BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG _ HỒ TRUNG PHƯỚC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ CỦA PHƯƠNG TIỆN KHAI THÁC THỦY SẢN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÁNH HÒA – 2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG HỒ TRUNG PHƯỚC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ CỦA PHƯƠNG TIỆN KHAI THÁC THỦY SẢN Ngành đào tạo: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN VĂN QUÂN PGS.TS TRẦN GIA THÁI KHÁNH HÒA – 2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Cơng trình hồn thành Trường Đại học Nha Trang Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Văn Quân, Trường ĐH Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh PGS.TS Trần Gia Thái, Trường ĐH Nha Trang Phản biện 1: PGS.TS Vũ Ngọc Khiêm, trường ĐH Công nghệ Giao thông vận tải Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ, Học viện Kỹ thuật Quân Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Lê Duy Khải, Trường ĐH Bách khoa Tp.HCM Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng dầu Diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho động phương tiện khai thác thủy sản” cơng trình nghiên cứu riêng chưa công bố cơng trình khoa học khác thời điểm Khành Hòa, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hồ Trung Phước i Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CẢM ƠN Xuất phát từ niềm đam mê nghiên cứu khoa học, đặc biệt lĩnh vực nghiên cứu tàu cá Ngay từ sinh viên trường Đại học Hàng Hải năm 80, thân tơi ln gắn bó với cơng việc với niềm đam mê đó, lựa chọn đề tài luận án Trong suốt thời gian thực luận án, nhận giúp đỡ Ban Giám hiệu, quý Phòng, Khoa Trường Đại học Nha Trang Đặc biệt hướng dẫn tận tình PGS.TS Phan Văn Quân, PGS.TS Trần Gia Thái, truyền thụ kiến thức tạo điều kiện để tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Qua đây, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giúp đỡ Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Khoa Kỹ thuật Giao thông Trường Đại học Nha Trang Khoa Kỹ thuật Tàu thủy Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành Phố Hồ Chí Minh, cung cấp thơng tin, tài liệu đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận án Xin chân thành cảm ơn cán nhân viên Sở Khoa học Công nghệ tỉnh khu vực miền Nam Trung Bộ đồng sông Mê Kông hỗ trợ nhân lực, cung cấp thông tin cần thiết trang thiết bị để trình thực nghiệm hồn thành Tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, quan đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực luận án Xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hồ Trung Phước ii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÍ HIỆU vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH .xiii TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN xv MỞ ĐẦU 1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Tính thực tiễn luận án PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6.1 Nghiên cứu lý thuyết 6.2 Nghiên cứu thực nghiệm KẾT CẤU LUẬN ÁN NHỮNG HẠN CHẾ CỦA LUẬN ÁN Chương TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL VÀ LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học biodiesel 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng biodiesel Thế giới Việt Nam 14 1.2.1 Trên Thế giới 14 1.2.2 Tại Việt Nam 18 1.3 Cơ sở lựa chọn động diesel làm máy tàu cá phục vụ nghiên cứu 24 1.4 Kết luận chương 27 iii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MƠ HÌNH TỐN MƠ TẢ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU BIODIESEL ĐẾN CÁC THÔNG SỐ CÔNG TÁC CHỦ YẾU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 29 2.1 Các thông số công tác chủ yếu động diesel 29 2.1.1 Công suất động 30 2.1.2 Hiệu suất 31 2.1.3 Tiêu hao nhiên liệu 32 2.1.4 Phát thải khí xả 33 2.2 Nhiên liệu dùng cho động diesel 34 2.2.1 Nhiệt trị 34 2.2.2 Độ nhớt khối lượng riêng 34 2.2.3 Sức căng bề mặt tính bay 35 2.2.4 Nhiệt độ chớp lửa nhiệt độ bốc cháy 35 2.2.5 Nhiệt độ vẩn đục nhiệt độ đông đặc 35 2.2.6 Khả tự bốc cháy nhiên liệu 36 2.3 Ảnh hưởng nhiên liệu biodiesel đến thông số công tác chủ yếu động diesel 37 2.3.1 Nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá 37 2.3.2 Ảnh hưởng tính chất nhiên liệu biodiesel đến trình phun 41 2.3.3 Ảnh hưởng nhiên liệu biodiesel đến trình cháy 54 2.3.4 Ảnh hưởng nhiên liệu biodiesel đến công suất suất tiêu hao nhiên liệu 62 2.3.5 Ảnh hưởng biodiesel đến phát thải khí xả 62 2.3.5.1 Ảnh hưởng biodiesel đến phát thải bồ hóng 62 2.3.5.2 Ảnh hưởng biodiesel đến phát thải NOx 64 2.3.5.3 Ảnh hưởng biodiesel đến nhiệt độ khí xả 66 2.4 Kết luận chương 66 Chương ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU B10 BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 67 3.1 Phương pháp mô nghiên cứu phát triển động 67 3.2 Xây dựng mơ hình mơ động Cummins NTA855 sử dụng nhiên liệu B10 68 3.2.1 Phần mềm mô mã nguồn mở CFD KIVA-3V 68 3.2.2 Các phương trình chủ đạo tính tốn phần mềm CFD KIVA–3V 73 3.2.3 Xác định điều kiện để hiệu chỉnh mơ hình mơ 76 iv Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 3.3 Kết mô 79 3.3.1 Phun hình thành hỗn hợp cháy 79 3.3.2 Sự biến thiên áp suất cháy xi lanh 81 3.3.3 Biến thiên nhiệt độ tốc độ tỏa nhiệt 87 3.4 Kết luận chương 99 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL TỪ MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CUMMINS NTA855 CỦA TÀU CÁ 100 4.1 Xác định phương pháp hòa trộn nhiên liệu B100 với DO 100 4.1.1 Phương pháp hòa trộn đường ống (On line blending) 100 4.1.2 Phương pháp hòa trộn đường ống (In line blending) 101 4.1.3 Phương pháp hòa trộn văng tóe (Splash blending) 102 4.1.4 Phương pháp hòa trộn trung gian (Intermediate blends) 102 4.1.5 Phương pháp hòa trộn khuấy 103 4.2 Bố trí thiết bị thực nghiệm 105 4.2.1 Thiết bị thực nghiệm 105 4.2.1.1 Động thực nghiệm 105 4.2.1.2 Bộ phối trộn nhiên liệu 106 4.2.1.3 Bộ tiêu công suất (Dynometter) 109 4.2.2 Sơ đồ bố trí thiết bị thực nghiệm 112 4.3 Xây dựng chế độ qui trình thực nghiệm 113 4.3.1 Chế độ thực nghiệm 113 4.3.2 Quy trình thực nghiệm 114 4.4 Kết thực nghiệm động Cummins NTA855 đánh giá 115 4.4.1 Kết thực nghiệm 115 4.4.1.1 Kết ghi nhận thời gian khoảng 10.000 chu kỳ làm việc động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO 116 4.4.1.2 Kết ghi nhận thời gian khoảng 20.000 chu kỳ làm việc động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO 117 4.4.2 Đánh giá kết thực nghiệm 119 4.5 Kết luận chương 120 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 121 Kết luận: 121 Hướng phát triển: 122 v Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 TIẾNG VIỆT 124 TIẾNG ANH 125 WEBSITE 128 PHỤ LỤC vi Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC KÍ HIỆU CHỮ LA TINH Ah : Diện tích mặt cắt lỗ phun, mm2 Cd : Hệ số giãn dòng vịi phun, - cm : Vận tốc trung bình piston, m/s cp : Nhiệt dung riêng đẳng áp, kJ/kg K cv : Nhiệt dung riêng đẳng tích, kJ/kg K D : Đường kính hạt nhiên liệu, mm Dc : Đường kính xy lanh, mm Dh : Đường kính khoang phun, mm D0 : Đường kính ban đầu hạt nhiên liệu, mm dh : Đường kính lỗ phun, mm dp : Đường kính hạt bồ hóng, mm F : Gia tốc, m/s2 Fh,j : Thông lượng khuếch tán theo phương j, W/m2 g : Gia tốc trọng trường, m/s2 h : Enthalpy, kJ/kg K : Hệ số xâm thực lỗ phun, - k : Động rối, kJ/kg kA : Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng, g/cm2s Pa kB : Hằng số tốc độ phản ứng xy hóa bồ hóng, g/cm2s Pa ki : Hằng số tốc độ phản ứng i mơ hình hình thành NOx kg/m3s kT : Hằng số tốc độ phản ứng xy hóa bồ hóng, g/cm2s kZ : Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng, 1/Pa lb : Chiều dài phân rã tia phun, m lh : Chiều dài lỗ phun, mm md : Khối lượng hạt nhiên liệu, g mf : Lượng nhiên liệu cấp chu trình, g/ct minj : Tốc độ phun lưu lượng nhiên liệu, g/h : Số Avogadro, mol-1 : Số hạt rắn, 1/cm3 NA NP vii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật - Tiến hành đo chi phí nhiên liệu động mẫu nhiên liệu Lượng tiêu hao nhiên liệu đo Gh(lít/h) đổi thành Ge(kg/h) cơng thức: Ge G h (kg/ h) (4.6) Trong đó: ρ khối lượng riêng nhiên liệu (DO, ρ=0,830 kg/cm3; B10, ρ=0,830 kg/cm3) Suất tiêu hao nhiên liệu ge tính cơng thức sau: ge Ge kg ( ) N ektt kW.h (4.7) - Mỗi lần đo xong mẫu phải kiểm tra làm mát phanh, xả hết nhiên liệu cũ thực với mẫu 4.3.2 Quy trình thực nghiệm Kiểm tra tình trạng kỹ thuật vịi phun, bơm cao áp, tình trạng kỹ thuật chung xi lanh, piston xéc măng Kết nối két dầu DO, B10 qua van để nối với đường dầu vào động Kết nối tiêu công suất trục dẫn bánh đà động cơ, chạy bơm nước kết nối vào tiêu công suất, điều chỉnh áp lực nước vào tiêu công suất, mở hình hiển thị… Chuẩn bị thiết bị đo: Đồng hồ vòng quay, đồng hồ đo nhiệt độ, gắn kết thiết bị đo tiêu công suất tới hình hiển thị…sổ nhật ký ghi nhận thơng số thử nghiệm Qui trình thực nghiệm chạy dầu biodiesel động Cummins NTA855 thực sau: Bước 1: - Nổ máy chạy vòng quay thấp sử dụng nhiên liệu DO (nhiên liệu DO loại nhiên liệu sử dụng theo hướng dẫn nhà sản xuất, thông số trình bày chương 3) - Cho máy chạy vịng quay thấp khoảng 30-45 phút để hâm nóng máy cho thơng số ổn định (vịng quay khơng tải 600 vòng/phút) - Tăng vòng quay động lên vòng quay cần thử nghiệm, khoảng 1200 v/p Để máy chạy ổn định khoảng 30 – 45 phút (nhiệt độ nước làm mát đạt khoảng 800C), ghi nhật ký thông số động chạy không tải sử dụng nhiên liệu dầu DO bao gồm: Vị trí đặt tốc độ, vịng quay động (vịng/phút), nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nước làm mát động 114 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật - Mở van nước điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào phanh để đo công suất động cơ, việc điều chỉnh tải phải tăng từ từ để tránh tượng tải động Quan sát hình hiển thị cơng suất động cơ, đo nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nước làm mát, vòng quay động Tăng tải khơng cho phép nhiệt độ khí xả vượt q giá trị giới hạn nhà sản xuất để tránh tượng hư hỏng buồng đốt mặt qui lát - Để máy chạy tải ổn định chọn chế độ tải 50% (khoảng 145 Hp vòng quay 1200 v/p) để thử nghiệm chuyển đối nhiên liệu đo đạc thơng số cơng suất, vịng quay, nhiệt độ khí xả, ghi nhận thay đổi thông số động Bước 2: Mở van dầu B10, đóng van dầu DO, đồng thời chuyển đường dầu hồi từ két dầu DO sang két dầu B10 Để máy chạy ổn định, tiến hành đo đạc thơng số (vị trí đặt tốc độ không đổi, tải không thay đổi): Công suất động cơ, vịng quay, nhiệt độ khí xả Bước 3: Mở van dầu DO, đóng van dầu B10, đồng thời chuyển đường dầu hồi từ két Biodiesel B10 qua két DO Để máy chạy ổn định với dầu DO, đo đạc thông số ghi vào nhật ký 4.4 Kết thực nghiệm động Cummins NTA855 đánh giá 4.4.1 Kết thực nghiệm Các bước qui trình thử nghiệm trình bày phần trên, đo đạc thông số công tác động thay đổi nhiên liệu từ DO sang B10 thông qua thiết bị hệ thống phanh thủy lực chương trình ghi nhận liệu Dyno max 2010 máy tính Quan sát thời gian thu nhận liệu, giá trị cơng suất có dao động từ 143 Hp ÷ 146 Hp hai trường hợp động sử dụng nhiên liệu DO B10, tương ứng với độ lệch khoảng 2% giá trị lớn giá trị nhỏ nhất, điều cho thấy sai số trình thu nhận liệu từ thiết bị đo nhỏ, số liệu ghi nhận có độ tin cậy đạt 98% Vì động cao tốc nên để đảm an toàn cho động thiết bị, van chuyển đổi dầu đặt sát vị trí đầu vào bơm cao áp nhằm giảm chiều dài 115 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật đường ống để hạn chế lượng dầu sót Một số hình ảnh trình thực nghiệm hình 4.11 Hình 4.11 Một số hình ảnh thử nghiệm động Cummins NTA855 4.4.1.1 Kết ghi nhận thời gian khoảng 10.000 chu kỳ làm việc động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO Kết ghi nhận công suất động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO trình bày hình 4.12 Trong đó, thời gian ghi nhận liệu cho lần đo mẫu nhiên liệu khoảng 10.000 chu kỳ, giá trị công suất nhận cho mẫu nhiên liệu hình 4.12 giá trị cơng suất có tần suất xuất nhiều thời gian ghi nhận, độ chênh lệch giá trị thấp cao hiển thị giao diện chương trình đo biểu thị thơng qua số liệu độ dao động (mấp mô) đường tín hiệu ghi nhận giá trị Kết đường tín hiệu ghi nhận giá trị có độ dao động thấp, điều cho thấy giá trị công suất đo cho mẫu nhiên liệu tin cậy, động hoạt động ổn định, hình ảnh thu từ giao diện đo thể từ hình 7.1 đến hình 7.6 trình bày phụ lục 116 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 146 145,8 Công suất (Hp) 145,6 145,5 145,4 145,4 145,4 145,3 