Ô tô và ô nhiễm môi trường phần 2

Chng C CH HèNH THNH NOX TRONG QU TRèNH CHY CA NG C T TRONG 3.1 Gii thiu NOx l tờn gi chung ca oxyde nit gm cỏc cht NO, NO2 v N2O hỡnh thnh s kt hp gia oxy v nit iu kin nhit cao Cht ụ nhim ny ngy cng c quan tõm v mt s trng hp, nú l cht ụ nhim chớnh lm gii hn tớnh nng k thut ca ng c Tht vy, mt nhng xu hng nõng cao tớnh kinh t ca ng c ngy l ỏp dng k thut ch hũa khớ phõn lp cho ng c lm vic vi hn hp nghốo Trong iu kin ú, NOx l i tng chớnh ca vic x lý ụ nhim Mt khỏc, vic x lý NOx iu kin ú gp nhiu khú khn vỡ b xỳc tỏc ba chc nng ch hot ng cú hiu qu a = Cỏc gii phỏp k thut khỏc nhm hn ch NOx quỏ trỡnh chỏy cng ó c ỏp dng trờn ng c hin i: gii phỏp hi lu khớ x, gii phỏp thay i thi k trựng ip ca gúc phi khớ Vỡ vy, vic hiu bit tng tn c ch hỡnh thnh NOx tỡm bin phỏp hn ch nng ca chỳng quỏ trỡnh chỏy l cn thit Mc phỏt sinh ụ nhim trung bỡnh ca quỏ trỡnh chỏy nhiờn liu hydrocarbure nh sau: Cht ụ nhim NOx Lng phỏt sinh (g/kg nhiờn liu) 20 CO 200 HC 25 B húng 2ữ5 õy l s liu mang tớnh cht trung bỡnh iu kin chỏy ca hn hp cú h s d lng khụng khớ a=1 Tuy nhiờn nhng iu kin chỏy c bit ỏp sut v nhit cao vi h s d lng khụng khớ ln thỡ t l thnh phn cỏc cht ụ nhim cho bng trờn õy thay i theo hng gia tng NOx 3.2 Tỏc hi ca Oxyde Nit 26 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t Oxyde nit cú th phỏt sinh cỏc quỏ trỡnh t nhiờn hay hot ng cụng nghip NOx khớ quyn cỏc quỏ trỡnh t nhiờn sinh c chng 50.107 tn Nú phõn b u trờn mt a cu vi nng khong ữ 10àg/m3, gi l nng nn NOx hot ng ca ngi to ra, trung chớnh vựng thnh th v cỏc khu cụng nghip, chim khong 1/10 lng NOx t nhiờn hin 3.2.1 nh hng ca NOx n sc khe ngi NOx cú th i sõu vo phi ngi ớt hũa tan nc Khi vo c phi, 80% lng NOx b gi li (i vi SO2, c quan ny ch gi li khong 5%) Trong cỏc cht ca NOx, c tớnh ca NO2 cao hn rt nhiu ln so vi NO NOx ch yu quỏ trỡnh chỏy gõy Ngoi cỏc quỏ trỡnh chỏy cụng nghip v gia dng, sinh hot, ngi cũn chu ng nh hng trc tip ca NOx khúi thuc lỏ gõy Tựy theo loi thuc lỏ, hỳt mt iu thuc ngi hỳt ó a vo phi t 100 n 600àg NOx, ú hn 5% l NO2 Vi thuc lỏ nõu thụng thng, trung bỡnh mi iu sinh 350àg NOx Nu ngi hỳt thuc hớt ln, mi ln 2s vi dung tớch 35ml v khong thi gian gia hai ln hớt l 60s, chỳng ta tớnh c nng NOx trung bỡnh l 933ppm theo th tớch ton b khúi thuc Nhng mi ln hớt vo, khúi thuc lỏ hũa tan vo phi cú th tớch 3500ml, ngha l ó lm loóng i 100 ln, nng NOx trung bỡnh phi khong 9,3ppm i vi ngi ch ng hỳt thuc lỏ i vi ngi th ng chu nh hng ca thuc lỏ (ngi hớt khụng khớ khụng gian b ụ nhim bi khúi thuc lỏ) nh hng ny nh nhng cng ỏng k Tớnh trung bỡnh theo s liu trờn õy thỡ mt phũng kớn cú th tớch 50m3, ngi ta hỳt mt gúi 20 iu thuc, thỡ nng NOx phũng t khong 0,1ppm ngi hỳt thi Nu tớnh luụn phn khúi thuc thoỏt gia hai ln hớt, ngi ta c chng nng NOx phũng gp 2ữ5 ln so vi nng trờn õy, ngha l 0,2 ữ 0,5ppm 3.2.2 nh hng ca NOx n thc vt NOx ch nh hng n thc vt nng ca nú ln Ngi ta thy vựng ụ th húa cao, nng NOx t khong 3,93ppm, s quang hp ca thc vt ch gim i 25% Thớ nghim t cõy da leo khụng khớ cú nng NOx 0,75ppm hai thỏng cho thy khụng b nh hng gỡ Nhng thớ nghim khỏc c thc hin trờn c chua v u H Lan t mụi trng khụng khớ nhõn to vi nng NOx cao hn 10 ln so vi nng ca chỳng khụng khớ b ụ nhim nng nht cho thy cỏc loi cõy ny khụng b h hi gỡ nhng nng nit tng cng mụi trng gia tng Cỏc thớ nghim trờn cõy cam trng khụng gian nh kớnh vi iu kin mụi trng khụng khớ nh sau: a Khụng khớ nguyờn thy ni lm thớ nghim b Khụng khớ c lc c Khụng khớ lc + NO2 vi nng mụi trng d Khụng khớ lc + ln nng NO2 mụi trng 27 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t Thớ nghim c tin hnh bng cỏch cõn lỏ rng v trỏi cõy thu hoch c thi gian cho trc trờn mt s cnh xỏc nh Ngi ta thy rng lỏ cõy iu kin c cú khuynh hng rng nhiu hn cõy iu kin b; Lng lỏ rng nhiu nht mụi trng khụng khớ d nhng lng trỏi cõy thu hoch c ti u nht mụi trng c Nhng thớ nghim khỏc c tin hnh bng cỏch t cam mụi trng khụng khớ ụ nhim nng hn, cú nng NO2 t 0,5 n 1ppm, kộo di 35 ngy cho thy lỏ cõy b vng v rng nghiờm trng Vỡ vy thc vt ch b tỏc hi nng NOx ln v thi gian di (2ữ10ppm; 4ữ20àg/m3 nhiu ngy) Oxyde nit khụng gõy tỏc hi n thc vt vi nng ca chỳng hin khớ quyn Ch cú s tham d ca NOx vo cỏc phn ng húa quang mi c xem l nguy him vỡ NOx tỏc dng vi mt s cht khỏc cú mt khụng khớ nhng iu kin nht nh to nhng cht nguy him i vi thc vt Chng hn di tỏc dng ca tia cc tớm mụi trng cú cha hydrocarbure, NOx cú th to nhng hp cht nguy him i vi thc vt gp ngn ln hn so vi chớnh bn thõn NOx 3.2.3 nh hng n quang hp T l gia tng CO2 100 1,6ppm 80 3,2ppm T l gia tng CO2 100 2,5ppm 80 8ppm 60 40 20 60 5,8ppm 9ppm