NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THỰC VẬT NGUYÊN CHẤT SỬ DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM HOÀNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THỰC VẬT NGUYÊN CHẤT SỬ DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật Ngành: Kỹ thuật khí động lực; mã số: 62520116 Chuyên ngành: Khai thác, bảo trì tàu thủy HẢI PHÒNG - 2015 Công trình hoàn thành Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lương Công Nhớ PGS.TS Lê Anh Tuấn Phản biện 1: GS.TS Phạm Minh Tuấn Phản biện 2: PGS.TS Hà Quang Minh Phản biện 3: PGS.TS Bùi Hải Triều Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường họp Trường Đại học Hàng hải Việt Nam vào hồi 14 00 phút ngày 30 tháng 12 năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Trường Đại học Hàng hải Việt Nam MỞ ĐẦU Nhiên liệu sinh học dùng cho động đốt trong, thay cho nhiên liệu hóa thạch, xem một những giải pháp quan trọng nhằm giảm phát thải ô nhiễm Các loại nhiên liệu sinh học kể tên bioetanol, biodiesel, biogas, dimetyl ete sinh học, bio-oil100 Trong điều kiện Việt Nam, với mục tiêu hướng tới động sử dụng loại nhiên liệu sinh học có giá thành sản xuất thấp, tiện lợi lĩnh vực nông, lâm nghiệp thủy sản, đề tài “Nghiên cứu cải thiện số tính chất dầu thực vật nguyên chất sử dụng làm nhiên liệu cho động diesel ” cần thiết, có ý nghĩa khoa học mang tính thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Phát triển hoàn thiện giải pháp cải thiện tính chất dầu thực vật nguyên chất (độ nhớt, sức căng bề mặt, tỷ trọng…) - Thiết kế chế tạo hệ thống tận dụng nhiệt khí thải có tích hợp điện để sấy nóng nhiên liệu, đánh giá tác động hệ thống đến tính vận hành phát thải động thử nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Dầu thực vật nguyên chất động diesel D243 lắp máy kéo, tàu sông, tàu đánh cá Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu cải thiện tính chất nhiên liệu độ nhớt, sức căng bề mặt tỷ trọng thông qua một hệ thống sấy nóng tích hợp nhiệt khí xả điện Hệ thống thiết kế, chế tạo, lắp đặt cho động thử nghiệm, đánh giá đối chứng tính phát thải động so với trường hợp động nguyên Ý nghĩa khoa học thực tiễn Về khoa học - Xây dựng sở lý thuyết sử dụng dầu thực vật nguyên chất làm nhiên liệu cho động diesel Xác lập công thức xây dựng thành công đặc tính quan hệ giữa một số tính chất vật lý dầu thực vật nguyên chất với nhiệt độ hâm sấy - Phát triển thành công một phương pháp tận dụng nhiệt khí thải có tích hợp điện nhằm khắc phục yếu điểm độ nhớt cao, tỷ trọng sức căng bề mặt lớn dầu thực vật nguyên chất Về thực tiễn - Đề tài góp phần mở rộng khả đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng cho động diesel - Hệ thống hâm sấy dầu thực vật nguyên chất phát triển luận án tiếp tục hoàn thiện hướng tới ứng dụng cho loại động diesel tĩnh hay tàu thủy cỡ nhỏ Góp phần cải thiện một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động chuyển sang sử dụng dầu thực vật nguyên chất Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt mô Nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu thực nghiệm đối chứng sử dụng để đánh giá tác động việc chuyển sang sử dụng dầu thực vật nguyên chất đến tính động Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tình hình sử dụng dầu thực vật nguyên chất cho động diesel; - Nghiên cứu đặc tính dầu thực vật nguyên chất giải pháp cải thiện đặc tính nhiên liệu nhằm đáp ứng việc sử dụng động diesel truyền thống; - Nghiên cứu tính toán phương án sấy nóng nhiên liệu, thiết kế chế tạo hệ thống tận dụng nhiệt khí thải có tích hợp điện để sấy nóng dầu thực vật nguyên chất hỗ trợ cho trình khởi động lạnh vận hành hiệu động cơ; - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tác động việc cải thiện đặc tính nhiên liệu đến chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế phát thải động cơ; - Nghiên cứu đánh giá khả ứng dụng thiết bị tận dụng nhiệt khí thải sấy nóng dầu thực vật nguyên chất vào thực tiễn Kết cấu luận án: Luận án gồm phần mở đầu, chương nội dung nghiên cứu, phần kết luận kiến nghị Toàn bộ luận án trình bày 164 trang, 46 bảng 62 hình vẽ đồ thị CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhiên liệu dùng cho động diesel Nhiên liệu dùng cho động diesel chia thành nhóm nhiên liệu hóa thạch nhiên liệu thay 1.2 Dầu thực vật nguyên chất 1.2.1 Giới thiệu chung Dầu thực vật nguyên chất có thành phần mono-alkyl este axit béo mạch dài, chưa pha trộn với loại nhiên liệu khác để sử dụng làm nhiên liệu cho động diesel 1.2.2 Tính chất dầu thực vật nguyên chất (VO100) Công thức phân tử VO100 có dạng C27-57 H54-104 O6 có khối lượng phân tử lớn nhiên liệu diesel VO100 có chứa thành phần oxi phân tử, chứa lưu huỳnh hợp chất thơm [40] Tuy nhiên, độ nhớt, khối lượng riêng, sức căng bề mặt VO100 lớn nhiều so với nhiên liệu diesel 1.3 Tình hình sản xuất sử dụng dầu thực vật nguyên chất 1.3.1 Tình hình sản xuất sử dụng giới Tại Châu Âu thường sử dụng dầu hướng dương, dầu bông, dầu hạt cải, dầu đậu nành nước Châu Á Thái Bình Dương thường sử dụng chủ yếu dầu dừa, dầu cọ 1.3.2 Tình hình sản xuất sử dụng Việt Nam Dầu thực vật sử dụng Việt Nam phong phú bao gồm ngô, đậu nành, dầu dừa nguyên liệu thu hoạch những trồng không làm thực phẩm dầu jatropha 1.4 Tổng quan nghiên cứu sử dụng dầu thực vật nguyên chất cho động diesel Để sử dụng dầu thực vật nguyên chất, nghiên cứu chủ yếu sâu vào hướng: Cải tiến động hệ thống: Giải pháp tác động vào kết cấu động hệ thống phục vụ nên thường chỉ thích hợp cho động thiết kế sử dụng [7] Cải thiện tính chất nhiên liệu: Các phương pháp thường sử dụng như: phương pháp pha loãng, nhũ tương hóa, sấy nóng, sử dụng chất phụ gia chuyển đổi thành biodiesel [7,10] 1.5 Kết luận chương Nguồn nguyên liệu sản xuất dầu thực vật đa dạng phong phú sản xuất sử dụng quốc gia vùng lãnh thổ Các công trình nghiên cứu chứng tỏ dầu thực vật trộn với loại nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ, với chất xúc tác phụ gia hay tạo nhũ tương cho kết khả quan mà không cần thay đổi kết cấu động nguyên Các công trình nghiên cứu sử dụng phương pháp sấy nóng phát triển hệ thống sấy nóng – đặc biệt tận dụng lượng khí thải từ động để cải thiện tính chất dầu thực vật nguyên chất nhằm sử dụng trực tiếp động diesel hạn chế chưa hoàn thiện sở lý thuyết để chứng minh cần thiết phải cải thiện tính chất dầu thực vật nguyên chất Từ kiến giải trên, thấy rõ vấn đề nghiên cứu:“Nghiên cứu cải thiện số tính chất dầu thực vật nguyên chất sử dụng làm nhiên liệu cho động diesel” cần thiết CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẢI THIỆN TÍNH CHẤT VẬT LÝ DẦU THỰC VẬT NGUYÊN CHẤT SỬ DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1 Lý thuyết trình phun nhiên liệu động diesel Quá trình hòa trộn hỗn hợp xi lanh gồm giai đoạn: phun nhiên liệu, phân rã chùm tia nhiên liệu, bay hạt nhiên liệu, tương tác giữa hạt nhiên liệu, tương tác giữa nhiên liệu với thành vách xilanh [20,36] 2.1.1 Cơ chế phá vỡ chùm tia phun nhiên liệu lỏng Khi phun nhiên liệu vào buồng cháy, hạt nhiên liệu chịu tác dụng đồng thời lực: lực liên kết giữa phân tử, lực căng mặt ngoài, lực kích động ban lực cản khí động học khí nén buồng cháy [20,36] Quá trình phân rã tiền đề tạo nên phá vỡ chùm tia phun nhiên liệu, chia thành hai trình bản: trình phân rã sơ cấp trình phân rã thứ cấp [36,46] 2.1.1.1 Quá trình phân rã sơ cấp Quá trình phân rã sơ cấp tia phun chia bốn chế: chế nhiễu loạn Rayleigh, chế nhiễu loạn sơ cấp, chế nhiễu loạn thứ cấp chế tán nhỏ hạt hay phun sương 2.1.1.2 Quá trình phân rã thứ cấp Quá trình phân rã thứ cấp xảy sức căng bề mặt giọt nhiên liệu nhỏ, ảnh hưởng đến khả chống biến dạng giọt nhiên liệu Quá trình phân rã thứ cấp giọt nhiên liệu xảy chủ yếu tác động lực khí động nên vận tốc tương đối giọt nhiên liệu với môi trường khí xung quanh đóng một vai trò quan trọng chế phân rã thứ cấp 2.1.2 Cấu trúc thông số hình học tia phun nhiên liệu lỏng 2.1.2.1 Cấu trúc tia phun nhiên liệu lỏng Sự phát tiển chùm tia phun hình dáng chùm tia nhiên liệu phụ thuộc vào thời gian phun, khối lượng riêng, kích thước lỗ phun tính chất vật lý nhiên liệu [8,20]    Lct  AL  l  d  d po  po  0, 48   l l d po     l  0,3  l   k    , 35 2.1.2.2 Các thông số hình học tia phun nhiên liệu lỏng Chiều dài tia phun S: Giới thiệu công thức một số tác giả từ công thức 2.15 đến 2.19 Góc nón chùm tia phun Φ: Giới thiệu công thức một số tác giả từ công thức 2.20 đến 2.23 Đường kính hạt nhiên liệu dSMD, SMD: Giới thiệu công thức một số tác giả từ công thức 2.24 đến 2.26 Chiều dài phân rã Lb: Giới thiệu công thức một số tác giả từ công thức 2.27 đến 2.29 2.1.2.3 Tia phun dầu thực vật nguyên chất Nhóm tác giả [33] đề xuất cấu trúc tia phun dầu thực vật nguyên chất Chiều dài chùm tia (L1/3) tương ứng với trình phân rã sơ cấp, L’ trình phân rã thứ cấp, L trình phun sương Hình 2.1 Cấu trúc chùm tia phun dầu thực vật nguyên chất 2.2 Quá trình hình thành hỗn hợp cháy động diesel 2.2.1 Tương tác nhiên liệu với không khí Kết thực nghiệm cho thấy hạt nhiên liệu có đường kính d bị xé nhỏ điều kiện kωd2/ >10,7 [8,20] 2.2.2 Tương tác nhiên liệu với vách Tùy thuộc vào nhiệt độ vách buồng cháy số lượng chất lỏng đọng lại vách tương tác tia phun - vách có tác động tiêu cực, tích cực 2.2.3 Quá trình cháy Quá trình cháy động diesel phân thành giai đoạn: cháy trễ, cháy hỗn hợp hòa trộn trước, cháy hỗn hợp có kiểm soát cháy rớt Trong trình công tác thực tế từ lúc bắt đầu phun đến lúc kết thúc trình cháy diễn trình lý hóa phức tạp: bay hơi, bốc cháy cháy nhiên liệu, kèm với trình tỏa nhiệt, thay đổi nhiệt độ, áp suất tổn thất nhiệt [8,20] 2.3 Các thuộc tính dầu thực vật nguyên chất theo nhiệt độ 2.3.1 Khối lượng riêng ρ Khối lượng riêng tỉ lệ thuận với khối lượng phân tử khả bay nhiên liệu tỉ lệ nghịch với nhiệt độ [31]: ρ = a – bT 2.3.2 Độ nhớt động học µ Độ nhớt tỉ lệ nghịch với nhiệt độ, một số mô hình tính toán độ nhớt theo nhiệt độ [31,35]: Mô hình hàm mũ  T   A.ebT b Mô hình tổng hợp log   A  T 2.3.3 Sức căng bề mặt σ Sức căng bề mặt lực căng một đơn vị chiều dài, tỉ lệ thuận với độ nhớt, khối lượng riêng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ [40] Mô hình hàm bậc σ = A – B.T P(T ) Mô hình Sudge  1/  M 2.3.4 Nhiệt độ chớp cháy TF Nhiệt độ chớp cháy dầu thực vật nguyên chất có liên hệ với độ nhớt nhiệt độ [37]: TF = A.