Mô phòng bằng phần mềm kiva sự thay đổi quá trình công tác của động cơ diesel avl 5402 khi chuyển đổi nhiên liệu từ d o sang biodiesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo LƯU VIỆT HÙNG MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM KIVA SỰ THAY ĐỔI Q TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL AVL5402 KHI CHUYỂN ĐỔI NHIÊN LIỆU TỪ D.O SANG BIODIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP HCM 11- 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo LƯU VIỆT HÙNG MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM KIVA SỰ THAY ĐỔI Q TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL AVL5402 KHI CHUYỂN ĐỔI NHIÊN LIỆU TỪ D.O SANG BIODIESEL CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ TÀU THỦY MÃ SỐ: 62.84.01.06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN VĂN QUÂN TP HCM 11- 2018 LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS Phan Văn Quân Cán chấm nhận xét : PGS TS Lê Hữu Sơn Cán chấm nhận xét : TS Lê Văn Vang Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Giao thông vận tải Tp HCM ngày 30 tháng 11 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS TS Lê Hữu Sơn PGS TS Bùi Xuân Lâm TS Bùi Hồng Dương TS Ngô Duy Nam PGS TSKH Đỗ Đức Lưu Chủ tịch Hội đồng; Ủy viên, phản biện; Ủy viên, phản biện; Ủy viên, thư ký; Ủy viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS LÊ HỮU SƠN TRƯỞNG KHOA MÁY TÀU THỦY TS LÊ VĂN VANG i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan Luận văn cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Học viên Lƣu Việt Hùng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC .ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi MỞ ĐẦU .vii CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sử dụng nhiên liệu biodiesel 1.2 Tổng quan nhiên liệu biodiesel dầu mỡ cá 1.2.1 Khả sử dụng dầu mỡ cá 1.2.2 Nguồn nguyên liệu mỡ cá da trơn dự án sản xuất dầu mỡ cá ĐBSMK 1.2.3 Nhiên liệu dầu mỡ cá 10 1.3 Tổng quan phƣơng pháp mô nghiên cứu phát triển động 12 1.3.1 Ƣu điểm phƣơng pháp mô 12 1.3.2 Các mơ hình mơ q trình cháy động đốt 12 CHƢƠNG LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY VÀ NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG 15 2.1 Phƣơng trình cháy động diesel 15 2.2 Khí thải động diesel 16 2.2.1 Thành phần khí thải động diesel 16 2.2.2 Cơ chế hình thành bồ hóng 19 2.2.3 Cơ chế hình thành NOx 20 2.3 Nhiên liệu dùng cho động diesel 23 2.3.1 Độ nhớt 23 2.3.2 Nhiệt trị 23 2.3.3 Nhiệt độ chớp lửa nhiệt độ bốc cháy 24 2.3.4 Nhiệt độ vẩn đục nhiệt độ đông đặc 24 2.3.5 Khả tự bốc cháy nhiên liệu 24 2.3.6 Khối lƣợng riêng 25 2.3.7 Tính bay 25 iii 2.3.8 Sức căng bề mặt 26 2.4 Phân tích đặc điểm biodiesel đặc tính biodiesel làm từ dầu mỡ cá, sâu phân tích đặc