145,3 145,2 145 144,9 144,8 144,6 144,4 144,2 144 DO B10 DO B10 DO B10 Nhiên liệu (DO, B10) Hình 4.12 Kết thử nghiệm nhiên liệu B10 so với DO ghi nhận thời gian khoảng 10.000 chu kỳ làm việc động Nhận xét: Động sử dụng nhiên liệu DO sau chuyển sang sử dụng nhiên liệu B10: - Công suất: NDO = 145,5 Hp giảm về: NB10 = 145,3 Hp - Vòng quay: nDO = 1210 v/p giảm về: nB10 = 1206 v/p (hình 7.1, hình 7.2 phụ lục 7) - Nhiệt độ khí xả: TkxDO = 305oC không đổi: TkxB10 = 305oC Động sử dụng nhiên liệu B10 sau chuyển sang sử dụng nhiên liệu DO: - Công suất: NB10 = 145,3 Hp tăng thành: NDO = 145,4 Hp - Vòng quay: nB10 = 1206 v/p tăng thành: nDO = 1214 v/p (hình 7.3 phụ lục 7) - Nhiệt độ khí xả: TkxB10 = 305oC khơng đổi: TkxDO = 305oC Với kết chuyển đổi dầu DO sang B10 trở lại DO, kết thực nghiệm nhận thấy động chuyển sang sử dụng với nhiên liệu B10, cơng suất vịng quay động gần khơng thay đổi (cơng suất thay đổi 0,2 Hp, vịng quay thay đổi 4-8 v/p) Sự sai lệch khơng đáng kể, kết luận thơng số kỹ thuật động gần không thay đổi sử dụng nhiên liệu B10 thay cho DO 4.4.1.2 Kết ghi nhận thời gian khoảng 20.000 chu kỳ làm việc động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO Tương tự trình bày mục 4.4.1.1 gia tăng thời gian ghi nhận để đánh giá công suất động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO (hình 4.13) Trong đó, thời gian ghi nhận liệu cho lần đo mẫu nhiên liệu tăng lên khoảng 20.000 chu kỳ, giá trị công suất nhận cho mẫu nhiên liệu 117 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật hình 4.13 giá trị cơng suất có tần suất xuất nhiều thời gian ghi nhận 145,8 Công suất (Hp) 145,4 145,2 145 144,8 144,6 144,6 144,2 143,9 143,8 143,7 143,8 143,4 143 DO B10 DO B10 DO B10 Nhiên liệu (DO, B10) Hình 4.13 Kết thử nghiệm nhiên liệu B10 so với DO ghi nhận thời gian khoảng 20.000 chu kỳ làm việc động Nhận xét: Động sử dụng nhiên liệu DO sau chuyển sang sử dụng nhiên liệu B10: - Công suất: NDO = 145,2 Hp giảm về: NB10 = 143,9 Hp - Vòng quay: nDO = 1208 v/p giảm về: nB10 = 1201 v/p (hình 7.4, hình 7.5 phụ lục 7) - Nhiệt độ khí xả: TkxDO= 305oC giảm về: TkxB10 = 295oC Động sử dụng nhiên liệu B10 sau chuyển sang sử dụng nhiên liệu DO: - Công suất: NB10 = 143,9 Hp tăng thành: NDO = 144,6 Hp - Vòng quay: nB10 = 1201 v/p tăng thành: nDO = 1211 v/p (hình 7.6 phụ lục 7) - Nhiệt độ khí xả: TkxB10 = 295oC tăng thành: TkxDO = 300oC Với kết chuyển đổi dầu DO sang B10 trở lại DO, kết thực nghiệm nhận thấy chuyển đổi từ nhiên liệu DO sang sử dụng với nhiên liệu B10 thời gian ghi nhận 20.000 chu kỳ, cơng suất, vịng quay nhiệt độ khí xả động giảm xuống so với thời gian ghi nhận 10.000 chu kỳ hai loại nhiên liệu Tuy nhiên, mức độ sụt giảm không nhiều, khoảng 1,5% Sai lệch phần thao tác điều khiển động cơ, phần sai số từ thiết bị đo 118 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 4.4.2 Đánh giá kết thực nghiệm Trong trình sản xuất dòng động hãng khác nhau, việc sử dụng nhiên liệu cho động quan trọng Điều định đến cơng suất, chất lượng tuổi thọ động Việc sử dụng loại nhiên liệu không theo khuyến cáo nhà sản xuất dẫn tới tình trạng ăn mòn chi tiết bên động cơ, tiêu cháy không đảm bảo, không đảm bảo công suất phát động khơng nổ Chính vậy, điều trước tiên q trình thử nghiệm phân tích thành phần hợp chất hóa học loại nhiên liệu có phù hợp với tiêu chuẩn qui định nhiên liệu hay không, điều trình bày nội dung chương Mặc dù thời gian chạy thử nghiệm ngắn, chi tiết tình trạng động kiểm tra sau sử dụng nhiên liệu B10 so với trước sử dụng, đặc biệt hệ thống phun nhiên liệu nhóm piston-xéc măng (trình bày phụ lục 4) Từ kết thực nghiệm cho thấy, động đặc trưng Cummins NTA855 có cơng suất 500Hp sử dụng nhiên liệu Biodiesel B10, thông số cơng tác động hồn tồn tương tự trường hợp động sử dụng nhiên liệu truyền thống Trong đó, chi phí nhiên liệu mẫu nhiên liệu đo theo trường hợp nghi nhận chuyển đổi theo công thức 4.6, suất tiêu hao nhiên liệu xác định theo công thức 4.7 So sánh kết thực nghiệm nhiên liệu B10 nhiên liệu DO để đánh giá thay đổi tiêu cơng tác động trình bày bảng 4.1 Bảng 4.1 Đánh giá thay đổi tiêu công tác