µ(T)+ B 2.3.5 Đặc tính phun Đặc tính phun nhiên liệu thể qua thông số hình học chùm tia phun, phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu mà chủ yếu khối lượng riêng, độ nhớt sức căng bề mặt nhiên liệu 2.4 Giải pháp sử dụng dầu thực vật nguyên chất làm nhiên liệu cho động diesel 2.4.1 Một số phương pháp sử dụng dầu thực vật nguyên chất Thường sử dụng phương pháp như: pha loãng , nhũ tương hoá, gia nhiệt Ngoài phương pháp trên, sử dụng một số phương pháp khác hâm nhiên liệu ống nhiệt, lượng khí nóng hay kết hợp phương pháp phối trộn hâm sấy, hâm sấy kiểu tích hợp điện - khí xả, điện - nước, điện - nước làm mát 2.4.2 Lựa chọn giải pháp sử dụng trực tiếp dầu thực vật nguyên chất Từ việc phân tích phương pháp hâm sấy nhiên liệu, loại nhiên liệu sử dụng đối tượng mà đề tài hướng tới phương pháp hâm sấy nhiên liệu kiểu tích hợp điện - khí xả phù hợp 2.5 Kết luận chương Các tính chất nhiên liệu khối lượng riêng, độ nhớt hay sức căng bề mặt ảnh hưởng đến phân rã, thông số hình học chùm tia nhiên liệu, thời gian phân rã tỉ lệ nghịch với nhiệt độ hâm sấy Cấu trúc chùm tia phun dầu thực vật nguyên chất tương tự nhiên liệu diesel Quy luật thay đổi áp suất xi lanh động tốc độ tỏa nhiệt theo góc quay trục khuỷu sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống dầu thực vật nguyên chất tương tự hâm nóng dầu thực vật nguyên chất đến nhiệt độ phù hợp Một số thuộc tính dầu thực vật nguyên chất sức căng bề mặt, độ nhớt khối lượng riêng phân tích nhằm thiết lập mối liên hệ toán học với nhiệt độ hâm sấy, làm sở định hướng để tính toán thiết kế chế tạo hệ thống hâm sấy dầu thực vật nguyên chất lượng điện – khí xả CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH THIẾT BỊ HÂM VÀ ÁP DỤNG ĐỂ TÍNH THIẾT BỊ HÂM DẦU DỪA NGUYÊN CHẤT DÙNG CHO ĐỘNG CƠ D243 3.1 Xác định nhiệt độ hâm sấy hợp lý cho dầu thực vật nguyên chất 3.1.1 Xây dựng thuộc tính dầu thực vật nguyên chất theo nhiệt độ Hình 3.1 Mối liên hệ khối lượng riêng, độ nhớt, sức căng bề mặt và nhiệt độ 3.1.2 Mô hình thử nghiệm đặc tính phun Bảng 3.1 Thông số hình học chùm tia phun nhiên liệu nhiệt độ môi trường Thông số Kí Thứ Công DO VO100 hiệu nguyên thức Chiều dài phân rã Lb mm 2.29 66 69 - 71 Chiều dài chùm tia S mm 2.18 207 261 - 280 Tỉ lệ Lb/S ψ 0,32 0,25 - 0,26 Góc nón chùm tia θ độ 2.23 21,5 10 - 12 So với nhiên liệu DO, dầu thực vật nguyên chất có: Lb lớn khoảng 8%; S lớn khoảng 26%, d32 (SMD) lớn khoảng - lần; góc phun θ nhiên liệu DO gấp lần góc phun θ VO100; tỉ lệ Lb/S nhiên liệu DO lớn VO100 khoảng 20% 3.1.2.1 Xây dựng mô hình thử nghiệm Hệ thống thử nghiệm đặc tính phun tác giả chế tạo mô tả hình gồm: một bộ hâm tự động điện cấp nguồn cho điện trở sấy; một thiết bị tạo áp lực một thiết bị đo áp suất phun; vòi phun một lỗ với đường kính lỗ phun D0 = 0,25 mm; một máy ảnh kỹ thuật số với độ phân giải 18 megapixel, tốc độ 120 hình/giây Điều kiện tiến hành thử nghiệm với áp suất phun P = 200 bar áp suất môi trường P = bar Hình 3.2 Sơ đồ bố trí phun thử nghiệm 3.1.2.2 Kết thử nghiệm (a) Chiều dài chùm tia S = 205 mm Góc phun θ = 210 (b) Chiều dài chùm tia S = 268 mm Góc phun θ = 110 Hình 3.3 Đặc tính phun nhiên liệu DO (a) dầu dừa nguyên chất CO100 (b) nhiệt độ 400C Kết phun thử nghiệm nhiệt độ 40 0C (hình 3.3) cho thấy, chiều dài chùm tia phun S CO100 lớn khoảng 23,5% góc phun θ nhỏ khoảng 47,6% so với nhiên liệu DO Kết phun thử nghiệm thay đổi nhiệt độ hâm sấy nhiên liệu CO100 cho hình 3.4 Chiều dài chùm tia S =230 mm Góc phun θ = 160 t = 800C Chiều dài chùm tia S = 220 mm Góc phun θ = 170 t = 900C Chiều dài chùm tia S = 212 mm Góc phun θ = 180 t = 1000C Chiều dài chùm tia S = 208 mm Góc phun θ = 190 t = 1100C Hình 3.4 Đặc tính phun CO100 nhiệt độ khác Bảng 3.2 3.3 cho thấy mức độ ảnh hưởng nhiệt độ hâm sấy đến thông số hình học khác chùm tia phun hình thức phân rã Bảng 3.2 Thông số hình học chùm tia phun nhiên liệu CO100 Dầu dừa nguyên chất CO100 Kí Thứ Thông số hiệu nguyên 800C 900C 1000C 1100C Chiều dài phân rã Lb mm 70,2 68,2 66,8 66,2 Tỉ lệ Lb/S ψ 0,305 0,31 0,315 0,318 Bảng 3.3 Hình thức thời gian phân rã nhiên liệu DO CO100 Nhiên Dầu dừa nguyên chất CO100 Kí Thông số liệu hiệu 800C 900C 1000C 1100C DO Áp suất phun nhiên liệu,bar P 200 Áp suất xilanh thời Pc 40 điểm phun, bar Vận tốc phun, m/s Uph 160 155 156 156,8 157,5 Thời gian phân rã, µs τpr 110 176 157 138 119 Thời gian tương tác khí τe 764 1826 1462 1140 860 động học, µs Hệ số Ohnesorge Oh 0,36 0,17 0,22 0,28 0,34 Hệ số Reynolds Re 11904 3983 6069 8996 10836 Phun Phun Phun Phun sương Nhiễu sương sương sương Cơ chế phân rã hoàn loạn một hoàn hoàn toàn phần toàn toàn 3.1.3 Xác định nhiệt độ hâm sấy hợp lý Các kết tính toán thử nghiệm cho thấy, khoảng nhiệt độ hâm sấy hợp lý đối với nhiên liệu CO100 từ 100oC – 110oC 3.2 Phương pháp tính toán hệ thống hâm sấy dầu thực vật nguyên chất kiểu tích hợp điện – khí xả 3.2.1 Cơ sở tính toán thiết bị tận dụng nhiệt khí xả 3.2.1.1 Tính nhiệt lượng khí xả 3.2.1.2 Tính toán diện tích bề mặt trao nhiệt 3.2.1.3 Tính trở kháng thủy lực dòng khí xả 3.2.1.4 Tính bền thiết bị dụng nhiệt khí xả 3.2.1.5 Tính thông số nhiệt cho nhiên liệu khí xả 3.2.2 Cơ sở tính toán hâm điện Phương trình cân nhiệt theo thời gian dQ1 = dQ2 + dQ3 Pdτ = MCdt + KF ( t − t0 ) dτ Chọn điện áp nguồn cho thiết bị: Chọn điện áp 380V/220V Điều chỉnh công suất thiết bị: dùng phương pháp rơle Tính công suất hữu ích thiết bị Tính toán nhiệt dây đốt tính kích thước dây đốt tròn 3.2.3 Cơ sở tính toán thiết bị phụ 3.2.3.1 Tính chọn bơm 3.2.3.2 Tính toán két dầu thực vật nguyên chất 3.3 Tính toán hệ thống kiểu tích hợp điện – khí xả để hâm sấy dầu dừa nguyên chất sử dụng động D243 3.3.1 Sơ đồ hệ thống hâm sấy nhiên liệu CO100 kiểu tích hợp điện – khí xả Nguyên lý hoạt động hệ thống hâm sau: nhiên liệu CO100 