tính hỗn hợp biodiesel dầu DO: B5, B10 28 2.4.1 Ảnh hƣởng tiêu chất lƣợng dầu biodiesel B100 sử dụng cho động 30 2.4.2 Phân tích mức độ ảnh hƣởng số nhiên liệu 34 2.5 Giới thiệu phần mềm mô Kiva – 3V 36 2.5.1 Tổng quan tính tốn động lực học lƣu chất (CFD) 36 2.5.2 Giới thiệu phần mềm KIVA 37 CHƢƠNG MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM KIVA SỰ THAY ĐỔI Q TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL AVL5402 KHI CHUYỂN ĐỔI NHIÊN LIỆU TỪ D.O SANG BIODIESEL 40 3.1 Phần mềm mô KIVA 40 3.1.1 Cấu trúc phần mềm Kiva 40 3.1.2 Các mơ hình số mơ q trình cháy KIVA – 3V 41 3.2 Xây dựng mơ hình tính tốn 52 3.2.1 Thông số động nghiên cứu 52 3.2.2 Xây dựng mơ hình lƣới mơ 54 3.3 Phân tích q trình cháy đánh giá ảnh hƣởng tỷ lệ hỗn hợp đến tiêu kinh tế, môi trƣờng phần mềm mô KIVA-3V 58 3.3.1 Các tiêu kinh tế môi trƣờng động Diesel 58 3.3.2 Kết mô bàn luận 61 CHƢƠNG KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 iv DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Ý nghĩa T Nhiệt độ N (vg/ph) Tốc độ động P (kW) Công suất động Ge Tiêu hao nhiên liệu ge (g/kWh) Suất tiêu hao nhiên liệu CFD Tính tốn động lực học lƣu chất Pmax Áp suất cháy cực đại Tmax Nhiệt độ cháy cực đại CA Góc quay trục khuỷu BTDC Trƣớc điểm chết ATDC Sau điểm chết v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Nhiên liệu diesel (Tiêu chuẩn PETROLIMEX) 26 Bảng 2.2 Nhiên liệu diesel (Tiêu chuẩn ASTM D975) 27 Bảng 2.3 Chỉ tiêu kỹ thuật nhiên liệu diesel sinh học gốc theo qui chuẩn Việt Nam QCVN 1: 2015/BKHCN 29 Bảng 2.4 Các tiêu chất lƣợng dầu B100 ảnh hƣởng sử dụng cho động 30 Bảng 2.5 Các tiêu dầu mỡ cá B100 31 Bảng 2.6 Các tiêu dầu DO sử dụng thử nghiệm 33 Bảng 2.7 Kết phân tích dầu B5 33 Bảng 2.8 Kết phân tích dầu B10 34 Bảng 2.9 So sánh giá trị tham số liên quan trình phun nhiên liệu .35 Bảng 3.1 Các số mơ hình Shell .46 Bảng 3.2 Tốc độ phản ứng chế hình thành NO .49 Bảng 3.3 Tốc độ phản ứng bƣớc hình thành bồ hóng 52 Bảng 3.4 Thông số động xylanh AVL 5402 .53 Bảng 3.5 Các điều kiện biên mô 56 Bảng 3.6 Các tiêu nhiên liệu hỗn hợp dầu mỡ cá dầu diesel .56 Bảng 3.7 Các thơng số đƣợc điều chỉnh 58 Bảng 3.8 Giá trị nhiệt độ cực đại trung bình (K) 64 Bảng 3.9 Khối lƣợng NOx phát thải thời điểm mở van xả (g) .66 Bảng 3.10 Khối lƣợng bồ hóng phát thải thời điểm mở van xả (g) .69 Bảng 3.11 Công suất động (kW) 71 Bảng 3.12 Suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kWh) 72 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phân bố vùng ni cá Basa Hình 1.2 Sử dụng phụ phẩm chế biến cá tra để nấu lấy mỡ Hình 1.3 Dây chuyền sản xuất phụ phẩm bột cá xuất Hình 1.4 Thu mua mỡ cá từ sở sản xuất .10 Hình 1.5 So sánh thời gian tính tốn cho mơ hình mơ khác 14 Hình 2.1 Cấu trúc chuỗi bồ hóng dạng hạt