nh hng 40 Phc hi 20 nh hng Phc hi t(s) Hỡnh0 3.2: nh hng ca NO 100 n 200 quang hp t(s) Hỡnh 03.1: nh hng n 100 ca NO200 quang hp Khi nng NOx ln hn 0,5 ữ 0,7ppm chỳng s lm gim s quang hp Hỡnh 3.1 v 3.2 cho thy rng NO v NO2 lm gim s quang hp vi nhiu mc khỏc i vi cựng thi gian tỏc ng S gim quang hp t n trng thỏi cõn bng i vi NO nhanh hn i vi NO2 v sau mụi trng ht ụ nhim, s quay tr li trng thỏi ban u i vi NO nhanh hn i vi NO2 Trong nhng vựng ụ th húa cao (nng NOx t khong 3,93ppm), s quang hp cú th b gim i 25% 3.3 C ch hỡnh thnh Oxyde Nit 3.3.1 C ch hỡnh thnh monoxyde nit Trong h NOx thỡ NO chim t l ln nht NOx ch yu N2 khụng khớ np 28 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t vo ng c to Nhiờn liu xng hay Diesel cha rt ớt nit nờn nh hng ca chỳng n nng NOx khụng ỏng k Nhiờn liu nng s dng ng c tu thy tc thp cú cha khong vi phn nghỡn nit (t l lng) nờn cú th phỏt sinh mt lng nh NOx khớ x S hỡnh thnh NO oxy húa nit khụng khớ cú th c mụ t bi c ch Zeldovich Trong iu kin h s d lng khụng khớ xp x 1, nhng phn ng chớnh to thnh v phõn hy NO l: O + N2 N + O2 N + OH NO + N (3.1) NO + O (3.2) NO + H (3.3) Phn ng (3.3) xy hn hp rt giu NO to thnh mng la v 1,0 3000K sn phm chỏy phớa sau mng la X/Xe Trong ng c, quỏ trỡnh chỏy din iu kin ỏp sut cao, vựng phn ng rt 2800 mng (khong 0,1mm) v thi gian chỏy rt 2600 ngn; thờm vo ú, ỏp sut xilanh tng 0,5 quỏ trỡnh chỏy, iu ny lm nhit 2500 ca b phn khớ chỏy trc cao hn nhit t c sau khu vc mng la nờn i b phn NO hỡnh thnh Hỡnh 3.3: S ph thuc t(ms) khu vc sau mng la 20 nhit 10 nng NO theo S hỡnh thnh NO ph thuc rt mnh vo nhit (hỡnh 3.3) Hỡnh 3.4 cho thy mc tin trin ca phn ng: (3.4) N + O2 NO Phn ng to NO cú tc thp hn nhiu so vi phn ng chỏy Nng NO cng ph thuc mnh vo nng oxy Vỡ vy iu kin nhit cao v nng O2 ln thỡ nng NO sn phm chỏy cng ln 3.3.2 S hỡnh thnh dioxide nit NO2/NO(%) Nng NO2 cú th b qua so vi NO nu tớnh toỏn theo nhit ng hc cõn bng iu kin nhit bỡnh thng ca ngn la Kt qu ny cú th ỏp dng gn ỳng trng hp ng c ỏnh la cng bc i vi ng c Diesel, ngi ta thy cú n 30% NOx di dng NO2 Dioxyde nit NO2 c hỡnh thnh t monoxyde nit NO v cỏc cht trung gian ca sn 30 2000 20 NO + HO NO + OH 2400 10 2800 v/phỳt 29 1000 200 pme(kPa) 400 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t vt chỏy theo phn ng sau: Hỡnh 3.4: Bin thiờn t s NO2/NO theo ti ca ng c Diesel (3.5) Trong iu kin nhit cao, NO2 to thnh cú th phõn gii theo phn ng: NO + O NO + O (3.6) Trong trng hp NO2 sinh ngn la b lm mỏt bi mụi cht cú nhit thp thỡ phn ng (3.6) b khng ch, ngha l NO2 tip tc tn ti sn vt chỏy Vỡ vy ng c xng lm vic kộo di ch khụng ti thỡ nng NO2 khớ x s gia tng Tng t nh vy, ng c Diesel lm vic ch ti thp thỡ phn ng ngc bin i NO2 thnh NO cng b khng ch bi cỏc vựng khụng khớ cú nhit thp Dioxyde nit cng hỡnh thnh trờn ng x tc thi thp v cú s hin din ca oxy Hỡnh 3.4 cho thy bin thiờn ca t l NO2/NOx trờn ng x ng c Diesel theo ch ti T l ny cng cao ti cng thp NO2 l cht c khớ nht h NOx vỡ vy vic t chc tt quỏ trỡnh chỏy gim tc phn ng to thnh v tng tc phn ng phõn gii cht ụ nhim ny cú ý ngha quan trng 3.3.3 S hỡnh thnh protoxyde nit Protoxyde nit N2O ch yu hỡnh thnh t cỏc cht trung gian NH v NCO chỳng tỏc dng vi NO: (3.7) NH + NO N 2O + H NCO + NO N O + CO (3.8) N2O ch yu c hỡnh thnh vựng oxy húa cú nng nguyờn t H cao, m hydrogốne l cht to s phõn hy mnh protoxyde nit theo phn ng: N 2O + H NH + NO N 2O + H N + OH (3.9) (3.10) Chớnh vỡ vy N2O ch chim t l rt thp khớ x ca ng c t (khong ữ 8ppmV) 3.4 Cỏc yu t nh hng n s hỡnh thnh Oxyde Nit 3.4.1 Trng hp ng c ỏnh la cng bc Nhng yu t quan trng nht nh hng n s hỡnh thnh NO l h s d lng khụng khớ ca hn hp, h s khớ sút v gúc ỏnh la sm nh hng ca tớnh cht nhiờn liu n nng NO cú th b qua so vi nh hng ca cỏc yu t ny 30 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t nh hng ca h s d lng khụng khớ Hỡnh 3.5 minh nh hng ca h s d lng khụng khớ n mc phỏt sinh NO Nhit chỏy t giỏ tr cc i tng ng vi h s d lng khụng khớ khong 0,9, ngha l hn hp hi giu Tuy nhiờn iu kin ú nng O2 thp nờn nng NO khụng t giỏ tr ln nht Khi h s d lng khụng khớ tng, nh hng ca s gia tng ỏp sut riờng O2 n nng NO ln hn nh hng ca s gim nhit chỏy nờn NO t giỏ tr cc i ng vi h s d lng khụng khớ khong 1,1 (hn hp hi nghốo) Nu m c ca hn hp tip tc gim thỡ tc ca phn ng to thnh NO cng gim nhit chỏy thp iu y gii thớch s gim nng NOx tng h s d lng khụng khớ nh hng ca h s khớ sút 4000 NO(ppm) 3000 2000 1000 Hỡnh 3.5: NO 1,4 theoa 1,0 nng1,2 0,8Bin thiờn H s d lng khụng khớ Trc chỏy, hn hp xi lanh bao gm khụng khớ, hi nhiờn liu v khớ sút Khớ sút cú mt hn hp l khớ chỏy ca chu trỡnh trc cũn sút li xy lanh hay hi lu