Nghiên cứu xác định thông số cơ bản của bộ gia nhiệt nhiên liệu cho động cơ diesel sử dụng nhiên liệu jatropha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ðẶNG VIỆT DŨNG “NGHIÊN CỨU XÁC ðỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ GIA NHIỆT NHIÊN LIỆU CHO ðỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU JATROPHA” LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ðẶNG VIỆT DŨNG “NGHIÊN CỨU XÁC ðỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ GIA NHIỆT NHIÊN LIỆU CHO ðỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU JATROPHA” CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mà SỐ: 60520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ðẶNG TIẾN HÒA HÀ NỘI - 2013 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng các số liệu và kết quả trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm của luận văn là hoàn toàn trung thực, chưa ñược sử dụng trong bất cứ tài liệu nào. Mọi sự giúp ñỡ cho việc hoàn thành luận văn ñều ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn ðặng Việt Dũng Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñược ñề tài này, Tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ, chỉ bảo tận tình của quý Thầy, Cô giáo trong bộ môn ðộng lực - khoa Cơ ñiện - trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Nhân dịp này, cho phép Tôi ñược gởi lời cảm ơn, lời chúc sức khỏe chân thành nhất ñến quý Thầy, Cô giáo. Tôi xin cảm ơn Thầy PGS.TS ðặng Tiến Hòa, người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp ñỡ Tôi trong suốt quá trình nghiên cứu viết luận văn cũng như trong quá trình thực hiện thí nghiệm cho ñến khi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể khoa Cơ khí ðộng lực trường Cao ñẳng nghề Cơ ñiện Xây dựng Việt Xô cùng Ban Giám Hiệu nhà trường ñã tạo mọi ñiều kiện ñể Tôi hoàn thành khóa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất ñến bạn bè, người thân và gia ñình ñã luôn ñộng viên, giúp ñỡ tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho Tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành ñề tài này. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả ðặng Việt Dũng Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iii MỤC LỤC Trang Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vi Danh mục các bảng x Danh mục các hình xi MỞ ðẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1. ðộng cơ sử dụng nhiêu liệu sinh học 3 1.1.1. ðộng cơ ñốt trong 3 1.1.2. ðộng cơ diesel 4 1.1.3. ðộng cơ diesel sử dụng nhiên liệu sinh học 4 1.2. Nhiên liệu diesel 5 1.2.1. Khái niệm 5 1.2.2. Tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel 6 1.3. Nhiên liệu sinh học 10 1.3.1. Khái niệm 10 1.3.2. Ethanol sinh học 10 1.3.3. Dầu thực vật 11 1.3.3.1. Thành phần hóa học của dầu thực vật 11 1.3.3.2. ðặc tính của dầu thực vật 11 1.3.3.3. Dầu Jatropha 12 1.3.4. Biodiesel 17 1.4. Ô nhiễm môi trường do khí thải ñộng cơ diesel 18 1.4.1. Các chất ñộc hại trong khí thải và tác hại của chúng 18 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iv 1.4.1.1. ðối với sức khỏe con người 18 1.4.1.2. ðối với môi trường 20 1.4.2. Nhiên liệu thay thế nhằm giảm ô nhiễm khí thải 22 1.4.3. Phương pháp sử dụng dầu Jatropha làm nhiên liệu 23 1.4.3.1. ðiều chế thành biodiesel sinh học 23 1.4.3.2. Sử dụng trực tiếp dầu Jatropha 23 1.4.4. Các phương pháp gia nhiệt nhiên liệu 24 1.4.4.1. Gia nhiệt cho nhiên liệu sử dụng khí xả 24 1.4.4.2. Gia nhiệt cho nhiên liệu sử dụng nước nóng từ hệ thống làm mát 25 1.4.4.3. Gia nhiệt cho nhiên liệu sử dụng nguồn ñiện ắc quy 26 1.4.4.4. Lựa chọn phương pháp gia nhiệt cho nhiên liệu 26 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 27 2.1. Thiết bị trao ñổi nhiệt 27 2.1.1. Khái niệm 27 2.1.2. Phân loại thiết bị trao ñổi nhiệt 27 2.1.2.1. Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu vách ngăn 27 2.1.2.2. Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu hồi nhiệt 28 2.1.2.3. Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu ống nhiệt 29 2.1.2.4. Thiết bị trao ñổi nhiệt kiểu hỗn hợp 32 2.2. Tính toán thiết kế thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn hoạt ñộng liên tục 33 2.3. Các yêu cầu chung cho thiết bị trao ñổi nhiệt 44 Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ GIA NHIỆT 45 3.1. Mục ñích thiết kế 45 3.2. Xây dựng mô hình 45 3.2.1. Thông số lựa chọn 45 3.2.2. Thông số tính toán 47 3.3. Tính toán kích thước bộ gia nhiệt 48 3.3.1. Xác ñịnh thông số của khí xả 48 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật v 3.3.2. Xác ñịnh các thông số của hỗn hợp dầu diesel - jatropha 20% 51 3.3.3. Xác ñịnh thông số bộ gia nhiệt 55 Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 62 4.1. Mục ñích khảo nghiệm 62 4.2. Phương án thí nghiệm 62 4.3. Thiết bị thí nghiệm 62 4.4. ðộng cơ và hệ thống tạo tải 65 4.4.1. ðộng cơ dùng khảo nghiệm 65 4.4.2. Hệ thống tạo tải 66 4.4.3. Bộ phận làm mát dầu thủy lực 66 4.5. Nhiên liệu thí nghiệm 66 4.6. Van ñiều chỉnh khí thải 67 4.7. Chuẩn bị và tiến hành thí nghiệm 67 4.7.1. Kiểm tra hệ thống trước khi thí nghiệm 67 4.7.2. Tiến hành thí nghiệm 68 4.7.2.1. Phương án 1. Xác ñịnh nhiệt ñộ hỗn hợp dầu Diesel và Jatropha khi chưa qua bộ gia nhiệt 68 4.7.2.2. Phương án 2. Xác ñịnh nhiệt ñộ hỗn hợp dầu Diesel và Jatropha khi ñi qua bộ gia nhiệt với van ñiều chỉnh khí xả ñóng hoàn toàn 69 4.7.2.3. Phương án 3. Xác ñịnh vị trí của van ñiều chỉnh khí xả và thời gian hỗn hợp dầu Diesel và Jatropha ñạt ñược nhiệt ñộ 80 o C – 90 o C 71 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 73 1. Kết luận 73 2. ðề nghị 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 76 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1) CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tên gọi ðơn vị C Bước của một vòng xoắn mm C p1 Nhiệt dung riêng ñẳng áp của khí xả kJ/kg. o K C p2 Nhiệt dung riêng ñẳng áp của hỗn hợp dầu kJ/kg. o K D ðường kính pittông mm Do Nhiên liệu diesel - d h ðường kính nấm xupáp mm d 1 ðường kính ngoài của ống xoắn ruột gà mm d 2 ðường kính trong của ống xoắn ruột gà mm d 3 ðường kính ngoài của vỏ bộ gia nhiệt mm d 4 ðường kính trong của vỏ bộ gia nhiệt mm d 5 ðường kính ngoài của ống thép ñưa khí xả vào và ra khỏi bộ gia nhiệt mm d 6 ðường kính trong của ống thép ñưa khí xả vào và ra khỏi bộ gia nhiệt mm d 7 ðường kính ngoài của màng lưới bộ gia nhiệt mm d 8 ðường kính trong của màng lưới bộ gia nhiệt mm e Số vòng xoắn vòng g Gia tốc trọng trường m 2 /s g e Suất tiêu hao nhiên liệu có ích Kg/HP.h 2 Gr Tiêu chuẩn Grashoff của hỗn hợp dầu - G 1 Lưu lượng khí xả ñi vào bộ gia nhiệt kg/s G 2 Lưu lượng hỗn hợp dầu ñi vào bộ gia nhiệt kg/s h Chiều cao của vỏ bộ gia nhiệt mm h 1 Chiều cao của màng lưới mm Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vii Ký hiệu Tên gọi ðơn vị h 2 Chiều cao của ống xoắn ruột gà mm i Số xylanh ñộng cơ - k Hệ số truyền nhiệt w/m 2 . o K o k