sơ cấp 20 Hình 2.2 Cấu trúc tinh thể graphit mơ hình cấu trúc hạt sơ cấp 20 Hình 2.3 Biến thiên tỷ lệ NO2/NOx theo tải tốc độ quay động diesel .22 Hình 2.4 Quy trình sản xuất dầu biodiesel gốc B100 .29 Hình 2.5 Lƣu đồ tính tốn Kiva .39 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc phần mềm Kiva 41 Hình 3.2 Sơ đồ hình thành bồ hóng 50 Hình 3.3 Động diesel AVL 5402 54 Hình 3.4 Bản vẽ thiết kế piston AVL 54 Hình 3.5 Phân vùng lập tọa độ điểm vị trí biên piston 55 Hình 3.6 Mơ hình lƣới buồng đốt piston AVL với góc mơ 720 .55 Hình 3.7 Biến thiên áp suất xylanh với mẫu thử .62 Hình 3.8 Đƣờng cong tốc độ tỏa nhiệt với mẫu thử 63 Hình 3.9 Biến thiên nhiệt độ trung bình xylanh với mẫu thử 64 Hình 3.10 Biến thiên NOx với mẫu thử 65 Hình 3.11 Phân bố nhiệt độ nồng độ NOx buồng cháy động mẫu B0 67 Hình 3.12 Bồ hóng hình thành, oxy hóa phát thải với mẫu thử B0 .68 Hình 3.13 Bồ hóng hình thành, oxy hóa phát thải với mẫu thử 69 Hình 3.14 Phân bố nhiệt độ, tốc độ hình thành oxy hóa bồ hóng mặt cắt ngang tia phun nhiên liệu với mẫu thử 71 61 có tính kích thích Khi tiếp xúc với niêm mạc, tạo thành axit qua đƣờng hơ hấp hịa tan vào nƣớc bọt vào đƣờng tiêu hóa, sau vào máu nƣớc khí tạo thành tác dụng với , axit ngƣng tụ tan nƣớc, theo mƣa rơi xuống mặt đất, gây nên mƣa axit làm thiệt hại cối mùa màng… đ/ Hydrocarbon ( Hydrocacbon sản phẩm nhiên liệu khơng cháy hết, cháy khơng hồn tồn số ngun nhân nhƣ tỷ lệ khơng khí / nhiên liệu q giàu, hịa khí có khả tiếp cận với màng lửa nên nhiên liệu cháy không hết tƣợng cháy khơng bình thƣờng Hợp chất hydrocacbon gồm nhiều loại từ hợp chất hữu đơn giản nhƣ metan tới hydrocacbon thơm, aldehyt, este, hợp chất hữu halogen nhƣ hợp chất hữu có chứa liên kết lƣu huỳnh nitơ Các hợp chất hữu thƣờng độc với thể ngƣời động vật Một số hợp chất hữu nhƣ benzene, PAH (hợp chất hydrocacbon thơm đa nhân) nguyên nhân gây bệnh ung thƣ Một số hợp chất hữu halogen xúc tác cho trình phân hủy ozon tầng bình lƣu e/ Bồ hóng Bồ hóng chất nhiễm đặc biệt quan trọng khí xả động diesel Nó tồn dƣới dạng hạt rắn có đƣờng kính trung bình khoảng 0,3 mm nên dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm bồ hóng, ngồi việc gây trở ngại cho quan hơ hấp nhƣ tạp chất học khác có mặt khơng khí, cịn ngun nhân gây bệnh ung thƣ hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ bề mặt chúng trình hình thành Nhƣ vậy: - Chỉ tiêu kinh tế cần đánh giá là: suất tiêu hao nhiên liệu - - Chỉ tiêu môi trƣờng động diesel đáng ý là: hàm lƣợng bồ hóng (độ mờ khói xả - K%) 3.3.2 Kết mơ bàn luận 3.3.2.1 Sự biến thiên áp suất 62 Hình 3.7 thể biến thiên áp suất xylanh hỗn hợp nhiên liệu khác nhau, từ B0 đến B10 Khi thay đổi nồng độ dầu mỡ cá nhiên liệu từ 0% đến 10%, số cetan tăng, thời gian cháy trễ ngắn tƣơng ứng với bƣớc nhảy trung bình 10 gqtk Sự thay đổi thời gian cháy trễ nhận thấy đồ thị biến thiên áp suất, biểu thị thời điểm bắt đầu có gia tăng áp suất đột ngột 100 B0 B5 B10 90 80 Áp suất, bar 70 60 50 40 30 20 -20 -15 -10 -5 10 15 20 Góc quay trục khuỷu, độ Hình 3.7 Biến thiên áp suất xylanh với mẫu thử Với mẫu B0 kết hợp hai yếu tố: thời gian phun rút ngắn với gia tăng thời gian cháy trễ so với B5 B10, dẫn đến phần lớn nhiên liệu bùng cháy sau ĐCT, lúc piston xuống nên hạn chế gia tăng áp suất cực đại Tốc độ tăng áp suất trung bình mẫu nhiên liệu không sai biệt nhiều 3.3.2.2 Tốc độ tỏa nhiệt biến thiên nhiệt độ Hình 3.8 thể biến thiên tốc độ tỏa nhiệt, thể rõ thời gian cháy trễ gia tăng theo nồng độ dầu mỡ cá hỗn hợp Mẫu B5 B10 có số 63 cetan tƣơng đƣơng nên điểm nhiên liệu bùng cháy gần 7,50 gqtk trƣớc ĐCT Mẫu B0 có số cetan (CN = 52,1) thấp hai mẫu nên nhiên liệu bùng cháy 6,20 gqtk trƣớc ĐCT 220 200 B0 B5 B10 180 Tốc độ tỏa nhiệt, J/ độ 160 140 120 100 80 60 40 20 -10 -8 -6 -4 -2 10 Góc quay trục khuỷu, độ Hình 3.8 Đường cong tốc độ tỏa nhiệt với mẫu thử Trong động diesel, trình cháy gồm hai giai đoạn: giai đoạn cháy đồng diễn sau thời kỳ cháy trễ giai đoạn cháy khuếch tán Hình 3.8 thể giai đoạn cháy đồng (cháy nhanh, cháy ban đầu) ngắn , kéo dài khoảng vài độ góc quay trục khuỷu Giá trị đỉnh nhiệt tỏa không thay đổi nhiều thay đổi nồng độ dầu mỡ cá mẫu thử, nhƣng thời điểm xuất đỉnh lệch dần phía bên phải đồ thị Hình 3.9 thể biến thiên nhiệt độ trung bình buồng cháy động theo góc quay trục khuỷu với mẫu thử khác 64 1800 1600 B0 B5 B10 Nhiệt độ, K 1400 1200 1000 800 600 -20 20 40 60 80 100 120 140 Goùc quay trục khuỷu, độ Hình 3.9 Biến thiên nhiệt độ trung bình xylanh với mẫu thử Do đỉnh nhiệt tiến ĐCT kết hợp với hành trình nén piston, hệ nhiệt độ trung bình cực đại có gia tăng dần theo nồng độ dầu mỡ cá Giá trị lớn Tmax ứng với B10 1649K, tăng 0,54% (9K) so với giá trị Tmaxcủa B0 1640K Bảng 3.8 Giá trị nhiệt độ cực đại trung bình (K) B0 B5 B10 Giá trị 1640 1647 1649 Sai biệt so với B0 - 0,42% 0,54% 3.3.2.3 Ảnh hƣởng nồng độ dầu mỡ cá đến phát thải 65 Hình 3.10 thể mối quan hệ – góc quay trục khuỷu Nhiều nghiên cứu ([17], [18]) chứng minh hình thành buồng cháy nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ Khi nhiệt độ buồng cháy dƣới 1700 0K, lƣợng hình thành khơng đáng kể, nhƣng nhiệt độ 20000K tốc độ phản ứng gia tăng mãnh liệt 0.0014 0.0012 0.0010 NOx, g 0.0008 B0 B5 B10 0.0006 0.0004 0.0002 0.0000 20 40 60 80 100 120 140 Góc quay trục khuỷu, độ Hình 3.10 Biến thiên NOx với mẫu thử Với động diesel, giai đoạn cháy đồng đóng vai trị quan trọng với hình thành Vùng phản ứng tạo tập trung quanh khu vực màng lửa, nơi có hệ số dƣ lƣợng khơng khí xấp xỉ có đủ oxy Quan sát thực nghiệm cho