khớ x Khi khụng cú s hi lu, lng khớ sút xi lanh ph thuc vo ti, gúc phi khớ v c bit l khong trựng ip gia cỏc soupape thi v np Khi khong trựng ip tng thỡ lng khớ sút tng lm gim nng NO Mt khỏc, lng khớ sút cũn ph thuc vo ch ng c, m c ca hn hp v t s nộn Khớ sút gi vai trũ lm bn hn hp, ú lm gim nhit chỏy dn n s gim nng NOx Tuy nhiờn, h s khớ sút gia tng quỏ ln, ng c s lm vic khụng n nh lm gim tớnh kinh t v tng nng HC Hỡnh 3.6 trỡnh by nh hng ca t l khớ x hi lu n nng NO ng vi cỏc m c khỏc ca hn hp Nng cỏc cht ụ nhim gim mnh theo s gia tng ca t l khớ x hi lu cho n t l ny t 15 ữ 20%, õy l t l khớ sút ln nht chp nhn c i vi ng c lm vic ti cc b Nhit chỏy gim gia tng lng khớ sút hn hp l s gia tng ca nhit dung riờng mụi cht 3000 3000 NO(ppm) NO(ppm) 16 16 2000 2000 A/F=15 A/F=15 1000 1000 17 17 31 10 EGR(%) 20 50 40 20 10 30 Gúc ỏnh la sm Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t Hỡnh 3.6: nh hng ca t l khớ x hi lu n nng NO Hỡnh 3.7: nh hng ca gúc ỏnh la sm n nng NO S gia tng t l khớ sút vt quỏ gii hn cho phộp lm gim cht lng quỏ trỡnh chỏy dn n s chỏy khụng hon ton v ng c lm vic khụng n nh b la Vỡ vy, lung khớ sút ti u cn phi cõn nhc gia s gim nng NO v s gia tng sut tiờu hao nhiờn liu iu ny ch cú th thc hin mt cỏch t ng nh h thng iu khin in t cho phộp iu khin lng khớ x hi lu ti u ng vi mi ch hnh ca ng c nh hng ca gúc ỏnh la sm Gúc ỏnh la sm cú nh hng mnh n s phỏt sinh NO (hỡnh 3.7) Khi tng gúc ỏnh la sm, im bt u chỏy xut hin sm hn chu trỡnh cụng tỏc, ỏp sut cc i xut hin gn CT hn ú giỏ tr ca nú cao hn Vỡ vy, tng gúc ỏnh la sm cng lm tng nhit cc i Mt khỏc, vỡ thi im chỏy bt u sm hn nờn thi gian tn ti ca khớ chỏy nhit cao cng kộo di Hai yu t ny u to iu kin thun li cho s hỡnh thnh NO Túm li, tng gúc ỏnh la sm lm tng nng NO khớ x Trong iu kin hnh bỡnh thng ca ng c, gim gúc ỏnh la 10 cú th lm gim nng NO t 20 ữ 30% cựng ỏp sut cc i ca ng c 3.4.2 Trng hp ng c Diesel Khỏc vi ng c ỏnh la cng bc, c im ca quỏ trỡnh to hn hp khụng ng nht, quỏ trỡnh chỏy ng c Diesel gm hai giai on: giai on chỏy ng nht din sau kỡ chỏy tr v giai on chỏy khuch tỏn S phõn b nhit v thnh phn khớ chỏy khụng gian bung chỏy l khụng ng nht i vi quỏ trỡnh chỏy hũa trn trc, thnh phn hn hp cú th thay i phm vi rng; ú, i vi quỏ trỡnh chỏy khuch tỏn, mng la xut hin nhng khu vc cc b cú thnh phn hn hp gn vi giỏ tr chỏy hon ton lớ thuyt Cng nh trng hp ng c ỏnh la cng bc, nhit cc i l yu t nh hng ln n s hỡnh thnh NO quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel Trong mi loi ng c, sn phm chỏy ca b phn nhiờn liu chỏy trc tiờn chu trỡnh úng vai trũ quan trng nht i vi s hỡnh thnh NO vỡ sau hỡnh thnh, b phn sn phm chỏy ú b nộn lm nhit gia tng ú lm tng nng NO Mt khỏc, quỏ trỡnh chỏy khuch tỏn, bung chỏy ng c Diesel luụn tn ti nhng khu vc hay cỏc tỳi khụng khớ cú nhit thp Nh b phn khụng khớ ny m NO hỡnh thnh bung chỏy ng c Diesel c lm mỏt (gi l s tụi NO) nhanh chúng hn trng hp ng c ỏnh la cng bc v ú NO ớt cú khuynh 32 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t hng b phõn gii hn Cỏc quan sỏt thc nghim cho thy hu ht NO c hỡnh thnh khong 200 gúc quay trc khuu t lỳc bt u chỏy Do ú, gim gúc phun sm, im bt u chỏy lựi gn CT hn, iu kin hỡnh thnh NO cng bt u tr hn v nng ca nú gim nhit cc i thp i vi ng c Diesel c ln, gim gúc phun sm cú th lm gim n 50% nng NO khớ x phm vi gia tng sut tiờu hao nhiờn liu chp nhn c i vi ng c Diesel núi chung, nng NOx tng theo m c trung bỡnh (hỡnh 3.8) Tuy nhiờn nng NOx gim theo m c chm hn trng hp ng c ỏnh la cng bc s phõn b khụng ng nht ca nhiờn liu Trong quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel, m c trung bỡnh ph thuc trc tip vo lng nhiờn liu chu trỡnh Do ú, ch ti ln ngha l ỏp sut cc i cao, nng NO tng ng c Diesel phun giỏn tip, mt b phn nh NO hỡnh thnh bung chỏy chớnh (khong 35%) cũn phn ln c hỡnh thnh bung chỏy d b (khong 65%) Quỏ trỡnh chỏy bung chỏy ph núi chung din iu kin m c trung bỡnh rt ln, tr trng hp ti thp, ú nng NO bung chỏy ny cao Thi gian dnh cho s phõn gii NO hn hp m c ca bung chỏy d b rỳt ngn vỡ sau hỡnh thnh, nú c chuyn sang bung chỏy chớnh v ú, cỏc phn ng phõn gii NO b khng ch vỡ chỳng c hũa trn vi khụng khớ cú nhit thp NO,NOx(ppm) 4000 3000 NOx NO 2000 1000 f Hỡnh 3.8: nh hng m c trung 0,3 0,6 0,7 0,8 0,4 0,5 bỡnh n nng NOx ng c Diesel Hỡnh 3.8 trỡnh by bin thiờn ca nng NOx v NO khớ x theo m c trung bỡnh i vi ng c Diesel phun trc tip, tc 1000v/phỳt v gúc phun sm 270 trc TC Cng nh trng hp ng c ỏnh la cng bc, s hi lu khớ x lm gim NO lm gim nhit khớ chỏy Tuy nhiờn, ng c Diesel nh hng ca khớ x hi lu n NO ph thuc mnh vo ch ti ch ti cao, khớ thi cha nhiu CO2 v hi