Hệ số truyền nhiệt của vách khi không có bám bụi trên bề mặt ngoài và cặn ñóng bên trong ống w/m 2 . o K l Chiều dài của một vòng xoắn mm L Chiều dài ống xoắn ruột gà trong bộ gia nhiệt mm n Số vòng quay trục khuỷu v/ph Ne Công suất ñộng cơ HP 1 Nu Tiêu chuẩn Nuselt của khí xả - 2 Nu Tiêu chuẩn Nuselt của hỗn hợp dầu - 3 Nu Tiêu chuẩn Nuselt của không khí - Pr 1 Tiêu chuẩn Prandtl của khí xả - Pr 2 Tiêu chuẩn Prandtl của hỗn hợp dầu - Pr 3 Tiêu chuẩn Prandtl của không khí - q Mật ñộ dòng nhiệt truyền qua vách w/m 2 1 Q Nhiệt lượng do khí xả tỏa ra KW Q 2 Nhiệt lượng của hỗn hợp dầu nhận ñược KW Q 3 Nhiệt lượng của khí xả bị thất thoát ra ngoài môi trường qua vỏ bộ gia nhiệt KW 1 Re Tiêu chuẩn Reynolds của khí xả - 2 Re Tiêu chuẩn Reynolds của hỗn hợp dầu - 3 Re Tiêu chuẩn Reynolds của không khí - S Hành trình pittông mm t 1 Nhiệt ñộ trung bình của khí xả o C t 2 Nhiệt ñộ trung bình của của hỗn hợp dầu o C t 3 Nhiệt ñộ của không khí o C Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật viii Ký hiệu Tên gọi ðơn vị t 1 ’ Nhiệt ñộ khí xả ñi vào bộ gia nhiệt o C t 1 ’’ Nhiệt ñộ khí xả ñi ra khỏi bộ gia nhiệt o C t 2 ’ Nhiệt ñộ hỗn hợp dầu ñi vào bộ gia nhiệt o C t 2 ’’ Nhiệt ñộ hỗn hợp dầu ñi ra khỏi bộ gia nhiệt o C w pt Tốc ñộ của pittông m/s w 1 Tốc ñộ của khí xả m/s w 2 Tốc ñộ của hỗn hợp dầu m/s w 3 Tốc ñộ của không khí m/s 1 α Hệ số tỏa nhiệt của khí xả W/m 2 . o K 2 α Hệ số tỏa nhiệt của hỗn hợp dầu W/m 2 . o K 3 α Hệ số tỏa nhiệt của không khí W/m 2 . o K β 2 Hệ số giãn nở thể tích của hỗn hợp dầu 1/ o K 1 δ Bề dầy của ống xoắn ruột gà mm 3 δ Bề dầy của vỏ bộ gia nhiệt mm 4 δ Bề dầy của ñáy và nắp bộ gia nhiệt mm s ε Hệ số ảnh hưởng của bước ống - 2 R ε Hệ số kể ñến ảnh hưởng của ống xoắn ruột gà uốn cong - 2 l ε Hệ số kể ñến ảnh hưởng của chiều dài (L) ống xoắn ruột gà - ϕ ε Hệ số hiệu chỉnh kể ñến ảnh hưởng của góc va ñập - φ Góc phun sớm o ϕ Hệ số bám bẩn bề mặt - λ Hệ số dẫn nhiệt của ống xoắn ruột gà W/m. o K T λ Hệ số dẫn nhiệt của vỏ bộ gia nhiệt W/m. o K λ 1 Hệ số dẫn nhiệt của khí xả W/m. o K λ 2 Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp dầu W/m. o K λ 3 Hệ số dẫn nhiệt của không khí W/m. o K [...]... ñ tài: Nghiên c u xác ñ nh thông s cơ b n c a b gia nhi t nhiên li u cho ñ ng cơ Diezen s d ng nhiên li u jatropha 2 M c ñích nghiên c u Ch t o ñư c b gia nhi t, làm gi m ñ nh t c a d u Jatropha s d ng cho ñ ng cơ Máy nông nghi p Trư ng ð i H c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t 2 Chương 1 T NG QUAN CÁC V N ð NGHIÊN C U 1.1 ð ng cơ s d ng nhiêu li u sinh h c 1.1.1 ð ng cơ ñ t trong... ð ng cơ diesel do ông Rudolf Diesel, k sư ngư i ð c phát minh vào năm 1892, do nh ng ưu ñi m c a nó so v i ñ ng cơ xăng như: hi u su t cao, v i công su t như nhau thì nhiên li u tiêu th trong ñ ng cơ diesel ít hơn ñ ng cơ xăng kho ng 20 ÷ 25% nên ñ ng cơ diesel ñư c s d ng r ng rãi trong nhi u ngành như nông nghi p, công nghi p, giao thông v n t i Trong ñ i s ng hàng ngày, vi c s d ng ñ ng cơ diesel. .. a nhiên li u cho ñ ng cơ diesel giúp hoàn thi n kh năng cháy c a nhiên li u Như v y v i ch s cetan trong kho ng (40÷50) s không nh hư ng nhi u v kh năng ho t ñ ng c a ñ ng cơ diesel - ð nh t ð nh t c a d u Jatropha cao hơn ñáng k so v i nhiên li u diesel, d u Jatropha có ñ nh t 34,35 mm2/s trong khi ñó ñ nh t c a nhiên li u diesel hóa th ch n m trong kho ng (2÷4,5) mm2/s ð nh t cao gây khó khăn cho. .. ng c a nhiên li u diesel (TCVN 