thấy hầu hết hình thành khoảng 200 góc quay trục khuỷu từ lúc bắt đầu cháy [19] Xu hƣớng dƣợc thể rõ hình 3.9, bắt đầu hình thành gần ĐCT, tƣơng ứng với thời điểm nhiệt độ buồng cháy gia tăng tiến tới giá trị đỉnh Hình 3.9 Sau gia tăng nồng độ nhanh 66 chóng “đóng băng” khoảng 200 gqtk sau ĐCT lúc hầu hết nhiên liệu phun vào cháy hết, điều kiện cần thiết cho hình thành khơng cịn Nhận xét đƣợc minh họa rõ Hình 3.11, thể phân bố nhiệt độ nồng độ mặt cắt dọc bên buồng cháy động thời điểm 100 300 gqtk sau ĐCT với mẫu thử B0 Trên mặt cắt đồng thời thể khu vực có hệ số dƣ lƣợng khơng khí 0,8 1,2 đƣờng nét liền Đây khu vực tập trung nhiên liệu đƣợc hịa trộn với khơng khí bùng cháy (khu vực màng lửa) Nhƣ thấy rõ Hình 3-21b, nhiệt độ cao tập trung khu vực giảm dần vùng lân cận Ở 100 gqtk sau ĐCT, nhiệt độ cao xylanh lên đến 2800K, 300 gqtk sau ĐCT cịn tối đa 2400K chuyển sang q trình cháy khuếch tán khơng cháy đồng nhất, đồng thời chịu tác động truyền nhiệt piston xuống hành trình giãn nở So sánh với Hình 3.10, nhiệt độ trung bình tối đa mẫu B0 1641K, khu vực buồng cháy có nhiệt độ 2000K khu vực hình thành Cột bên phải Hình 3.11b c giới thiệu phân bố 100 300 gqtk sau ĐCT mẫu B0 Ở 100 gqtk sau ĐCT, thời điểm hình thành mãnh liệt khu vực nhiệt độ cao 2000K có đủ oxy Ở 300 gqtk sau ĐCT, hầu nhƣ khơng cịn tạo buồng cháy, với nồng độ tối đa mặt cắt dọc 3,5 x10-5, giảm đến lần so với giá trị tối đa 100 gqtk sau ĐCT 1,5 x10-4 Khi thay đổi tỷ lệ dầu mỡ cá nhiên liệu từ 0% đến 15%, kết mô cho thấy lƣợng biến thiên không theo quy luật, nhƣ trình bày Bảng 3.9 Hình 3.10 Bảng 3.9 Khối lượng NOx phát thải thời điểm mở van xả (g) Giá trị B0 B5 B10 0,00113 0,00119 0,00124 67 Sai biệt so với B0 - 5,3% 9,7% So với mẫu B0 mẫu B5 B10 có gia tăng nhẹ giá trị a/ Mặt cắt dọc khu vực quan sát b/ Phân bố nhiệt độ 100 gqtk sau ĐCT c/ Phân bố nhiệt độ NOx 300 gqtk sau ĐCT Hình 3.11 Phân bố nhiệt độ nồng độ NOx buồng cháy động mẫu B0 Sự gia tăng nhẹ phát thải mẫu B10 so với mẫu B0 giải thích qua Hình 3.11, thể lƣợng nhiên liệu đốt cháy theo góc quay trục khuỷu mẫu thử Do có số cetan cao hơn, thời gian ngắn sau bùng cháy, lƣợng nhiên liệu đốt cháy mẫu B10 vƣợt tất mẫu khác trì suốt thời gian lại Hệ nhiệt độ buồng cháy gia tăng tăng mạnh lƣợng phát thải 3.3.2.4 Ảnh hƣởng nồng độ dầu mỡ cá đến phát thải bồ hóng 68 Hình 3.12 minh họa biến thiên điển hình bồ hóng hình thành, đốt cháy phát thải theo góc quay trục khuỷu với mẫu thử B0 Hình thành, oxy hóa phát thải bồ hóng, g 0.00040 B0 Phát thải B0 Hình thành B0 Oxy hoùa 0.00035 0.00030 0.00025 0.00020 0.00015 0.00010 0.00005 0.00000 20 40 60 80 100 120 140 Goùc quay trục khuỷu, độ Hình 3.12 Bồ hóng hình thành, oxy hóa phát thải với mẫu thử B0 Sau nhiên liệu bùng cháy thời gian, bồ hóng bắt