hâm lượng điện đến 80oC động khởi động lạnh, sau động hoạt động, nhiên liệu CO100 tuần hoàn bên thiết bị hâm lượng khí xả một bơm tuần hoàn, nhiên liệu CO100 hâm đến nhiệt độ 100oC Trước cấp vào động cơ, nhiên liệu CO100 qua một bầu lọc có lưới lọc làm kim loại Nhiệt độ cần thiết để hâm nhiên liệu CO100 khoảng 100oC – 110oC Khi nhiệt độ CO100 đạt đến nhiệt độ dải 110oC van by/pass điều chỉnh để toàn bộ lượng khí xả thẳng mà không vào bầu tận dụng nhiệt Độ mở van by/pass bơm tuần Hình 3.5 Mô hình nguyên lý hệ thống hâm điều khiển bộ điều nhiên liệu kiểu tích hợp điện - khí xả khiển 3.3.2 Tính toán hệ thống hâm sấy CO100 kiểu tích hợp điện - khí xả sử dụng động D243 3.3.2.1 Thành phần hóa học dầu dừa nguyên chất: Dầu dừa nguyên chất chứa nhiều loại axit béo như: Caproic, Caprylic, Capric, Lauric… 3.3.2.2 Xác định thông số khí xả: Nhiệt lượng Qkx = 8532W 3.3.2.3 Tính toán, thiết kế thiết bị tận dụng nhiệt khí xả Bảng 3.4 Thông số thiết bị tận dụng nhiệt khí xả TT Các thông số Ký hiệu Thứ nguyên Kết Đường kính ống chứa CO100 d2/d1 mm/mm 12/8 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F m2 0,04 3.3.2.4 Tính toán két nhiên liệu tính chọn bơm 3.3.2.5 Tính toán điện trở sấy Bảng 3.5 Thông số điện trở sấy TT Các thông số Ký hiệu Thứ nguyên Kết d1 mm 18 Điện trở sấy có công suất 1000W l1 mm 245 d2 mm 10 Điện trở sấy có công suất 400W l2 mm 155 3.3.2.6 Tính tổn hao áp suất dòng khí xả qua thiết bị tận dụng nhiệt Tổng trở lực chế độ 100% Ne nhỏ trở lực cho phép 3.3.2.7 Tính bền tận dụng nhiệt khí thải: Thiết bị đủ bền nhiệt 3.3.2.8 Chế tạo lắp đặt hệ thống 3.3.2.9 Kiểm tra hệ thống 10 a, Kiểm tra độ ổn định nhiệt độ nhiên liệu CO100 thử nghiệm Dùng nhiệt kế để kiểm tra, sai số giữa nhiệt kế phải nhỏ 5% b, Kiểm tra thời gian hâm sấy nhiên liệu Bảng 3.6 Thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 từ nhiệt độ 800C đến 1000C Tốc độ (vòng/phút) Tải (%) Kí hiệu Thứ nguyên Kết 75 τ s 1367 1500 100 τ s 1035 3.4 Mô hệ thống hâm nhiên liệu CO100 phần mềm ANSYS FLUENT Giải toán nhiệt phần mềm ANSYS FLUENT đối với dạng kết cấu 2D 3D cần biết mô hình thực đối tượng, thông số vật lý vật liệu, điều kiện ban đầu điều kiện biên cho mô hình 3.4.1 Các tính chất vật lý dòng chảy 3.4.2 Các phương trình truyền nhiệt Phương trình lượng phương trình liên tục 3.4.3 Mô hình mô điều kiện biên Sử dụng phần mềm AutoDesk Inventor dựng mô hình 3D thiết bị tận dụng nhiệt khí xả làm mô hình mô Các thông số kết cấu thiết bị cho phụ lục 2, thông số đầu vào cho phụ lục 3.4.4 Chế độ mô Năng lượng khí xả chỉ tận dụng 10% để hâm CO100 từ 80 oC đến 100oC so với toàn bộ lượng khí xả động làm việc chế độ 75% tải, tốc độ 1500 vòng/phút Bảng 3.7 Thông số nhiệt khí xả vào thiết bị tận dụng nhiệt Chế độ mô Nhiệt rung Lưu Nhiệt Nhiệt độ Lượng nhiên riêng trung lượng lượng tận khí xả vào liệu cấp cho bình khí khí xả dụng từ Tốc một chu Tải thiết bị tận xả Cpkx, Gkx, khí xả độ dụng, C trình gct, kg (%) kJ/kg.K kg/s Qkx, kW (v/p) 10 231 0,0000144 1,103 0,011 0,15 75 440 0,0000578 1,154 0,045 3,06 100 547 0,0000645 1,191 0,049 3,68 10 235 0,0000147 1,103 0,015 0,23 2000 75 448 0,0000596 1,158 0,061 3,96 100 578 0,0000696 1,197 0,069 5,62 3.4.5 Kết quả mô Kết mô nhiệt độ khí xả khỏi thiết bị tận dụng nhiệt khí xả theo đặc tính tải tốc độ 1500 vòng/phút 2000 vòng/phút, lượng khí xả sử dụng cho mô lấy 100% 10% tải, 10% chế độ 75% 100% tải Kết cho bảng 3.8, hình 3.6 hình 3.7 Bảng 3.8 Kết mô nhiệt độ khí xả khỏi thiết bị tận dụng nhiệt 1500 11 Chế độ mô Tốc độ (v/p) Tải (%) 10 1500 75 100 10 2000 75 100 Qkx phục vụ cho mô phỏng, kW Tkx khỏi thiết bị,0C TCO100 khỏi thiết bị, 0C 0,15 0,306 0,368 0,23 0,396 0,562 219 371 476 221 385 498 92 103 105 95 106 108 (a) (b) (c) Hình 3.6 Nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nhiên liệu CO100 vào khỏi thiết bị tận dụng nhiệt chế độ 10% (a),75% (b) 100% tải (c), tốc độ 1500 v/p (a) 12 (b) (c) Hình 3.7 Nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nhiên liệu CO100 vào khỏi thiết bị tận dụng nhiệt chế độ 10% (a),75% (b) 100% tải (c), tốc độ 2000 v/p 3.5 Kết luận chương Tính toán thông số chùm tia phun nhiên liệu DO dầu thực vật nguyên chất Xây dựng đặc tính phụ thuộc giữa một số tính chất vật lý dầu thực vật nguyên chất theo nhiệt độ, qua cho phép xác định khoảng nhiệt độ hâm sấy phù hợp với loại nhiên liệu Đối với dầu dừa nguyên chất, khoảng nhiệt độ phù hợp nằm khoảng 100 – 1100C Thiết kế chế tạo thành công hệ thống hâm sấy dầu dừa nguyên chất sử dụng làm nhiên liệu cho động diesel D243 Kết mô hệ thống sau tính toán thiết kế cho thấy, sai số nhiệt độ dầu dừa nguyên chất sau hâm sấy từ 3% - 8% CHƯƠNG THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ 4.1 Mục đích phạm vi thử nghiệm 4.1.1 Mục đích thử nghiệm Đánh giá khả làm việc động sử dụng nhiên liệu CO100 Đánh giá khả tận dụng nhiệt khí thải vào mục đích hâm sấy nhiên liệu so với việc tính toán lý thuyết Xác định nhiệt độ hâm sấy hợp lý cho CO100 So sánh đối chứng hàm lượng phát thải, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật động sử dụng loại nhiên liệu DO nhiên liệu CO100 4.1.2 Phạm vi thử nghiệm Thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ hâm sấy nhiên liệu CO100 đến chỉ tiêu kinh tế phát thải động so sánh đối chứng với nhiên liệu DO 4.2 Đối tượng thử nghiệm Nhiên liệu CO100 hâm sấy từ nhiệt độ 80 oC đến 120oC nhiên liệu DO tiến hành thử nghiệm động diesel D243 4.3 Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm 13 Lượng không khí thực tế cấp cho động cơ, B (kg/kgnl) 4.