nc, hn hp cú nhit dung riờng ln, cũn ch ti thp, khớ hi lu ch yu l nit cú nhit dung riờng ng c Diesel tng ỏp, s gia tng ỏp sut dn n s gia tng nhit khớ chỏy, ú lm tng nng NO 3.5 Vớ d tớnh toỏn nng NOx khớ x ng c Diesel 3.5.1 Gii thiu 33 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t Trn y cp n cc phn ng hẩnh thènh NOx Khc với phn lớn cc chất khc có mt sn phm chy, nng ộ NOx ợc khống ch bi ộng hc phn ng vẩ thời gian chúng ểt iu kin cn bng nhit ộng hc xấp x thời gian chy ối với qu trẩnh chy ộng c, cc nhè nghin cu a nhng h phng trẩnh ộng hc phn ng khc m t hẩnh thènh NOx nh m hẩnh Newhall, Annand, Zeldovich Cc yu tố c bn tính ton nng ộ NOx theo cc m hẩnh nèy lè nng ộ cục ca oxy, nhin liu vè nhit ộ chy M hẩnh xc nh cc thng số nèy qu trẩnh chy ca ộng c Diesel lè tèi ci ca cc nhè khoa hc từ nhiu thp k qua Từ lu, m hẩnh khu vực ợc sử dụng nh phng tin tính ton qu trẩnh chy ộng c Diesel M hẩnh nèy gi nh hỗn hợp bung chy lè ng nhất, bỏ qua nh hng ca cc hin tợng l ho vè khuch tn nhin liu - khng khí ngn lửa M hẩnh ó rõ rèng khng cho php xc nh ợc nng ộ NOx M hẩnh a khu vực ợc thit lp nhm khếc phục nhợc im trn Tuy ợc ghi nhn lè bớc tin ng k, nhng m hẩnh nèy tn tểi nhợc im c bn ó lè tốc ộ tiu thụ nhin liu ợc xc nh dựa trn nhng biu thc thực nghim, ó khó có th qut ho cho cc trờng hợp khc ca ộng c Diesel M hẩnh ngn lửa khuch tn lè m hẩnh a khu vực ợc thit lp thời gian gn y tính ton qu trẩnh chy ca ộng c Diesel Tốc ộ tiu thụ nhin liu ợc xc nh dựa trn c s cn bng vt chất ngn lửa rối M hẩnh nèy m trin vng tính ton nng ộ cc chất nhiễm ca qu trẩnh chy ộng c Diesel, c bit lè b hóng vè NOx Phn sau y s giới thiu ví dụ v tính ton hẩnh thènh NOx ộng c Diesel phun gin tip bng m hẩnh khuch tn 3.5.2 M hẩnh tểo NOx Trong trờng hợp y có th xem sn vt chy ca khng khí vè nhin liu hydrocarbure có 12 chất: H2O, H2, OH, H, N2, NO, N, CO2, CO, O2, O, Ar Phn ng hóa hc trờng hợp tng qut ợc vit dới dểng: q m r 78 a (C n H m O r ) + a n + O + N + Ar x i 21 21 i =1 (3.11) Trong ó q lè tng số cc thènh phn sn vt chy vè xi lè thènh phn mol ca chất i sn vt chy Phn lớn cc chất có mt sn phm chy có th xem trểng thi cn bng 34 Chng 3: C ch hỡnh thnh NOx quỏ trỡnh chỏy ca ng c t nhit ộng hc trừ NOx, chất có nng ộ thay i theo thời gian Trong phn trn giới thiu h phng trẩnh Zeldovich Trong ví dụ nèy sử dụng h phng trẩnh y hn ca ANNAND Theo ANNAND, h cc phng trẩnh ộng hc phn ng khống ch hẩnh thènh NOx bao gm phng trẩnh thun nghch sau y: 160 N + NO k f = 3,110 (3.12) 10 exp N + O , T 3125 k f = 6,4.10 T.exp T (3.13) N + OH NO + H , k f = 4,2.1010 (3.14) H + N 2O N + OH , k f = 310 10 exp( 5350 T) (3.15) O + N 2O N + O , 18900 k f = 3,2.1012 exp T (3.16) O + N 2O NO + NO , k f6 = k f5 (3.17) N 2O + M N + O + M , 30500 k f = 1012 exp T (3.18) N + O2 NO + O , Tốc ộ tểo thènh NO tính theo góc quay trục khuu vit dới dểng sau: R1 R6 d ([ NO] V ) V = (1 ) + R1 R6 30 n d 1+ 1+ R2 + R3 R4 + R5 + R7 (3.19) Trong ó:V: Th tích ca phn sn phm chy (cm3); n: Số vòng quay ộng c n (v/ph); : Góc quay trục khuu (ộ); Ri = k fi [ X j ] e ; kfi: lè hng số tốc ộ phn ng j =1 thun th i (i=1ữ7); [Xj]e: nng ộ trểng thi cn bng nhit ộng ca chất tham gia phn ng j phn ng thun th i (mol/cm3); = [NO]p/[NO]e 3.5.3 M hẩnh chy khuch tn ộng c Diesel phun gin tip Trong giai oển chy khuch tn khng gian cc bung chy ca ộng c Diesel PGT ợc chia thènh bốn khu vực nh hẩnh 3.9 vè 3.10 Sau giai oển chy nhanh, nhin liu ợc tip tục phun vèo, khng khí lểi bung chy phụ khuch tn tia phun vè chy khuch tn (khu vực 1) ộ m c trung bẩnh khu vực tng dn vè qu trẩnh chy tểi y kt thúc ộ m c trung bẩnh lớn hn gi tr giới hển trn ca Khu vực nèy bao gm nhin liu cha chy, sn phm chy khu vực 2, ban 35 Chng 4: C ch hỡnh thnh CO v HC quỏ trỡnh chỏy ca ng c t Hỡnh 4.16: Phõn b m c tia phun Diesel Vỡ vy nng HC khớ x v di ca giai on chỏy tr cú quan h mt thit vi nhau, hay núi cỏch khỏc mc phỏt sinh HC cú liờn quan n ch s cetane ca nhiờn liu Nhng thay i iu kin hnh ca ng c lm kộo di thi kỡ chỏy tr s lm gia tng nng HC 4.5.3 Phỏt sinh HC trng hp hn hp quỏ giu Cú hai nguyờn nhõn dn n s phỏt sinh HC hn hp quỏ giu Nguyờn nhõn th nht nhiờn liu ri vũi phun vi tc thp v thi gian phun kộo di Ngun phỏt sinh HC chớnh trng hp ny l khụng gian cht mi vũi phun v s phun rt s úng kim phun khụng dt khoỏt Nguyờn nhõn th hai l s tha nhiờn liu bung chỏy hn hp quỏ m Vo cui giai on phun, l phun (khụng gian cht) mi vũi phun cha y nhiờn liu Trong giai on chỏy v gión n, nhiờn liu c sy núng v mt b phn bc hi thoỏt l phun ( pha lng v hi) v i vo cylindre vi tc thp v hũa trn chm vi khụng khớ, ú chỳng khụng b t chỏy giai on chỏy chớnh ng c