đầu đƣợc hình thành Một phần bồ hóng vừa hình thành bị oxy hóa nhiệt độ cao bên xy lanh Trong giai đoạn cháy ban đầu (đến 200 gqtk sau ĐCT), nhiệt độ cao hỗn hợp khí cháy, tốc độ phản ứng hình thành oxy hóa bồ hóng diễn mạnh mẽ, thể độ dốc đồ thị Sau tốc độ phản ứng giảm dần nhƣng trình hình thành oxy hóa bồ hóng kéo dài van xả mở Bồ hóng phát thải hiệu số trình hình thành đốt cháy bồ hóng buồng cháy Nếu bồ hóng hình thành nhiều nhƣng bị đốt cháy nhiều lƣợng bồ hóng phát thải thấp trƣờng hợp bồ hóng hình thành nhƣng đốt cháy Từ 400 gqtk sau ĐCT trở đi, lƣợng bồ hóng phát thải thay đổi có cân bồ hóng hình thành oxy hóa 69 Hình thành, oxy hóa phát thải bồ hóng, g 0.00040 0.00035 0.00030 B0 Phát thải B0 Hình thành B0 Oxy hóa B5 Phát thải B5 Hình thành B5 Oxy hóa B10 Phát thải B10 Hình thành B10 Oxy hóa 0.00025 0.00020 0.00015 0.00010 0.00005 0.00000 20 40 60 80 100 120 140 Góc quay trục khuỷu, độ Hình 3.13 Bồ hóng hình thành, oxy hóa phát thải với mẫu thử Bảng 3.10 Khối lượng bồ hóng phát thải thời điểm mở van xả (g) B0 B5 B10 Giá trị 8,103 x 10-5 8,403 x 10-5 7,859 x 10-5 Sai biệt so với B0 - 3,7% - 3,02% Đi vào chi tiết, hình 3.13, lƣợng bồ hóng hình thành mẫu B5 cao mẫu B0, đồng thời bồ hóng bị oxy hóa mẫu B0 lại thấp dẫn đến lƣợng bồ hóng phát thải B0 cao Có thể hiểu rằng, mẫu B5, B10, hệ số dƣ lƣợng không khí, hàm lƣợng oxy có mặt dầu mỡ cá giúp q trình oxy hóa bồ hóng chúng tốt Đi vào chi tiết, hình 3.13, tỷ lệ lƣợng bồ hóng hình thành mức oxy hóa bồ hóng B5 thấp tỷ lệ B0 nên mức phát thải bồ hóng B5 70 mức cao so với mẫu lại, tỷ lệ mẫu B10 lại cao tỷ lệ mẫu cịn lại nên B10 có mức phát thải bồ hóng thấp so với mức phát thải bồ hóng mẫu B0 B5 Hình 3.14 thể phân bố nhiệt độ, tốc độ phản ứng hình thành bồ hóng (R3) phản ứng oxy hóa bồ hóng (R8) mẫu thử thời điểm 100 gqtk sau ĐCT, mặt cắt ngang qua tia phun nhiên liệu Bồ hóng đƣợc hình thành thơng qua phản ứng: Với tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nhiệt độ Sau bồ hóng bị oxy hóa nhiệt độ cao bên buồng cháy: Trên Hình 3.14b, khu vực nhiệt độ cao màng lửa vùng lân cận, thể đƣờng liền có hệ số dƣ lƣợng khơng khí từ 0,8 đến 1,2 Có thể thấy 100 gqtk sau ĐCT, nhiệt độ cao tất mẫu vào khoảng 28000K, nhiên khu vực có nhiệt độ cao Trong mẫu thử, mẫu B10 có tốc độ hình thành bồ hóng mức trung bình nhƣng lại có tốc độ oxy hóa bồ hóng mạnh Kết B10 có lượng bồ hóng phát thải a/ Vị trí mặt cắt quan sát qua tia phun nhiên liệu 71 b/ Phân bố nhiệt độ c/ Tốc độ phản ứng hình thành bồ hóng Tốcđộđộphản phảnứng ứngoxy oxyhóa hóabồbồhóng hóng d/d/Tốc 3.3.2.5 Ảnh hƣởng nồng độ dầu mỡ cá đến công suất suất tiêu hao Hình 3.14 Phân bố nhiệt độ, tốc độ hình thành oxy hóa bồ hóng nhiên liệu mặt cắt ngang tia phun nhiên liệu với mẫu thử Bảng 3.11 giới