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Hệ thống bố trí băng thử động lực học cao ETB Phòng thí nghiệm Động đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 4.3.2 Thiết bị thử nghiệm 4.3.2.1 Hệ thống hâm sấy nhiên liệu CO100 kiểu tích hợp điện - khí xả Hệ thống hâm sấy nhiên liệu CO100 kiểu tích hợp điện – khí xả tác giả thiết kế chế tạo gồm: Thiết bị hâm sấy điện gồm: 04 điện trở sấy loại 400W 02 điện trở sấy loại 1000W Thiết bị tận dụng nhiệt khí xả gồm: 01 xiphong giãn nở, thiết bị tận dụng nhiệt khí xả kiểu ống trơn Thiết bị phục vụ gồm: 01 bầu lọc có lưới kim loại 01 bơm tuần hoàn 4.3.2.2 Thiết bị băng thử nghiệm động cơ: Băng thử trang bị thiết bị phụ trợ trình bày phụ lục 4.4 Điều kiện quy trình thử nghiệm 4.4.1 Điều kiện thử nghiệm Nhiên liệu dùng cho động kể khởi động lạnh nhiên liệu CO100, sử dụng trực tiếp động D243, thông kết cấu động hệ thống phục vụ giữ nguyên 4.4.2 Quy trình thử nghiệm Ngắt hệ thống cung cấp nhiên liệu DO nối đường cấp nhiên liệu CO100 vào trước bơm cao áp động D243 Đo chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động D243 với nhiên liệu CO100 nhiệt độ hâm sấy khác chế độ đặc tính tải đặc tính Mỗi điểm đo thực 03 lần lấy kết trung bình 4.5 Kết quả thử nghiệm thảo luận 4.5.1 Lượng không khí thực tế cấp cho động cơ, B(kg/kgnl) B_DO B_CO100_t80 18 Lượng không khí thực tế cấp B_CO100_t100 B_CO100_t120 cho động đánh giá lượng không khí nạp cần thiết để đốt cháy nhiên liệu 14 điều kiện khai thác bình thường động cơ, ảnh hưởng đến chất 10 lượng hình thành hỗn hợp cháy đặc tính phát thải.Lượng không khí thực tế 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 cấp cho động sử dụng Tốc độ quay (vòng/phút) CO100_t80, CO100_t100 Hình 4.1 Lượng không khí thực tế CO100_t120 giảm so với trường hợp cấp cho động chế độ 100% tải sử dụng nhiên liệu DO tương ứng với đặc tính khoảng từ 16,00%-17,52%, từ 12,00%-15,33% từ 14,00%-16,79%; 4.5.2 Nhiệt độ khí xả, tkx (0C) Nhiệt độ khí xả một những thông số đánh giá chất lượng trình cháy động Nhiệt độ khí xả động đường đặc tính chế độ 100% tải với nhiên liệu CO100 cho bảng 4.1 Bảng 4.1 Giá trị nhiệt độ khí xả khỏi động khỏi thiết bị tận dụng nhiệt theo đường đặc tính động sử dụng nhiên liệu CO100 14 Dầu dừa nguyên chất (CO100) Nhiệt độ khí xả khỏi Nhiệt độ khí xả khỏi thiết Đặc tính động cơ, oC bị tận dụng nhiệt, oC 800C 1000C 1200C 800C 1000C 1200C 1000 377 358 348 Khí xả 321 313 1200 529 510 500 không 442 439 1400 554 531 518 vào 468 459 100% tải 1500 568 547 533 thiết bị 484 478 tận 1600 580 557 545 490 482 dụng 1800 590 568 550 504 496 nhiệt 2000 596 578 560 510 502 Nhiệt độ khí xả khỏi thiết bị tận dụng nhiệt 10% tải tốc độ 1500 vòng/phút 2000 vòng/phút lớn nhiệt độ điểm sương Nhiệt lượng khí xả động sử dụng nhiên liệu CO100_t100 cao sử dụng nhiên liệu CO100_t120 khoảng từ 5% đến 20% 4.5.3 Mômen động cơ, M e (N.m) Me_DO Me_CO100_t80 Xét dải nhiệt độ sấy nóng Me_CO100_t100 Me_CO100_t120 300 0 từ 80 C đến 120 C, mức độ sấy nóng 280 cao giá trị mômen động có xu hướng giảm.Trong toàn dải tốc độ, 260 tương ứng với nhiệt độ sấy nóng 240 CO100 800C, 1000C 1200C, 220 mômen động giảm so với 200 trường hợp sử dụng nhiên liệu DO lần 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 lượt khoảng từ 6,61%-11,59%, Tốc độ quay (vòng/phút) từ 7,14%-14,44% từ 10,31%Hình 4.2 Đặc tính mômen 15,14% động chế độ 100% tải 4.5.4 Công suất động cơ, Ne (kW) DO CO_t80 CO_t100 CO_t120 Trong dải nhiệt độ sấy nóng từ 60 800C đến 1200C, mức độ sấy nóng cao 55 giá trị công suất động có xu 50 45 hướng giảm, nhiên khác 40 công suất sử dụng nhiên liệu 35 30 CO100 dải nhiệt độ hâm sấy 25 không lớn, khoảng 2,5% - 4% Trên 20 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 toàn dải tốc độ, tương ứng với nhiên Tốc độ quay (vòng/phút)) liệu CO100_t80, CO100_t100 Hình 4.3 Đặc tính công suất CO100_t120 , công suất động động chế độ 100% tải giảm so với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO khoảng từ 7,73%-12,02%, từ 8,87%-13,41% từ 10,29%-15,23% 4.5.5 Suất tiêu hao nhiên liệu, ge (g/kW.h) Công suất, Ne (kW) Mômen, Me (N.m) Tốc độ (v/p) 15 Hàm lượng phát thải NOx (ppm) Hàm lượng phát thải CO(ppm) Suất tiêu hao nhiên liệu, ge (g/kW.h) Trong khoảng nhiệt độ hâm sấy, ge_DO ge_CO100_t80 400 ge_CO100_t100 ge_CO100_t120 suất tiêu hao nhiên liệu CO100_t100 360 đạt giá trị nhỏ CO100_t80 320 lớn Suất tiêu hao nhiên liệu 280 động ge , theo đặc tính chế 240 độ 100% tải, sử dụng nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 200 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 CO100_t120 tăng so với trường hợp sử Tốc độ quay(vòng/phút) dụng nhiên liệu DO tương ứng Hình 4.4 Suất tiêu hao nhiên liệu khoảng từ 16,08%-26,45%, từ 14,68%của động 100% tải 24,83% từ 15,73%-25,64% Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu tăng so với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO tương ứng vòng quay 1500 vòng/phút khoảng từ 14,29%-30,18%, từ 11,66%-26,31% từ 12,79%-28,09% Tại vòng quay 2000 vòng/phút tăng khoảng từ 13,98%27,18%, từ 10,88%-20,84% từ 11,98%-24,01% 4.5.6 Đặc tính phát thải 4.5.6.1 Phát thải CO Thông số quan trọng CO_DO CO_CO100_t80 CO_CO100_t100 CO_CO100_t120 động