động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO Thời Nhiên liệu gian đo DO B10 (chu Công suất, Suất tiêu hao kỳ) Hp(kW) nhiên liệu (g/kW.h) 10.000 145,5 (109,13) 273,80 Công suất, Hp(kW) nhiên liệu (g/kW.h) 145,3 (108,97) 277,17 (giảm so với DO 0,14% ) (tăng so với DO 1,23%) 145,3 (108,97) 277,17 (giảm so với DO 0,07% ) (tăng so với DO 1,15%) 143,9 (107,92) 279,87 (giảm so với DO 0,9% ) (tăng so với DO 1,58% ) 143,9 (107,92) 279,87 (giảm so với DO 0,5%) (tăng so với DO 2% ) 145,4 (109,05) 20.000 274,00 145,2 (108,90) 144,6 (108,45) 275,51 274,38 Suất tiêu hao 119 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Bảng 4.1 cho thấy sụt giảm công suất dẫn đến tăng suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO có độ lệch khơng lớn, từ kết thực nghiệm đánh giá độ tin cậy kết mô thông qua mức độ chênh lệch công suất suất tiêu hao nhiên liệu mà cụ thể thực nghiệm mơ công suất động sử dụng nhiên liệu B10 thấp so với động sử dụng nhiên liệu DO Điều khẳng định việc xây dựng hiệu chỉnh mơ hình mơ chương phù hợp với thực tế 4.5 Kết luận chương Trên sở kết phân tích ảnh hưởng nhiên liệu Biodiesel từ mỡ cá da trơn chương kết nghiên cứu mô từ chương 3, chương thực nội dung sau: (1) Xây dựng quy trình bước vận hành chuyển đổi nhiên liệu DO sang Biodiesel cho loại động thực nghiệm; (2) Tổ chức thực nghiệm thành công loại động Diesel: Cummins NTA855; Yanmar 6S185L-ST; Mitsubishi S3M3D-M15 Trong đó, kết thực nghiệm động Yanmar 6S185L-ST Mitsubishi S3M3D-M15 có tính chất tham khảo cho việc ứng dụng nhiên liệu Biodiesel từ mỡ cá da trơn phương tiện thủy nói chung động Diesel tàu cá nói riêng (phụ lục 2, phụ lục 3) (3) Từ kết thực nghiệm giúp đánh giá kết mô phù hợp với thực tế, điều khẳng định q trình phân tích lý thuyết xây dựng mơ hình, hiệu chỉnh thơng số mơ q trình cháy nhiên liệu Biodiesel từ mỡ cá da trơn tin cậy Về thực nghiệm: suất tiêu hao nhiên liệu B10 tăng so với DO từ 1,15-1,58%, kết mơ có suất tiêu hao nhiên liệu B10 tăng so với DO từ 2,20÷4,60%; công suât nhiên liệu B10 thực nghiệm giảm so với DO từ 0,14-0,9%, kết mô có cơng suất nhiên liệu B10 giảm so với DO từ 1,45÷2,33% Trên sở cho thấy, những nhận định việc sử dụng nhiên liệu B10 thay nhiên liệu DO cho động diesel máy tàu cá có sở khoa học kết mơ phỏng, thực nghiệm có độ tin cậy 120 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Với nội dung đạt được, luận án rút số kết luận sau: - Các động thực nghiệm động thông dụng dùng làm máy tàu cá tỉnh Duyên hải Nam trung làm động cho phương tiện thủy nội địa khu vực ĐBSMK, sở thực tiễn đánh giá phù hợp nhiên liệu Biodiesel từ mỡ cá dùng làm nhiên liệu thay cho động Diesel - Phương pháp hòa trộn nhiên liệu xác định sử dụng nghiên cứu thực nghiệm phù hợp với điều kiện thực tế áp dụng cho động tàu phù hợp với tập quán người dân - Trong trình thử nghiệm, thiết bị đo tiêu công suất lựa chọn thiết bị đại áp dụng phổ biến nước Đây hội giúp luận án tiếp cận công nghệ đo lường điều khiển đại Kết thực nghiệm thu từ thiết bị tin cậy, làm sở để đánh giá đắn khả sử dụng Biodiesel từ mỡ cá cho động Diesel - Kết đạt luận án sở khoa học khẳng định Biodiesel B10 từ mỡ cá da trơn hoàn toàn ứng dụng cho động Diesel Trong suất tiêu hao nhiên liệu B10 tăng so với DO từ 1,15-1,58%; công suât nhiên liệu B10 giảm so với DO từ 0,14-0,9% - Đã thực phân tích xác định số thuộc tính nhiên liệu B5, B10, B100 (biodiesel có nguồn gốc từ mỡ cá da trơn) trung tâm kiểm định đo lường chất lượng TpHCM để phục vụ cho trình nghiên cứu - Luận án sử dụng phần mềm KIVA-3V để xây dựng hiệu chỉnh mơ hình mơ động Cummins NTA 855, dùng để khảo sát ảnh hưởng loại nhiên liệu sử dụng đến số thông số nhiệt động buồng cháy, mức phát thải NOx, PM số thông số công tác động sử dụng B10 - Luận án đánh giá ảnh hưởng B10 đến số thông số vận hành động Cummins NTA 855 thực nghiệm đề xuất công nghệ phối trộn nhiên liệu phù hợp cho máy tàu đánh cá 121 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hướng phát triển: Để vận hành động Diesel dùng làm máy tàu cá với dầu Biodiesel B5 B10, cần thực sau: - Khởi động động với dầu DO - Khi động làm việc vòng quay ổn định, dùng