thiệu công suất động thay đổi tỷ lệ dầu mỡ cá nhiên liệu từ 0% đến 10% Tất mẫu có giảm nhẹ công suất so với mẫu B0 Bảng 3.11 Công suất động (kW) Giá trị Sai biệt so với B0 B0 B5 B10 5,32857 5,32248 5,32235 - 0,11429% - 0,11673% Suất tiêu hao nhiên liệu ge (ISFC) mẫu thử đƣợc trình bày Bảng 3.12, ge có xu hƣớng ngƣợc lại với cơng suất Các mẫu giảm nhẹ so với B0 72 Bảng 3.12 Suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kWh) Giá trị B0 B5 B10 337,3 337,686 337,694 0,1144% 0,1168% Sai biệt so với B0 Số liệu Bảng 3.11 Bảng 3.12 cho phép nhận định rằng, mẫu B5, B10 có chất lƣợng q trình cháy tƣơng đƣơng B0, có mức công suất giảm nhẹ suất tiêu hao nhiên liệu tăng không đáng kể Kết luận: Trong chƣơng này, phần mềm mô đa chiều KIVA-3V đƣợc sử dụng để phân tích thơng số q trình cháy, so sánh lƣợng , bồ hóng phát thải, cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu mẫu nhiên liệu có pha dầu mỡ cá với tỷ lệ 0%, 5% 10% động nghiên cứu Cummins NTA 855-M Kết mô cho thấy: - Áp suất nhiệt độ trung bình cực đại xy lanh tăng nhẹ tăng nồng độ dầu mỡ cá nhiên liệu - Cơng suất có biến thiên nhẹ nhƣng không đáng kể, giảm nhiều B10 với 0,11673% - Về tiêu kinh tế: Suất tiêu hao nhiên liệu biến thiên nhẹ, tăng nhiều B10 với 0,1168% - Về tiêu môi trƣờng: Lƣợng tất mẫu có pha dầu mỡ cá tăng nhẹ so với mẫu B0, với mức tăng nhiều B10 đến 9,7% Hàm lƣợng bồ hóng phát thải giảm đáng kể, giảm 3,02% so với B0, nhƣng lại tăng 3,7% mẫu B5, so với mẫu B0 Thơng thƣờng, biện pháp giảm bồ hóng ln gây hiệu ứng phụ tăng ngƣợc lại Trong mẫu B10 có pha dầu mỡ cá giảm đƣợc bồ hóng Đây ƣu điểm lớn hỗn hợp nhiên liệu có pha thêm dầu mỡ cá so với nhiên liệu diesel nguyên chất 73 CHƢƠNG KẾT LUẬN Trong luận văn này, phần mềm mô đa chiều KIVA đƣợc sử dụng để nghiên cứu tính tốn thơng số đặc trƣng cho trình nhiệt động xy lanh động với mẫu nhiên liệu có số cetan độ nhớt khác (B0, B5, B10), áp dụng cụ thể cho động diesel kiểu AVL-5402 với chế độ tải 80% Kết mô cho thấy:  Về tiêu kinh tế: Chỉ tiêu kinh tế động không thay đổi nhiều sử dụng hỗn hợp dầu mỡ cá dầu diesel Ở chế độ tải 80%, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất nhiệt động tƣơng đƣơng sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống  Về tiêu mơi trƣờng: Kết phân tích khí thải cho thấy việc sử dụng nhiên liệu hỗn hợp dầu mỡ cá không làm tăng hay giảm phát thải NOx nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống, lƣợng bồ hóng có phần giảm mẫu B10 Việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm vào thực tế cần phải thực nhiều vấn đề phức tạp có liên quan mà phạm vi đề tài chƣa đề cập đến Nhƣng vấn đề đƣợc giải việc ứng dụng phần mềm vào nghiên cứu khoa học, giảng dạy đem lại thuận lợi lớn cho công tác 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Anh : [1] Kong, S., Z.Han, R.D.Reitz, "The Development and Application of a Diesel Ignition and Combustion Model for Multidimensional Engine Simulation" SAE paper 950278, 1994 [2] Amsden, Anthony A., P.J.O'Rourke, T.D Butler, "Kiva-II- A Computer Program for Chemically Reactive Flows with Sprays” Los Alamos National Labs, LA-11560-MS, 1989 [4] A A Amsden (1999), Kiva-3V release improvements to Kiva-3V, Los Alamos LA-UR-99-915 [5] Z Han and R D Reitz (1995), Turbulence Modeling of Internal Combustion Engines Using RNG k- models, Combustion Science and Technology, Vol.106, pp 267-295 [6] A B Liu, D Mather, and R D Reitz (1993), Modeling the Effects of Drop Drag and Breakup on Fuel Sprays, SAE paper No 930072 [7] J D Ramshaw, P J O’Rourke, and L R Stein (1985), Pressure Gradient Scaling Method for Fluid Flow with Nearly Uniform Pressure, Journal of Computational Physics, Vol 58, pp 361-376 [8] S Kong and R Reitz (1995), Multidimensional Modeling of Diesel Ignition and Combution Using a Multistep Kinetics Model, ASME Transactions [9] M Halstead, L Kirsh, and C Quinn (1977), The Autoignition od Hydrocarbon Fuels at High Temperatures and Pressures – Fitting of a Mathematical Model”, Combustion and Flame, Vol 30, pp 45-60 [10] J Abraham, F V Bracco, and R D Reitz (1985), Comparison of Computed and Measured Premixed Charged Engine Combustion, Combustion and Flame, Vol 60, pp 309-322 [11] J B Heywood (1988), Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw- Hill, NewYork 75 [12] A Kazakov and D E Foster (1998) , Modeling of Soot Formation During DI Diesel Combustion Usign a Multi-step Phenomenological Model, SAE paper No 982463 [13] J Nagle and R F Strickland-Constable (1962), Oxidation of Carbon Between 1000-2000oC, the 5th Carbon Conference [14] S Kong and R Reitz (1993), Multidimensional Modeling of Diesel Ignition and Combustion Using a Multistep Kinetics Model, ASME Transactions, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol 115, No 4, pp 781-789 [15] A A Amsden (1999), KIVA-3V release improvements to KIVA-3V, Los Alamos LA-UR-99-915 [16] C Y Choi, G R Bower, and R D Reitz (1997), Mechanisms of Emissions Reduction Using Biodiesel Fuels, Final Report For The National Biodiesel Board, Engine Research Center, University of Wisconsin – Madison [17] J B Heywood (1988), Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw- Hill, NewYork [18] A B Liu, D Mather, and R D Reitz (1993), Modeling the Effects of Drop Drag and Breakup on Fuel Sprays, SAE paper No 930072 Tài liệu tiếng Việt [20] Lê Viết Lƣợng - Lý thuyết động ĐIEZEN - Nhà xuất giáo dục- 2000 [3] PGS.TS.Nguyễn Văn Nhận – Nhiên liệu chất bôi trơn - 2005 [22] PGS.TS.Nguyễn Văn Nhận - Nâng cao tính động đốt - 2004