ảnh hưởng đến phát thải CO 4,000 3,500 tỷ lệ tương đương giữa nhiên liệu – 3,000 không khí, những thông số khác chỉ 2,500 2,000 những yếu tố ảnh hưởng thứ yếu Hàm 1,500 lượng phát thải CO động sử 1,000 500 dụng nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 CO100_t120 tăng so 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Tốc độ quay (vòng/phút) với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO tương ứng khoảng từ 59,92%Hình 4.5 Đặc tính phát thải CO 113,29%, từ 6,73%-53,85% từ chế độ 100% tải 27,39%-78,06%; tính trung bình, hàm lượng phát thải CO tăng 77,57%; 22,02% 40,90% 4.5.6.2 Phát thải NOx NOx_DO NOx_CO100_t80 Hàm lượng phát thải NOx NOx_CO100_t100 NOx_CO100_t120 động sử dụng nhiên liệu DO lớn 1200 so với sử dụng nhiên liệu 1100 1000 CO100_t80, CO100_t100,CO100_t120 900 tương ứng 21,62% - 24,47%, từ 800 7,27%-10,35% từ 15,38%-16,90% 700 Tương tự, hàm lượng phát thải NOx 600 giảm so với trường hợp sử dụng nhiên 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Tốc độ quay (vòng/phút) liệu DO tương ứng với đặc tính tải vòng quay 1500 vòng/phút Hình 4.6 Đặc tính phát thải NOx khoảng từ 23,51%-43,48%, từ chế độ 100% tải 16 17 Lượng nhiên liệu lại, Gnl (kg) Nhiệt độ nhiên liệu CO100_t100, Tnl (oC) Chỉ số phát thải khói (BN) Hàm lượng phát thải HC (ppm) 8,44%-22,61%, từ 16,35%-29,27% Còn vòng quay 2000 vòng/phút giảm khoảng từ 31,25%-53,64%, từ 8,36%-18,74% từ 16,90%-29,84% 4.5.6.3 Phát thải HC HC_DO HC_CO100_t80 Hàm lượng phát thải HC HC_CO100_t100 HC_CO100_t120 động sử dụng nhiên liệu CO100 600 cao sử dụng nhiên liệu DO 500 tất chế độ vòng quay Tính 400 trung bình toàn dải, hàm lượng 300 phát thải HC động sử dụng 200 nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 100 CO100_t120 tăng so với trường hợp sử 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Tốc độ quay(vòng/phút) dụng nhiên liệu DO Hình 4.7 Đặc tính phát thải HC 37,28%; 10,43% 21,71% chế độ 100% tải 4.5.6.4 Phát thải khói Smoke_DO Smoke_CO100_t80 Trong dải nhiệt độ hâm sấy từ 10 Smoke_CO100_t100 Smoke_CO100_t120 800C đến 1200C nhiên liệu CO100, chỉ số phát thải khói khí xả động sử dụng CO100_t100 nhỏ nhất, CO100_t80 lớn Xét toàn dải tốc độ động cơ, chỉ số phát thải khói sử dụng nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 CO100_t120 nhỏ so với sử Tốc độ quay (vòng/phút) dụng nhiên liệu DO tương ứng Hình 4.8 Đặc tính phát thải khói 23,51%-52,56%, từ 40,03%-62,01% chế độ 100% tải từ 34,38%-57,87%; 4.5.7 Thời điểm bổ sung nhiên liệu Lượng nhiên liệu lại Gnl, Tnl 114 44 bầu hâm thay đổi nhiệt độ 112 42 nhiên liệu chế độ vận hành động 110 40 108 phục vụ cho việc tính toán, thiết kế 106 38 thể hình 4.9 104 36 Mối liên hệ giữa lượng nhiên liệu 102 100 34 CO100 lại bầu hâm ΔG (kg) 400 800 1200 1600 nhiệt độ nhiên liệu Tnl (oC) theo thời Thời gian, τ (s) Tnl_CO100_t100 Gnl_CO100_t100 gian τ (s) biểu diễn biểu thức: Hình 4.9 Đồ thị thay đổi lượng ΔG = 43 – 0,0057.τ nhiên liệu nhiệt độ theo thời gian Tnl = 100 + 0,0083.τ chế độ 75% tải, 1500 vòng/phút Như vậy, sau thời gian khoảng 1200s cần bổ sung nhiên liệu CO100 động hoạt động chế độ 75% tải 1500 vòng/phút 4.6 So sánh kết quả mô kết quả thực nghiệm hệ thống cải thiện tính chất nhiên liệu CO100 4.6.1 Nhiệt độ khí xả khỏi thiết bị tận dụng nhiệt Bảng 4.3 Giá trị nhiệt độ khí xả (0C) khỏi thiết bị tận dụng nhiệt khí xả CO100_t100 Nhiên liệu Nhiệt độ khí xả khỏi Sai số Nhiệt độ khí thiết bị tận dụng xả vào thiết Tốc độ Tải Mô Thực Sai số bị tận dụng (vòng/phút) (%) (MP) nghiệm (TN) MP/TN 10 231 219 222 1,1% 1500 75 440 371 376 1,3% 100 547 476 484 1,7% 10 235 221 226 2,2% 2000 75 448 385 390 1,3% 100 578 498 510 2,4% Sai số nhiệt độ khí xả khỏi thiết bị tận dụng nhiệt giữa mô thực nghiệm cao 2,4% Đây mức chênh lệch phù hợp đối với mô hình mô phần mềm ANSYS FLUENT 4.6.2 Thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 Bảng 4.4 Thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 (giây) Dầu dừa nguyên chất CO100 hâm sấy từ nhiệt độ 800C đến 1000C Nhiên liệu Kết Tốc độ (vòng/phút) Tải (%) Lý thuyết Thực nghiệm Sai số 75 1367 1200 12,2% 1500 100 1035 900 13,0% Sai số giữa thời gian hâm thực tế lý thuyết 12,2% chế độ 75% tải 13,0% chế độ 100% tải 4.7 Kết luận chương Dầu dừa nguyên chất CO100 sấy nóng nhiệt độ khác (800C, 1000C, 1200C) trước cung cấp cho động Các kết thử nghiệm đối chứng với nhiên liệu DO động D243 với đặc tính đặc tính tải động cho thấy: - Tính trung bình toàn dải tốc độ, lượng không khí thực tế cấp cho động làm việc theo đặc tính chế độ 100% tải sử dụng nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 CO100_t120 giảm so với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO tương ứng 16,98%; 13,02% 15,00%; giá trị trung bình mômen tương ứng 9,72%; 11,24% 12,90%; công suất trung bình động giảm tương ứng 10,18%; 11,27% 12,67% - Nhiệt độ khí xả động sử dụng CO100_t80 cao - Tính trung bình toàn dải tốc độ, hàm lượng phát thải CO động sử dụng nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 CO100_t120 tăng so với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO 77,57%; 22,02% 40,90% 18 Hàm lượng phát thải HC tăng tương ứng 30,77%; 4,77% 14,57% - Tính trung bình, hàm lượng phát thải NOx động theo đặc tính chế độ 100% tải sử dụng nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 CO100_t120 giảm so với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO 23,38%; 8,38% 16,16%; chỉ số phát thải khói giảm 33,15%; 48,23% 43,62% so với nhiên liệu DO So sánh kết giữa tính toán lý thuyết, mô thực nghiệm cho thấy sai số tương đối nhỏ, cụ thể là: - Sai số nhiệt độ khí xả khỏi thiết bị tận dụng nhiệt giữa mô thực nghiệm nằm khoảng từ 1% - 3% - Sai số thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 giữa lý thuyết thực nghiệm nằm khoảng 12% - 14% KẾT LUẬN CHUNG Luận án xây dựng sở lý thuyết cải thiện tính chất dầu thực vật nguyên chất phương pháp gia nhiệt nhằm đáp ứng việc sử dụng trực tiếp động diesel Đã tính toán thiết kế chế tạo thành công hệ thống cải thiện tính chất dầu dừa nguyên chất (CO100) phương pháp hâm sấy nhờ nhiệt khí thải sấy điện, sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT để tính toán một số thông số nhiệt động đặc trưng sử dụng CO100 hâm sấy động diesel, áp dụng cụ thể cho động diesel D243 Từ kết tính toán lý thuyết, mô thử nghiệm cho thấy: khoảng nhiệt độ tối ưu cần hâm sấy CO100 nhằm đạt độ nhớt, sức căng bề mặt tỷ trọng tương đương với nhiên liệu DO 1000C đến 1100C Xây dựng thành công đặc tính phụ thuộc giữa độ nhớt, khối lượng riêng sức căng bề mặt với nhiệt độ hâm sấy Kết thử nghiệm động sử dụng CO100 cải thiện tính chất nhờ biện pháp hâm sấy cho thấy nhiệt độ hâm sấy phù hợp 100 0C Tại nhiệt độ hâm sấy chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động khả quan so với trường hợp động sử dụng nhiên liệu DO Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật động không thay đổi nhiều sử dụng dầu dừa nguyên chất làm nhiên liệu trực tiếp cho động diesel D243 Khi động làm việc theo đặc tính chế độ 100% tải, nhiên liệu CO100 sấy nóng đến nhiệt độ 800C đến 1200C, công suất động nhỏ khoảng 7,73% - 15,23%; mômen động nhỏ khoảng 6,61% 15,14%; suất tiêu hao nhiên liệu lớn khoảng 14,68% - 26,45% so với sử dụng nhiên liệu DO Với mức sấy nóng nhiên liệu CO100 100 0C, chỉ tiêu thay đổi trung bình 8,87% - 13,41%; 7,14% - 14,44% 14,68% - 24,83% Sử dụng nhiên liệu CO100 làm nhiên liệu cho phép giảm phát thải khói một cách rõ rệt nhờ trình đốt cháy nhiên liệu có chứa gốc ôxy Do đặc tính nhiên liệu CO100, nên có sấy nóng, trình hình thành hỗn hợp cháy diễn động một chút so với nhiên liệu DO Điều thể rõ việc tăng nhẹ hàm lượng phát thải CO thành 19 phần phát thải NOx giảm Ở nhiệt độ sấy nóng 1000C, động làm việc đường đặc tính ngoài, tính trung bình thành phần phát thải thay đổi sau: độ khói giảm 40,03% - 62,01%, NOx giảm 7,27% - 10,35%, CO tăng 6,73% - 53,85%, HC tăng 4,54% - 18,69% Các kết so sánh giữa thông số hệ thống sấy nóng nhiên liệu CO100 nhờ nhiệt khí xả sấy điện giữa tính toán mô thực nghiệm cho thấy sai số phù hợp hiệu rõ rệt thông qua chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động Đây sở khẳng định tính xác thực độ tin cậy phương pháp nghiên cứu kết nghiên cứu luận án Những đóng góp luận án Về khoa học - Xây dựng sở lý thuyết sử dụng dầu thực vật nguyên chất làm nhiên liệu cho động diesel thông qua giải pháp hâm sấy nhiên liệu nhiệt khí xả kết hợp với hâm sấy điện nhằm cải thiện tính chất quan trọng nhiên liệu độ nhớt, sức căng bề mặt khối lượng riêng - Xác lập mối quan hệ giữa một số tính chất vật lý dầu thực vật nguyên chất sức căng bề mặt, độ nhớt khối lượng riêng với nhiệt độ hâm sấy, làm sở cho việc sử dụng trực tiếp nhiên liệu động Về thực tiễn - Đề tài góp phần mở rộng khả đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng cho động diesel - Phát triển một phương pháp hâm sấy nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải có tích hợp sấy điện nhằm khắc phục yếu điểm tính chất dầu thực vật gốc Phương pháp thiết bị hâm sấy nhiên liệu pháp triển ứng dụng để triển khai loại động khác - Góp phần cải thiện một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động chuyển sang sử dụng dầu thực vật nguyên chất HƯỚNG PHÁT TRIỂN Dựa kết nghiên cứu cho thấy dầu thực vật nguyên chất làm nhiên liệu thay phương pháp hâm sấy kiểu tích hợp lượng điện - khí thải nhằm cải thiện tính chất dầu thực vật nguyên chất một những giải pháp đơn giản, dễ áp dụng mang lại hiệu kinh tế môi trường Hướng nghiên cứu phát triển đề tài: - Nghiên cứu sử dụng hệ thống hâm sấy nhiên liệu cho loại nhiên liệu sinh học nguyên chất khác nghiên cứu độ bền hệ thống hâm sấy nhiên liệu điều kiện vận hành thực tế - Nghiên cứu đặc tính cháy dầu thực vật nguyên chất sau hâm sấy - Hoàn thiện sở lý thuyết đánh giá tính ổn định dầu thực vật nguyên chất giải pháp nâng cao khả chống oxi hóa biến chất Ảnh hưởng loại nhiên liệu đến tuổi thọ động - Hoàn thiện giải pháp nâng cao tính ổn định trì nhiệt độ dầu thực vật sử dụng phương pháp gia nhiệt 20 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN [1] Hoàng Anh Tuấn, Lương Công Nhớ, Lê Anh Tuấn: Tiềm năng, tình hình sản xuất sử dụng nhiên liệu diesel sinh học động diesel truyền thống, Tạp chí GTVT 7/2012, ISSN 0888-7012 [2] Hoàng Anh Tuấn, Lương Công Nhớ, Lê Anh Tuấn: Tính toán tận dụng nhiệt khí xả để hâm nóng nhiên liệu diesel sinh học dùng động thủy Tạp chí GTVT 4/2013, ISSN 0888-7012 [3] Hoàng Anh Tuấn, Lương Công Nhớ, Lê Anh Tuấn: Một số phương pháp hâm nóng nhiên liệu nhằm sử dụng trực tiếp diesel sinh học nguyên chất động thủy, tạp chí KHCN Hàng Hải 4/2014, ISSN 1859 316X [4] Hoàng Anh Tuấn, Lương Công Nhớ, Nguyễn Lan Hương: Ảnh hưởng nhiệt độ hâm sấy dầu dừa