5689:2005) 6 B ng 1-2 M i quan h gi a t c ñ ñ ng cơ và ch s cetane 7 B ng 1-3 Tính ch t nhiên li u c a m t s d u th c v t 12 B ng 1-4 K t qu phân tích m u d u Jatropha 13 B ng 1-5 So sánh m t s tính ch t c a nhiên li u diesel và d u Jatropha 14 B ng 1-6 Thông s c a d u diesel sinh h c 18 B ng 3-1 Kích thư c c a b gia nhi t 59 B ng 4-1 Thông s k thu t c a ñ ng cơ D12 65... s d ng nhiên li u không thích h p Tro: có ngu n g c t các ch t ph gia ho c t d u thô, chúng làm mòn nhanh chóng h th ng phun nhiên li u như pittông, xylanh bơm cao áp, … T p ch t cơ h c: T p ch t cơ h c trong nhiên li u có nh hư ng ñ n h th ng phun nhiên li u c a ñ ng cơ diesel m t cách tr c ti p và nghiêm tr ng hơn so v i trư ng h p c a ñ ng cơ xăng Trong h th ng phun nhiên li u c a ñ ng cơ diesel. .. ñ ng cơ pittông là cơ c u tr c khu u - thanh truy n Cơ c u này làm cho c u t o ñ ng cơ ph c t p và còn h n ch kh năng tăng t c c a ñ ng cơ Trư ng ð i H c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t 3 1.1.2 ð ng cơ diesel ð ng cơ diesel là m t lo i ñ ng cơ ñ t trong, quá trình ñ t cháy h n h p ñư c th c hi n bên trong xylanh Khi pittông g n t i ñi m ch t trên cu i kỳ nén, nhiên li u diesel. .. sinh thái Vi t Nam D u ép t h t Jatropha có ưu ñi m tính ch t hoá - lý r t thích h p ñ làm nhiên li u dùng cho các lo i ñ ng cơ Tuy nhiên ñ nh t ña s các lo i d u th c v t cao hơn ñáng k so v i nhiên li u diesel, d u Jatropha có ñ nh t 34,35mm2/s trong khi ñó ñ nh t c a nhiên li u diesel hóa th ch n m trong kho ng (2÷4,5)mm2/s ð nh t cao gây khó khăn cho quá trình cung c p nhiên li u trong bình l c và... i hàm lư ng lưu huỳnh r t th p c a d u Jatropha (0,033%) so v i nhiên li u diesel (0,43%) là ưu ñi m r t l n trong vi c s d ng d u Jatropha ñ h n ch ch t th i ñ c h i vào môi trư ng - Ch s cetane Ch s cetane c a d u Jatropha trong kho ng 40÷50, c a d u diesel 46 Như v y ch s cetane c a d u Jatropha phù h p khi s d ng ñ ng cơ diesel Tuy nhiên, ñ i v i nhiên li u Jatropha, do ñ c ñi m có kh năng t phân... nghi p, trong giao thông v n t i Xu hư ng s d ng ôtô ñ ng cơ diesel phát tri n r t m nh trong tương lai b i có công su t l n, ti t ki m nhiên li u và ít gây ô nhi m môi trư ng Nhi u hãng ñang t p trung phát tri n các lo i ñ ng cơ diesel th h m i có tính thân thi n môi trư ng ñáp ng ñi u ki n kh t khe v tiêu chu n khí th i 1.1.3 ð ng cơ diesel s d ng nhiên li u sinh h c ð ng cơ ñ t trong diesel có k... không phân chia và bu ng ñ t phân chia Theo m t s k t qu nghiên c u ñã công b cho th y ñ ng cơ diesel s d ng nhiên li u sinh h c phù h p là lo i ñ ng cơ diesel có bu ng ñ t phân chia ð ng cơ diesel có bu ng ñ t phân chia g m 2 bu ng cháy: bu ng cháy chính và bu ng cháy xoáy l c, có th s d ng tr c ti p nhiên li u d u th c v t ð t o ra h n h p nhiên li u - không khí ñ ng ñ u c n ph i t o ra chuy n ñ . 1-6. Bộ gia nhiệt nhiên liệu sử dụng khí xả 24 Hình 1-7. Bộ gia nhiệt sử dụng nước làm mát 25 Hình 1-8. Bộ gia nhiệt nhiên liệu sử dụng nguồn ñiện ắc quy 26 Hình 2-1. Bộ gia nhiệt nước cấp cho. BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ðẶNG VIỆT DŨNG “NGHIÊN CỨU XÁC ðỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ GIA NHIỆT NHIÊN LIỆU CHO ðỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU. ñộ nhớt của dầu thực vật. Từ các phân tích trên ñây, tác giả ñề xuất ñề tài: Nghiên cứu xác ñịnh thông số cơ bản của bộ gia nhiệt nhiên liệu cho ñộng cơ Diezen sử dụng nhiên liệu jatropha .