan DME Forum 2007 [11] Constantine Arcoumanis, Choongsik Bae, Roy Crookes, Eiji Kinoshita (2008) “The potential of di-methyl ether (DME) as an alternative fuel for compression-ignition engines: A review” Fuel, Vol 87 page 1014–1030 [12] European Emission Standards, http://www.eminox.com, Nov 2006 [13] Yoshio Sato, Akira Noda & Li Jun (2001), “Effects of Fuel Injection Characteristics on Heat Release and Emissions in a DI Diesel Engine Operated on DME ” SAE 2001-01-3634 [14] Kenan Gross (2008), “Fuelling of an Automotive Engine on Dimethyl Ether” Johannesburg 59 [15] Zhen HUANG, Xinqi QIAO, Wugao ZHANG, Junhua WU, Junjun ZHANG “Dimethyl ether as alternative fuel for CI engine and vehicle” Front Energy Power Eng China 2009, 3(1): 99–10 [16] Spencer C.Sorenson “Dimethyl Ether in Diesel Fuel Injection Systems” Technical University of Denmark [17] S Kajitani, Z.L Chen, M Konno & K.T Rhee (1997), “Engine Performance and Exhaust Characteristics of Direct-Injection Diesel Engine Operated with DME ” SAE 972973 [18] Zhou Longbao, Wang Hewu, Wang Ying “Experimental study on Performances and combustion characteristics of DME powered vehicle”, Better Air Quality in Asian and Pacific Rim Cities (BAQ 2002) [19] Su Han Park, Chang Sik Lee (2013), “Combustion performance and emission reduction characteristics of automotive DME engine system” Progress in Energy and Combustion Science 39, 147-168 [20] Wang Ying, Li Genbao, Zhu Wei, Zhou Longbao (2008), “Study on the application of DME/diesel blends in a diesel engine” Fuel Processing Technology 89 1272- 1280 [21] Rolf Egnell (2001), “Comparison of Heat Release and NOx Formation in a DI Diesel Engine Running on DME and Diesel Fuel ” SAE 2001-01-0651 [22] DME: An Emerging Global Fuel www.methanol.org/Energy/ Fuel/DME-Emerging-Global-Fuel.aspx [23] Market outlook for dimethyl ether (DME) Prepared for the United States Department of Energy National Energy Technology Laboratory Under Cooperative Agreement No DE-FC22-92PC90543 2002 [24] VolVo Bio-DME Unique field test in commercial operations, 2010 –2012 Volvo Truck Corporation Volvotruck.com [25] Petar Zic (1999), “Alternative fuels and technologies for vehicles” Diplomarbeit, TU Graz, Austria [26] Ron Sills (2005), “DME-A New Clean Fuel for the 21st Century: Opportunities and challenges” Presented at Zeus Development Workshop – DME, Houston 60 [27] Hulya Erdener, Ayca Arinan, Sultan Orman (2011), “Future Fossil Fuel Alternative; Di-methyl Ether (DME) A review” International Journal of Renewable Energy Research, IJRER, Vol.1, No.4, pp.252-258 [28] L Savadkoohi “ Research and assessment of applying Dimethyl Ether “DME” extracted from natural gas “NG”, on diesel engine as a clean fuel” Department of Mechanical Research, Iranian Research Organization for Science and Technology Institute of Advanced Technology, Tehran, Iran Savadkohi@irost.com - Dr_savadkoohi@yahoo.com [29] Users guide- AVL Boost version 2011.1 [30] Theory - AVL Boost version 2011.1 [31] G D’Errico, et al (2002) “Modeling the Pollutant Emissions from a S.I Engine”, SAE paper No 2002-01-0006 [32] G.Woschni (1967) “A Universally Applicable Equation for the Instantaneous Heat Transfer Coefficient in Internal Combustion Engines” SAE paper No 6700931 [33] European Emission Standards, http://www.eminox.com, Nov 2006