nguyên chất đến đặc tính phát thải động diesel, tạp chí KHCN Hàng Hải 11/2015, ISSN 1859 - 316X [5] Hoàng Anh Tuấn, Lương Công Nhớ, Lê Anh Tuấn: Nghiên cứu sử dụng dầu sinh học nguyên chất (bio-oil100) động diesel lai máy phát điện, TP Hồ Chí Minh 5/2015, ISBN 978-604-76-0594-1 [6] Hoang Anh Tuan, Luong Cong Nho, Le Anh Tuan, Tran Quang Vinh: Design and Manufacture the Raw Vegetable Oil Heating System Utilizing Heat from Exhaust Gas with Auxiliary Electric Power to Fuel the Diesel Engine, 7th AUN/SEED-Net Regional Conference on New/Renewable Energy, Ha Noi, 10/2014, ISBN 978-604-91-1942-2 [7] Hoang Anh Tuan, Luong Cong Nho, Le Anh Tuan: Properties and Spray Characteristics of Heated Pure Coconut Oil Aiming a Direct Use in Conventional Diesel Engines, Chaingmai, Thailand, 12/2014, ISBN 978616-33-8035-7 [8] Hoang Anh Tuan, Luong Cong Nho, Le Anh Tuan: Improve the Properties of Pure Bio-oil Aiming a Direct Use in Diesel Engines, TP Hồ Chí Minh 10/2013, ISBN 978-604-73-1990-9 [9] Hoang Anh Tuan, Luong Cong Nho, Le Anh Tuan: Effects of the Heating Temperature of Pure Coconut Oil on Breakup Mechanism of Fuel Sprays, Ho Chi Minh city, Vietnam 10/2015, ISBN 978-604-63-1599-5 22 [...]... các loại động cơ khác nhau - Góp phần cải thiện một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi chuyển sang sử dụng dầu thực vật nguyên chất HƯỚNG PHÁT TRIỂN Dựa trên kết quả của nghiên cứu cho thấy dầu thực vật nguyên chất có thể làm nhiên liệu thay thế và phương pháp hâm sấy kiểu tích hợp năng lượng điện - khí thải nhằm cải thiện tính chất của dầu thực vật nguyên chất là một trong... giản, dễ áp dụng và mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo của đề tài: - Nghiên cứu sử dụng hệ thống hâm sấy nhiên liệu cho các loại nhiên liệu sinh học nguyên chất khác nhau và nghiên cứu về độ bền của hệ thống hâm sấy nhiên liệu trong điều kiện vận hành thực tế - Nghiên cứu đặc tính cháy của dầu thực vật nguyên chất sau khi được hâm sấy - Hoàn thiện cơ sở lý... học - Xây dựng cơ sở lý thuyết sử dụng dầu thực vật nguyên chất làm nhiên liệu cho động cơ diesel thông qua giải pháp hâm sấy nhiên liệu bằng nhiệt khí xả kết hợp với hâm sấy bằng điện nhằm cải thiện các tính chất quan trọng của nhiên liệu như độ nhớt, sức căng bề mặt và khối lượng riêng - Xác lập được mối quan hệ giữa một số tính chất vật lý của dầu thực vật nguyên chất như sức căng bề mặt, độ... sấy, làm cơ sở cho việc sử dụng trực tiếp nhiên liệu này trên động cơ Về thực tiễn - Đề tài góp phần mở rộng khả năng đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel - Phát triển một phương pháp hâm sấy nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải có tích hợp sấy điện nhằm khắc phục yếu điểm về tính chất của dầu thực vật gốc Phương pháp và thiết bị hâm sấy nhiên liệu được pháp triển có thể ứng dụng. .. dựng được đặc tính phụ thuộc giữa một số tính chất vật lý của dầu thực vật nguyên chất theo nhiệt độ, qua đó cho phép xác định được khoảng nhiệt độ hâm sấy phù hợp với từng loại nhiên liệu Đối với dầu dừa nguyên chất, khoảng nhiệt độ phù hợp đó nằm trong khoảng 100 – 1100C Thiết kế và chế tạo thành công hệ thống hâm sấy dầu dừa nguyên chất sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel D243 Kết... với trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu DO Chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của động cơ không thay đổi nhiều khi sử dụng dầu dừa nguyên chất làm nhiên liệu trực tiếp cho động cơ diesel D243 Khi động cơ làm việc theo đặc tính ngoài ở chế độ 100% tải, nhiên liệu CO100 được sấy nóng đến nhiệt độ 800C đến 1200C, công suất của động cơ nhỏ hơn khoảng 7,73% - 15,23%; mômen của động cơ nhỏ hơn khoảng... và thực nghiệm nằm trong khoảng từ 1% - 3% - Sai số thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 giữa lý thuyết và thực nghiệm nằm trong khoảng 12% - 14% KẾT LUẬN CHUNG Luận án đã xây dựng cơ sở lý thuyết cải thiện tính chất của dầu thực vật nguyên chất bằng phương pháp gia nhiệt nhằm đáp ứng việc sử dụng trực tiếp trên động cơ diesel Đã tính toán thiết kế và chế tạo thành công hệ thống cải thiện tính chất. .. rơle Tính công suất hữu ích của thiết bị Tính toán nhiệt của dây đốt và tính kích thước dây đốt tròn 3.2.3 Cơ sở tính toán các thiết bị phụ 3.2.3.1 Tính chọn bơm 3.2.3.2 Tính toán két dầu thực vật nguyên chất 3.3 Tính toán hệ thống kiểu tích hợp điện – khí xả để hâm sấy dầu dừa nguyên chất sử dụng trên động cơ D243 3.3.1 Sơ đồ hệ thống hâm sấy nhiên liệu CO100 kiểu tích hợp điện – khí xả 9 Nguyên. .. giá chất lượng quá trình cháy của động cơ Nhiệt độ khí xả của động cơ trên đường đặc tính ngoài ở chế độ 100% tải với nhiên liệu CO100 được cho ở bảng 4.1 Bảng 4.1 Giá trị nhiệt độ khí xả ra khỏi động cơ và ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt theo đường đặc tính ngoài khi động cơ sử dụng nhiên liệu CO100 14 Dầu dừa nguyên chất (CO100) Nhiệt độ khí xả ra khỏi Nhiệt độ khí xả ra khỏi thiết Đặc tính. .. sinh học nguyên chất trên động cơ thủy, tạp chí KHCN Hàng Hải 4/2014, ISSN 1859 316X [4] Hoàng Anh Tuấn, Lương Công Nhớ, Nguyễn Lan Hương: Ảnh hưởng của nhiệt độ hâm sấy dầu dừa nguyên chất đến đặc tính phát thải của động cơ diesel, tạp chí KHCN Hàng Hải 11/2015, ISSN 1859 - 316X [5] Hoàng Anh Tuấn, Lương Công Nhớ, Lê Anh Tuấn: Nghiên cứu sử dụng dầu sinh học nguyên chất (bio-oil100) trên động cơ diesel