phun trc tip, thi gian ca giai on chỏy tr bộ, mc phỏt sinh HC t l vi th tớch khụng gian cht mi vũi phun Tuy nhiờn, khụng phi ton b th tớch nhiờn liu cha khụng gian cht u cú mt khớ x Vớ d 1mm3 khụng gian cht bung chỏy ng c phỏt sinh khong 350ppmC khớ x, ú 1mm3 nhiờn liu cho 1660ppmC S chờnh lch ny l mt b phn hydrocarbure nng tip tc lu li vũi phun v mt b phn hydrocarbure nh b oxy húa thoỏt khụng gian cht Trong ng c cú bung chỏy d b c ch ny cng din tng t nhng vi mc thp hn ng c phun trc tip, hin tng nh khúi en lm gii hn kh nng tng m c trung bỡnh ca hn hp ch ton ti ch ti thp, tc phun v lng nhiờn liu phun vo nh, ú ng lng ca tia phun lm gim lng khụng khớ kộo theo vo tia nờn m c cc b rt cao Trong iu kin quỏ gia tc, hn hp bung chỏy cú th rt m c Trong trng hp ú, dự t l nhiờn liukhụng khớ tng quỏt ton bung chỏy thp nhng m c cc b rt cao giai on gión n v thi Khi m c cc b vt quỏ 0,9 thỡ nng HC s gia tng t ngt nh hng tng t nh vy cng din ng c cú bung chỏy d b Tuy nhiờn c ch ny ch gõy nh hng n nng HC gia tc v nú gõy nh hng n nng HC ớt hn hn hp nghốo ch khụng ti hay ti thp 4.5.4 Phỏt sinh HC tụi ngn la v hn hp khụng t bc chỏy Nh ng c ỏnh la cng bc, s tụi ngn la din gn thnh v ú chớnh l ngun phỏt sinh HC Hin tng ny ph thuc c bit vo khu vc va chm gia tia 54 Chng 4: C ch hỡnh thnh CO v HC quỏ trỡnh chỏy ca ng c t nhiờn liu v thnh bung chỏy S b la dn n s gia tng mnh nng HC him xy i vi ng c lm vic bỡnh thng Nú ch din ng c cú t s nộn thp v phun tr Mt khỏc, s b la cng xy khi ng ng c Diesel trng thỏi ngui vi s hỡnh thnh khúi trng (ch yu l nhng ht nhiờn liu khụng chỏy to thnh) 4.6 Trng hp ng c hai kỡ ỏnh la cng bc Mc dự ngi ta ó nghiờn cu s dng nhiu kt cu ca h thng quột thi nhm hn ch s hũa trn gia khớ chỏy v khớ cha chỏy, c bit i vi ng c hai k dựng b ch hũa khớ, nhng cú mt b phn khớ np mi thoỏt ng x lm tng nng HC, ng thi lm gim cụng sut v tng sut tiờu hao nhiờn liu ca ng c Mt khỏc, lm vic ti cc b, loi ng c ny d b la lm tng HC Hin cú nhiu gii phỏp nhm khc phc nhc im trờn ca ng c k ú cú hai gii phỏp hu hiu nht Gii phỏp th nht l to hn hp khụng ng u khụng gian bung chỏy cho ch cú b phn hn hp nghốo b tht thoỏt ng thi Gii phỏp th hai l phun nhiờn liu vo bung chỏy mt ca thi ó úng Trong trng hp phun nhiờn liu, nng lng cn thit dn ng bm phun nhiờn liu thng c trớch t ng c ú cụng sut ng c b gim i mt ớt Mt khỏc, so vi ng c kỡ, thi gian dnh cho quỏ trỡnh nộn rt ngn (sau úng ca np v ca thi) ú phi phun nhiờn liu tht nhanh vi tc phun ln khin mt b phn nhiờn liu bỏm lờn thnh cylindre lm tng mc phỏt sinh HC khớ x Mt gii phỏp cú nhiu trin vng hn l phun nhiờn liu bng khớ nộn trớch t bung chỏy ng c Lng khụng khớ ny c np vo bung nộn kỡ np v nộn ca ng c v c nộn mnh giai on chỏy v gión n 55 Chng C CH HèNH THNH B HểNG TRONG QU TRèNH CHY CA NG C DIESEL 5.1 Gii thiu: B húng l cht ụ nhim c bit quan trng khớ x ng c Diesel Tuy t lõu ngi ta ó nhn bit c tỏc hi ca chỳng nhng vic nghiờn cu s hỡnh thnh cht ụ nhim ny khớ x ng c Diesel ch mi thc s phỏt trin t nhng nm 1970 da vo nhng thnh tu ca k thut quang hc S nguy him ca b húng i vi sc khe ngi ó c cp n chng Cỏc HAP, k c cỏc nitro-HAP v dinitro-HAP hp th b húng Diesel u cú kh nng gõy t bin t bo v gõy ung th ng hụ hp Ngoi ra, b húng cng cú kh nng gõy ung th da nu nn nhõn tip xỳc thng xuyờn vi chỳng v gõy bnh t mỏu dn n nhng tỏc ng nguy him n h tim mch Trong mụi trng, cỏc ht b húng khụng khớ cú tỏc dng hp th v khuch tỏn ỏnh sỏng mt tri, lm gim sut ca khớ quyn v ú lm gim tm nhỡn So vi nụng thụn, ụ th bc x mt tri o c trờn mt t nh hn khong 15-20% Khi nng b húng khụng khớ t khong 0,1mg/m3 thỡ tm nhỡn xa ch cũn 12km (so vi tm nhỡn xa cc i 36km), nht l cỏc ụ th cú phỏt tỏn tm thp yu v trờn cỏc trc l cú s trung phng tin Diesel gi cao im (nu cú khong 20% xe ti Diesel lung thỡ tm nhỡn gim t 25-30%) iu ny gõy mt an ton giao thụng Ngoi ra, b húng bỏm vo lỏ cõy xanh thỡ kh nng quang hp ca lỏ cõy b gim, lm cõy ci d b hộo cht B húng bỏm vo cỏc cụng trỡnh xõy dng s gõy s n mũn kim loi Quỏ trỡnh chỏy khuch tỏn ng c Diesel rt thun li cho vic hỡnh thnh b húng Tht vy, s chỏy ca ht nhiờn liu lng chỳng dch chuyn bung chỏy cng nh s trung cc b hi nhiờn liu nhng vựng cú nhit cao l nguyờn nhõn chớnh sn sinh b húng B húng khớ x l mt nhng yu t chớnh gii hn kh nng ng dng ca ng c Diesel hin Mc dự cỏc nh khoa hc v cỏc nh sn xut ụ tụ ó quan tõm rt nhiu n vic nghiờn cu ny nhng n ngi ta cha tỡm c mt gii phỏp k thut no hu hiu nhm hn ch nng b húng gii hn cho phộp ca cỏc quy nh v bo v mụi trng Hai hng nghiờn cu chớnh hin l: 1- Ci thin v t chc tt quỏ trỡnh chỏy ng c Diesel 57 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel 2- Lc b húng trờn ng ng x Gii phỏp x lý b húng trờn ng ng x gp rt nhiu khú khn thc t, nht l gii quyt tỏi sinh lừi lc gim tr lc trờn ng thi v vic nõng cao tui th cỏc b lc Vỡ vy, gii phỏp cú tớnh c bn ca b húng ch cú th rỳt c trờn c s nghiờn cu tng tn quỏ trỡnh hỡnh thnh cht ụ nhim ny tỡm cỏch hn ch chỳng t bung chỏy ng c Nghiờn cu s hỡnh thnh b húng bng mụ hỡnh toỏn hc hin ang phỏt trin rt mnh song song vi cỏc nghiờn cu v thc nghim Phng phỏp mụ hỡnh húa cú nhiu u im hn vỡ vic o c cc b bung chỏy rt phc Tt nhiờn, kt qu ca nhng nghiờn cu v thc nghim l khụng th thiu kim chng mụ hỡnh toỏn hc ng c Diesel cho ti l loi ng c t c s dng rng rói nh tớnh kinh t ca nú cao Tuy nhiờn, vi s cnh tranh ca cỏc loi ng c ỏnh la cng bc hin i, vin nh ỏp dng ca loi ng c ny trờn cỏc phng tin ti tng lai ph thuc nhiu vo k thut lm gim nng b húng khớ x 5.2 Hỡnh thnh b húng ngn la khuch tỏn Quỏ trỡnh chỏy khuch tỏc c ỏp dng rng rói cụng nghip vỡ nú an ton Tuy nhiờn c im phõn b nhiờn liu khụng ng nht, vic khng ch quỏ trỡnh chỏy ca nú gp nhiu khú khn hn so vi qua trỡnh chỏy ca hn hp ng nht Cng chớnh vỡ s phõn b hn hp khụng ng nht m sn phm chỏy ca ngn la khuch tỏn luụn tn ti nhng sn phm chỏy khụng hon ton mc dự hn hp tng quỏt rt loóng Trong s nhng sn phm chỏy khụng hon ton ny ngi ta c bit quan tõm n b húng S hỡnh thnh b húng ngn la khuch tỏn trc tiờn ph thuc vo nhiờn liu Nhiờn liu cú thnh phn C cng cao thỡ nng b húng cng ln Hỡnh 5.1 so sỏnh nng b húng o trờn trc ngn la khuch tỏn ca loi nhiờn liu khỏc nhau: butane, propane v mộthane vi cựng iu kin ban u (tc phun 90m/s, ng kớnh l phun 3mm) Nng c biu din thụng qua b dy c trng ca b húng fv.L (L: chiu di quang trỡnh) Chỳng ta thy nng b húng sn phm chỏy ca ngn la butane ln nht v nng ny thp nht ngn la mộthane 58 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel Yu t th hai nh hng n nng b húng l nng nhiờn liu v nng oxygốne Tht vy, s hỡnh thnh b húng ch yu l quỏ trỡnh chỏy khụng hon ton ca nhiờn liu Khi hn hp nghốo v c phõn b ng nht thỡ nng b húng rt bộ, cú th b qua Nng oxygốne nh hng n s oxy húa b húng sau chỳng c hỡnh thnh ú cng nh hng n nng b húng cui cựng cú mt sn phm chỏy Hỡnh 5.2a, b biu din bin thiờn ca nng nhiờn liu v oxygốne theo chiu cao ngn la propane cú tc phun ban u 90m/s v ng kớnh l phun l 3mm Hỡnh 5.1: nh hng ca nhiờn liu n mc phỏt sinh b húng ngn la khuch tỏn a b Hỡnh 5.2: Bin thiờn ca nng nhiờn liu (a) v oxygốne (b) theo chiu cao ngn la khuch tỏn propane 59 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel Hỡnh 5.3: Profil nhit ngn la propane Hỡnh 5.4: Phõn b fv.L ngn la propane Yu t th ba nh hng n s hỡnh thnh b húng l s phõn b nhit ngn la Nhit cao vựng giu nhiờn liu s thun li cho vic hỡnh thnh b húng Ngc li nhit cao vựng tha oxygốne s thun li cho vic oxy húa b húng Nng b húng thoỏt ngn la khuch tỏn l hiu s gia lng b húng hỡnh thnh v lng b húng b oxy húa Hỡnh 5.3 gii thiu profil nhit ngn la khuch tỏn propane nghiờn cu Túm li, nng b húng cú mt khớ chỏy sau thoỏt ngn la khuch tỏn ph thuc vo yu t c bn: thnh phn nhiờn liu, nng nhiờn liu, nng oxygốne v s phõn b nhit ngn la Hỡnh trỡnh by s phõn b nng b húng ngn la khuch tỏn Hỡnh ny cho thy nng b húng t cc i vựng nhit cao v giu nhiờn liu nh hng ca cỏc yu t trờn cú th c minh thụng qua nghiờn cu bin thiờn ng kớnh ht b húng ngn la propane Hỡnh 5.5 biu din bin thiờn ng kớnh ht b húng theo phng hng kớnh ca ngn la Nhng ht b húng cú ng kớnh trung nhng vựng cú nhit v m c u cao Khi tng chiu cao ngn la, v trớ hỡnh thnh b húng dch chuyn xa trc cao x=400mm, im cc tiu ca ng kớnh bin mt v ng kớnh ca ht tng u n t trc ngoi rỡa ngn la Kt qu phõn tớch khớ trờn hỡnh 5.2a cho thy khu vc ny, nng nhiờn liu rt thp khụng iu kin hỡnh thnh cỏc ht b húng mi 60 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel Hỡnh 5.5: Bin thiờn hng kớnh ca ng kớnh ht b húng Hỡnh 5.6: Bin thiờn ng kớnh ht b húng trờn trc ngn la theo chiu cao Do hin tng phỏt trin ht b húng sau hỡnh thnh nờn nhng ht cú ng kớnh ln phõn tỏn ngoi khu vc hỡnh thnh b húng Kt qu thc nghim ny cho thy s hỡnh thnh b húng ũi hi phi cú ng thi hai iu kin c bn ú l nhit cao v hn hp m c Kt lun ny c kim chng bng s bin thiờn ng kớnh ht theo chiu cao ngn la cho trờn hỡnh 5.6 Tht vy, chỳng ta thy ng kớnh ht u tiờn gim theo chiu cao cựng vi s gia tng ca nhit trờn trc ngn la n cao 450mm Khi qua cao ny, nhit ngn la cũn cao nhng nng 61 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel nhiờn liu bt u gim, quỏ trỡnh hỡnh thnh b húng chm dt, ng kớnh ht gia tng hin tng hp th b mt v liờn kt ht 5.3 B húng khớ x ng c Diesel Trong khớ x ng c t trong, ngoi cỏc cht khớ c nh CO, NOx, HnCm, SOx cũn cú cỏc ht rn tn ti dng sau: cỏc ht chỡ ca xng pha chỡ, ht sunphỏt ca cht lu hunh nhiờn liu v ht b húng Khi hot ng bỡnh thng, khớ x ng c xng cú rt ớt b húng Lng b húng ch ỏng k nú lm vic vi hn hp m c Cũn ng c Diesel, quỏ trỡnh chỏy khuch tỏn nh ó phõn tớch trờn õy, b húng l cht ụ nhin c bit quan trng v l thnh phn ch yu tn ti di dng ht rn khớ x Thnh phn ht b húng Ngy nay, ngi ta ó bit rừ b húng bao gm cỏc thnh phn chớnh sau õy: - Carbon: Thnh phn ny ớt nhiu ph thuc vo nhit chỏy v h s d lng khụng khớ trung bỡnh, c bit l ng c hot ng ch y ti hoc quỏ ti - Du bụi trn khụng chỏy: i vi ng c c thnh phn ny chim t l ln Lng du bụi trn b tiờu hao v lng ht b húng cú quan h vi - Nhiờn liu cha chỏy hoc chỏy khụng hon ton: Thnh phn ny ph thuc vo nhit v h s d lng khụng khớ - Sun phỏt: lu hunh nhiờn liu b oxy húa v to thnh SO2 hoc SO4 - Cỏc cht khỏc: lu hunh, calci, st, silicon, chromium, phosphor, cỏc hp cht calci t du bụi trn Thnh phn ht b húng cũn ph thuc vo tớnh cht nhiờn liu, c im ca quỏ trỡnh chỏy, dng ng c cng nh thi hn s dng ca ng c (c hay mi) Thnh phn b húng sn phm chỏy ca nhiờn liu cú thnh phn lu hunh cao khỏc vi thnh phn b húng sn phm chỏy ca nhiờn liu cú hm lng lu hunh thp Hỡnh 5.7 so sỏnh thnh phn b húng ca hai loi nhiờn liu Diesel cú thnh phn lu hunh 0.26% v 0.05% i vi ng c ó qua s dng trờn 10 nm, thnh phn b húng cú cha n 40% du bụi trn khụng chỏy ht nh hỡnh 5.8 62 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel HC 0.007 HC 0.03 H ồt C arbon D u bụi 0.11 trện D u bụi H ồt 0.017 trện 0.10 C arbon 0.043 Sunphỏt 0.008 Sunphỏt 0.06 Nhiờn liu:US-2D Nhiờn liu:"Low SulferFuel" 0.26wt% Sulfer.Nềng ầả bề húng 0.05wt% Sulfer.Nềng ầả bề húng tng cảng:0.30g/HP_h tng cảng:0.075g/HP_h Hỡnh 5.7: Thnh phn ht b húng theo tớnh cht nhiờn liu HC 7% D u bụitrện 40% C htkhỏc 8% Sunphỏt 14% C arbon 31% Hỡnh 5.8: Thnh phn ht b húng ca ng c ó s dng trờn 10 nm Kt qu nghiờn cu thc nghim v s phõn b kớch thc ht cho thy b húng khớ x tn ti di hai dng: dng n v dng tớch t Dng n (gam kớch thc nh) tn ti nhit trờn 5000C dng ny, cỏc ht b húng l s kt hp ca cỏc ht s cp hỡnh cu (mi mt ht s cp hỡnh cu ny cha khong 105-106 nguyờn t carbon) Dng n ny cũn c gi l thnh phn khụng hũa tan ISF (Insoluble Fraction) hay thnh phn rn SOL (Solid) Dng tớch t (gam kớch thc ln) cỏc b húng liờn kt li vi v tn ti nhit thp hn 5000C Cỏc ht b húng ny c bao bc bi cỏc thnh phn hu c nng ngng t v hp th trờn b mt ht: HC cha chỏy, HC b oxy húa (keton, ester, ether, axớt hu c), v cỏc hydrocarbure thm a nhõn HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polynuclộaires) Th tớch t ny cú th cũn cú thờm cỏc ht khỏc nh SO2, NO2, SO4 Nhng ht ny cũn c gi l thnh phn hu c hũa tan SOF 63 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel (Soluble Organic Fraction) Trong khớ x ng c Diesel thnh phn SOF cú th chim t 5%-80% Hỡnh 5.9: Cu trỳc chui b húng Hỡnh 5.10: Dng nhng ht s cp c 0.335nm 0.67nm b a Hỡnh 5.11: Mụ hỡnh cu trỳc dng ht s cp Hỡnh 5.12: Cu trỳc tinh th graphit Cu trỳc ht b húng Hỡnh 5.9 v 5.10 trỡnh by nh chp khuch i ca chui v ht s cp to thnh ht b húng khớ x ng c Diesel Mt cỏch tng quỏt cú th núi ht b húng m ngi ta thng gi hỡnh thnh s liờn kt ca nhiu ht s cp hỡnh cu thnh tng hoc chui Mi ht b húng (khi hay chui) cú th cha n 4000 ht hỡnh cu s cp Cỏc ht s cp cú ng kớnh t 10 n 80nm v i b phn ht nm khong 15-30nm, ng kớnh trung bỡnh ca cỏc ht b húng nm khong 100-150nm, cú lờn n 500-1000nm Cu trỳc tinh th ca ht b húng khớ x ng c Diesel cú dng tng t nh graphit (hỡnh 5.11) nhng ớt u n hn Mi ht s cp hỡnh cu l mt hp khong 1000 mm tinh th, cú dng phin mng c xp ng tõm quanh tõm ca mi ht cu, tng t nh cu trỳc ht carbon en Nhng nguyờn t carbon kt ni vi 64 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel theo cỏc phin lc giỏc phng cỏch 0,34-0,36nm (ch ln hn mt chỳt so vi graphit: 0,33nm) Cỏc phin ny kt hp vi to thnh cỏc mm tinh th (t 2-5 phin) vi cu trỳc ging nh carbon en Nhng mm tinh ny li sp xp li theo cỏc hng song song vi mt ht cu vi kt cu siờu tnh to thnh cỏc ht 5.4 Tỡnh hỡnh nghiờn cu v cỏc quy nh v nng b húng khớ x ng c Diesel hin 5.4.1 Tỡnh hỡnh nghiờn cu b húng Nghiờn cu b húng khớ x ng c Diesel hin trung vo cỏc hng chớnh sau õy: 1- Nghiờn cu s hỡnh thnh b húng bờn bung chỏy ng c Trờn c s hiu bit tng tn quỏ trỡnh hỡnh thnh b húng chỳng ta cú th nghiờn cu t chc quỏ trỡnh chỏy, xỏc nh ch lm vic ti u ca ng c cng nh xỏc nh cht lng nhiờn liu v cỏc cht ph gia chng ụ nhim m bo chỏy sch nhiờn liu, lm gim nng b húng sn phm chỏy Vic nghiờn cu quỏ trỡnh to b húng ng c thng xut phỏt t cỏc mụ hỡnh ngn la khuch tỏn bờn ngoi ng c Theo hng ny cú rt nhiu cụng trỡnh nghiờn cu v mụ hỡnh húa quỏ trỡnh chỏy v to b húng cỏc ngn la khuch tỏn mt pha v hai pha c bit, s phỏt trin ng dng toỏn hc v quỏ trỡnh chỏy ó cho phộp thit lp mụ hỡnh tng quỏt cho nhiu h thng chỏy khỏc t ú cú th mụ hỡnh húa quỏ trỡnh to b húng bờn bung chỏy ng c Diesel Tesner v Magnussen ó a mụ hỡnh to b húng hai giai on Cỏc mụ hỡnh to b húng khỏc cng ó c tng kt cỏc ti liu ca Morel, Kenedy, Lee Tớnh ỳng n ca mụ hỡnh ca Morel v ca Tesner-Magnussen ó c Bựi Vn Ga kim nghim trờn cỏc ngn la ri v khuch tỏn mt pha v hai pha i vi ng c Diesel, mụ hỡnh nhiu khu vc ("multi-zone") da trờn quy lut thc nghim ca khớ kộo theo vo tia nhiờn liu v s phõn b nhiờn liu tia tớnh toỏn nhit trung bỡnh mi khu vc v t ú tớnh toỏn quỏ trỡnh chỏy v to b húng ng c Diesel ó cho phộp xõy dng cỏc phn mm a phng chy trờn cỏc mỏy tớnh mini nh KIVA2, KIVA3 v TURBO-KIVA 2- Nghiờn cu x lý b húng trờn ng x ng c Hng nghiờn cu ny ch yu trung hon thin gii phỏp: - X lý b húng bng k thut lc v tỏi sinh lc - X lý b húng bng b xỳc tỏc oxy húa 65 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel Trong chng chỳng ta s nghiờn cu cỏc gii phỏp ny Tuy cỏc nh khoa hc v cụng ngh ó cú nhiu ci tin v hon thin cỏc b lc nhng cho n cha cú c mt gii phỏp ti u no t hu hiu cho x lý b húng trờn ng x 5.4.2 Cỏc quy nh v nng b húng khớ x ng c Diesel Hin nay, quy trỡnh kim tra tiờu chun ca mi nc ph thuc vo ch hnh ca ụ tụ mt thnh ph m nc ú chn lm tiờu biu Cỏc nc ang phỏt trin thng chn ch th ca nhng nc cụng nghip phỏt trin ỏp dng nc mỡnh vI mt ớt iu chnh cho phự hp vi tỡnh hỡnh thc t T nm 1970, cỏc nc trờn th gii ó thit lp tiờu chun khúi cho cỏc loi xe ti v xe bus Diesel nh cỏc hỡnh 5.13 (Cng ng Chõu u, loi xe cú trng lng ton b trờn 3500kg), hỡnh 5.14 (M, loi xe cú trng lng ton b trờn 3850kg) v hỡnh 5.15 (Nht, loi xe cú trng lng ton b trờn 2500kg) Vit Nam, Nh Nc ó ban hnh cỏc tiờu chun TCVN 5418-91 v TCVN 6438-98 v khúi khớ x ng c Diesel (xem chng 2) 5.5 C ch to b húng bung chỏy ng c Diesel Cỏc nghiờn cu c bn v quỏ trỡnh hỡnh thnh b húng cỏc ngn la v bung chỏy ng c Diesel ó c cp nhiu cỏc ti liu gn õy vi c ch hỡnh thnh ht b húng in hỡnh: ủ ả khúi(g/H P/h) Polyme húa qua acộtylốne v polyacộtylốne Khi to cỏc hydrocarbure thm a nhõn (HAP) Ngng t v graphit húa cỏc cu trỳc HAP To ht qua cỏc tỏc nhõn ion húa v hp thnh cỏc phõn t nng To ht qua cỏc tỏc nhõn trung tớnh v phỏt trin b mt hp thnh cỏc thnh phn nng 0.8 0.6 0.4 0.2 1970 1974 1978 1982 1986 1990 Nổm dĩệng lẻch 66 1994 1998 2002 Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel ủ ả khúi(g/H P/h) Hỡnh 5.13: Tiờu chun chõu u v khúi ca ụ tụ Diesel cỏc mc thi gian khỏc 0.8 0.6 0.4 0.2 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 Nổm dĩệng lẻch Hỡnh 5.14: Tiờu chun ca M v khúi ca ụ tụ Diesel cỏc mc thi gian khỏc ủ ả khúi(g/H P/h) 0.8 0.6 0.4 0.2 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 Nổm dĩệng lẻch Hỡnh 5.15: Tiờu chun Nht Bn v khúi ca ụ tụ Diesel cỏc mc thi gian khỏc Hin ngi ta thng mụ t s hỡnh thnh b húng qua giai on c túm tt trờn hỡnh 5.16 Nhiờn liu+Khụng khớ To ht nhõn Phõn hy nhit Cỏc ht c bn Axờtylen Phỏt trin b mt cỏc ht c bn Oxy húa Cỏc ht b húng ban u Oxy húa Phỏt trin b mt cỏc ht b húng ban u Cỏc ht b húng Hp dớnh Ngng t Phỏt trin b mt Liờn kt ht 67 Oxy húa Chng 5: C ch hỡnh thnh b húng quỏ trỡnh chỏy ca ng c Diesel Hỡnh 5.16: Quỏ trỡnh to b húng ng c Diesel 5.5.1 Hỡnh thnh ht b húng Vt cht ca pha ngng t u tiờn phỏt trin t nhng phõn t nhiờn liu thụng qua cỏc sn phm ca s oxy húa hoc cỏc sn phm phõn hy nhit (pyrolyse) Nhng sn phn ny gm nhng hydrocarbure khụng bóo hũa khỏc nhau, c bit l acộtylốne v cỏc ng v bc cao ca nú, v nhng HAP Hai dng phn t ny c coi nh l nhõn t chớnh s hỡnh thnh b húng Phn ng ngng t ca nhng phõn t th khớ dn n s hỡnh thnh cỏc ht nhõn b húng u tiờn cú ng kớnh rt (d[...]... bẩnh ca hỗn hợp cc số vòng quay 120 0 vòng/phút vè 22 00 vòng/phút trẩnh bèy trn hẩnh 3.13 vè 3.14 Sự ph hợp gia tính ton vè thực nghim cho thấy có th dng h phng trẩnh ộng hc phn ng ca Annand tính ton sự hẩnh thènh NOx trong khí x ộng c Diesel 80 70 60 50 40 30 20 10 0 16.5 NOx Tờnh toaùn NOx Thờ nghióỷm 40 35 30 25 20 15 1000 120 0 1400 1600 1800 20 00 22 00 18 19.5 21 22 .5 24 Sọỳ voỡng quay (v/ph) Goùc... trong s hỡnh thnh b húng Phn ng ngng t ca nhng phõn t th khớ dn n s hỡnh thnh cỏc ht nhõn b húng u tiờn cú ng kớnh rt bộ (d ... NOx khí x ộng c Diesel 80 70 60 50 40 30 20 10 16.5 NOx Tờnh toaùn NOx Thờ nghióỷm 40 35 30 25 20 15 1000 120 0 1400 1600 1800 20 00 22 00 18 19.5 21 22 .5 24 Sọỳ voỡng quay (v/ph) Goùc phun sồùm... cú ng kớnh rt (d