van ba ngả van chặn, chuyển dầu từ DO sang Biodiesel - Quan sát trạng thái làm việc động khí xả, động làm việc bất thường phải chuyển chế độ làm việc từ dầu Biodiesel sang lại DO - Dầu DO sử dụng trường hợp động có cố với hệ thống dầu Biodiesel sử dụng dự phòng an toàn cho động - Khi chuyển đổi van cấp dầu, lưu ý sau khoảng - phút cần chuyển đổi van dầu hồi vị trí tương ứng - Trước dừng động khoảng 15 phút cần chuyển đổi dầu Biodiesel lại dầu DO để làm đường ống, đồng thời đảm bảo an toàn Ma nơ điều động tàu - Kiểm tra tổng quát tình trạng kỹ thuật động sau dừng máy Bên cạnh khuyến nghị việc sử dụng nhiên liệu Biodiesel gốc mỡ cá da trơn, luận án hạn chế chưa đề cập nghiên cứu đến, cần bổ sung làm rõ số vấn đề công trình kế tiếp: - Đánh giá thêm ảnh hưởng nhiên liệu Biodiesel gốc mỡ cá da trơn tỷ lệ pha trộn cao đến công suất động thực nghiệm - Nghiên cứu thực nghiệm xác định hàm lượng khí thải động Diesel sử dụng Biodiesel gốc mỡ cá da trơn - Nghiên cứu ảnh hưởng chế phun nhiên liệu Biodiesel đến tiêu kinh tế, kĩ thuật môi trường động Diesel - Xem xét ảnh hưởng góc phun sớm tối ưu hố hệ thống phun chuyển sang sử dụng B5 B10 nhằm gia tăng công suất cho động 122 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1) H.T Phuoc, P.V Quan, A Study on applying the Catfish Biofuel in The Mekong Delta for The Marine Diesel Engine, the International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, Volume 9, Number 4, December 2015 2) Phan Văn Quân, Hồ Trung Phước, Sổ tay hướng dẫn sử dụng dầu Diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho động Diesel lắp đặt phương tiện thủy nội địa đồng sông mê kông, Nhà xuất Giao thông Vận tải, năm 2015 3) Hồ Trung Phước, Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng nhiên liệu Biodiesel từ mỡ cá đến cơng suất động Diesel Cummins, tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6/2018 4) Hồ Trung Phước, Mơ hình hệ thống hòa trộn cấp nhiên liệu sinh học cho động Diesel tàu cá, Hội nghị Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải lần thứ 4, Trường Đại học Giao thông Vận tai Tp HCM, 2018 5) Hồ Trung Phước, Nghiên cứu mô ảnh hưởng nhiên liệu Biodiesel từ mỡ cá đến công suất phát thải động Diesel Cummins, tạp chí khí việt nam, số 7/2018 123 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, 2007, Các trình sử lý để sản xuất nhiên liệu sạch, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Hội đồng sách khoa học công nghệ quốc gia, Hội thảo phát triển nhiên liệu sinh học hiệu bền vững, Hà Nội ngày 25/9/2009 [3] Nguyễn Hoàng Vũ, Đề tài NCKH & PTCN cấp Nhà nước “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu diesel sinh học (B10 B20) cho phương tiện giới quân sự”, mã số: ĐT.06.12/ NLSH thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 [4] Nguyễn Tuấn Nghĩa, Nghiên cứu ảnh hưởng nhiên liệu diesel sinh học sản xuất Việt Nam đến tính kinh tế - kỹ thuật phát thải động cơ, luận án tiến sĩ, đại học bách khoa hà nội, 2014 [5] Nguyễn Hữu Hường, Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Văn Sỹ, TẬP 12, SỐ 14 – 2009, Nghiên cứu ứng dụng mỡ cá basa làm nhiên liệu cho động diesel, Tạp chí phát triển KH&CN [6] Phạm Hồng Chương, nghiên Cứu đánh giá khả sử dụng biodiesel động diesel MAZDA WL, luận văn thạc sĩ, đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2011 [7] Phan Văn Quân, 2015, Ứng dụng thí điểm dầu mỡ cá da trơn cho phương tiện thủy nội địa lắp động diesel đồng sông Mê Kông, báo cáo tổng kết dự án thuộc chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu, Trường Đại học Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh [8] Phan Đắc Yến, 2015, Nghiên cứu ảnh hưởng nhiên liệu diesel sinh học B10, B20 đến tiêu kinh tế, lượng môi trường động diesel, luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân [9] Trương Vĩnh, Nghiên cứu qui trình cơng nghệ sản xuất biodiesel từ vi tảo Việt Nam, mã Số: B2008 – 12 – 66, báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ, Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, 2012 [10] Trần Thanh Hải Tùng, Lê Anh Tuấn, Phạm Minh Tuấn, nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay động diesel, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 21 – 01/2010 124 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật TIẾNG ANH [11] A.M Liaquat, H.H Masjuki, M.A Kalam, Effect of coconut biodiesel blended fuels on engine performance and emission characteristics, Procedia Engineering 56 ( 2013 ) 583 – 590, elsevier [12] Ahmad Syukri Bin Ahmad Tajuddin, Influences Of Preheat Biodiesel Fuel On Performance And Emissions Characteristic Of Diesel Engine, 2015, A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, Faculty of Mechanical and Manufacturing Engineering Universiti Tun Hussein Onn Malaysia [13] Alan C Hansen, Jinlin Xuea, Tony E Grift, Effect of biodiesel on engine performances and emissions, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) 1098–1116 [14] Breda Kegl , Marko Kegl , Stanislav Pehan, Green Diesel Engines, Springer Science & Business Media , 19; 10, 2013 [15] BBI Biofuels International – Canada, Biodiesel Blending Guild, 2008, 701 – 30 Duke St W.Kitchener, ON, N2H 3W5 [16] Claudia A Pisac, An Experimental Study of Combustion Characteristics of Fatty Acid Methyl Ester Biodiesel, 2014,Submitted to the University of Hertfordshire in partial fulfilment of the requirements of the degree of Doctor of Philosophy [17] Ekrem Buyukkaya, Effects of biodiesel on a DI diesel engine performance, emission and combustion characteristics, Fuel vol 89, pp 3099-3105, 2010 [18] Gisela Montero and Margarita Stoytcheva, Biodiesel - Quality, Emissions and By-Products ISBN 978-953-307-784-0, 392 pages, Publisher: Intech, chapters published November 16, 2011 under CC BY 3.0 license [19] Gowthaman Vijayan, Enzymatic Transesterification Of Fish Oil For The Production Of Biodiesel, 2013, A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy Dalhousie University Halifax, Nova Scotia Open Access JPEE [20] Hasan A M Ali, Vehicle and Engine Biodiesel Investigations, 2011, A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy University of Bath [21] Haiying Li, 2013, CFD Modelling Study of Sprays and Combustion of Gasoline and Dmf In Direct Injection Gasoline Engines, A thesis of Doctor of Philosophy, University of Birmingham Research Archive 125 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật [22] Heywood, J.B, 1998, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, Singapore [23] IEA - International Energy Agency, 2011, Technology Roadmap, Biofuel for Transport OECD/IEA, Paris [24] Jintana Nina Phanthanousy, Creating Standards Compliant Biodiesel Production Capability Using Waste Peanut Oil at Embry-Riddle Aeronautical niversity, 2013, A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, Embry-Riddle Aeronautical University [25] Jedidah W Maina, Ayub N Gitau, Diesel Engine Emissions and Performance Characteristics under Cape Chestnut Biofuel, Journal of Power and Energy Engineering, 2013, 1, 9-14 [26] Jeffrey Rissman and Hallie Kennan, March 2013, Advanced Diesel Internal Combustion Engines, American Energy Innovation Council [27] Kandasamy Muralidharan and Palanisamy Govindarajan, The Effect of Bio-Fuel Blends and Fuel Injection Pressure on Diesel Engine Emission for Sustainable Environment, American Journal of Environmental Sciences (4): 377-382, 2011 ISSN 1553-345X, © 2011 Science Publications [28] K Mollenhauer, H Tschoeke, 2010, Handbook of Diesel Engines, DOI 10.1007/978-3-540-89083-6, Springer - Verlag Berlin Heidelberg [29] Kong, S, Z.Han, R.D.Reitz, 1994, The Development and Application of a Diesel Ignition and Combustion Model for Multidimensional Engine Simulation SAE paper 950278 [30] Kazakov, A., and D.E.Foster, 1998, Modeling of Soot Formation During DI Diesel Combustion Using a Multi - Step Phenomenological Model, SAE paper No 98246 [31] Łukasz Łabęcki, Combustion And Emission Characteristics Of Biofuels In Diesel Engines, 2010, A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, School of Engineering and Design Brunel University United Kingdom [32] Massling, A., Nøjgaard, J K., Wåhlin, P., Jensen, B., Hemmersam, A G., Raahede, C, A (2008), laboratory emission study on biodiesel fuelled low duty engines, Energy and Fuels 20, 1418-1424 126 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật [33] Magı´n Lapuerta_, Octavio Armas, Jose´ Rodrı´guez-Ferna´ ndez, Effect of biodiesel fuels on diesel engine emissions, Progress in Energy and Combustion Science 34 (2008) 198–223, elsevier [34] Mukesh Kumar, Onkar Singh, Study of Biodiesel As A Fuel For Ci Engines And Its Environmental Effects: A Research Review, International Journal of Advances in Engineering & Technology, Jan 2013 ©IJAET ISSN: 2231-1963 [35] Md Mostafuur Rahman, Influences of biodiesel chemical compositions and physical properties on engine exhaust particle emissions, 2015, A thesis by publication submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, Queensland University of Technology (QUT) [36] M Canakci, j H Van gerpen, comparison of engine performance and emissions for petroleum diesel fuel, yellow grease biodiesel, and soybean oil biodiesel, 2013 american society of agricultural engineers issn 0001–2351 [37] Naber J.D, Siebers D.L, 1996, Effects of Gas Density and Vaporization on Penetration and Dispersion of Diesel Sprays, SAE Paper 960034 [38] RolfD ReitZ, 2005, Comparison of Three Soot Models Applied to MultiDimensional Diesel Combustion Simulation, JSME International Journal, Series B.24 [39] S.S Wirawan, A.H Tambunan, M Djamin, and H Nabetani The Effect of Palm Biodiesel Fuel on the Performance and Emission of the Automotive Diesel Engine Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal Manuscript EE 07 005 Vol X April, 2008 [40] S Sinha, A K Agarwal, Experimental investigation of the combustion characteristics of a biodiesel (rice-bran oil methyl ester)-fuelled direct-injection transportation diesel engine, Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, First Published August 1, 2017 [41] Tuan Anh Pham, Ngoc Dung Nguyen, Hong Hai Nguyen, Quoc Trinh Lam, Akihiko AZETSU, Performance, Exhaust Gas Emission and Combustion Characteristics of DI Diesel Engine Fueled with Rubber Seed Oil Methyl Ester, The 3rd ASEAN Smart Grid Congress The 5th International Conference on Sustainable Energy, Viet Nam National University Ho Chi Minh City, Vietnam 2017 127 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật [42] U.S Department of Energy Office of Scientific and Technical Information, (2008), Biodiesel Handling and Use Guide (Fourth Edition) [43] USV Prasad, K.Madhu Murthy, and G.Amba Prasad Rao, Influence of Fuel Injection Parameters of DI Diesel Engine Fuelled With Biodiesel and Diesel Blends, International Conference on Mechanical, Automobile and Robotics Engineering (ICMAR'2012) Penang Malaysia [44] Vern Hofman, Dennis Wiesenborn, professor, Michael Rosendahl and Jason Webster,(2006), Biodiesel Use In Engines, NDSU North Dakota State University [45] Xiangang Wang , Zuohua Huang , Olawole Abiola Kuti , Wu Zhang, Keiya Nishida, An experimental investigation on spray, ignition and combustion characteristics of biodiesels, Proceedings of the Combustion Institute, 2011 elsevier [46] Yuya ozawa, yusuke soma, the application of coconut – oil methyl ester for diesel engine, international journal of automotive engineering (2011) 95-100 [47] Yonwaba Sinuka, Performance Testing Of A Diesel Engine Running On Varying Blends Of Jatropha Oil, Waste Cooking Oil And Diesel Fuel, 2016 Degree of Doctor of Philosophy, Mechanical Engineering, Renewable Energy in the Faculty of Engineering at the Cape Peninsula University of Technology WEBSITE [48] https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/bien-mo-ca-thanh-dau-biodiesel2059548.html [49] https://energy.gov/eere/bioenergy [50] http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/nangluong-tai-tao/ biodiesel.html [51] http://dongcothuy.com/san-pham/dong-co-dung-cho-tau-thuyen.html [52] http://www.sbmar.com/cummins-marine-diesel-engines.php [53] http://www.yanmar.eu [54] http//www.ioop.org.vn/vn/NCTK/Thanh-Tuu-Cua-Vien/Ban-Tin-Khoa-HocCong- ghe/Tinh-Hinh-San-Xuat 128 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật