Sử dụng phương pháp mô hình hóa nghiên cứu đặc tính làm việc và phát thải của động cơ chạy nhiên liệu dimethyl ether (DME)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - NGUYỄN QUANG ĐẠO SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ CHẠY NHIÊN LIỆU DIMETHYL ETHER (DME) CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN THỊ THU HƯƠNG Hà Nội – Năm 2014 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài riêng kết luận văn hoàn toàn trung thực Hà Nội, tháng năm 2014 Học viên Nguyễn Quang Đạo HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIMETHYL ETHER 10 1.1 Tổng quan .10 1.1.1 Khí xả động lý thuyết hình thành chất gây ô nhiễm khí xả động 11 1.1.2 Tác hại chất độc hại từ khí xả động 13 1.1.3 Giải pháp ô tô 16 1.1.4 Mục đích ý nghĩa nghiên cứu nhiên liệu thay 19 1.2 Nhiên liệu Dimethyl ether (DME) 20 1.2.1 Tính chất DME 21 1.2.2 Sản xuất DME 23 1.2.3 Tình hình sử dụng DME 25 Chƣơng II CÁC PHƢƠNG ÁN SỬ DỤNG DME TRÊN ĐỘNG CƠ .28 ĐỐT TRONG 28 2.1 Một số nghiên cứu nhiên liệu DME giới 28 2.2 Các khả sử dụng DME 31 2.2.1 Khả thay hoàn toàn nhiên liệu Diesel 31 2.2.2 Khả dùng lưỡng nhiên liệu hệ thống nhiên liệu 34 2.2.3 Khả dùng lưỡng nhiên liệu diesel + DME với hai hệ thống nhiên liệu song song 35 2.2.4 Đánh giá khả sử dụng DME 36 Chƣơng 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DME 37 HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.1 Tổng quan phần mềm AVL Boost 37 3.1.1 Giới thiệu chung 37 3.1.2 Tính 38 3.1.3 Tính áp dụng 38 3.1.4 Giao diện phần mềm AVL Boost 39 3.2 Động AVL 5402 40 3.3 Thiết lập mô 42 3.3.1 Xây dựng mô hình 42 3.3.2 Mô hình cháy 43 3.3.3 Mô hình truyền nhiệt 44 3.3.4 Quá trình hình thành phát thải 48 3.3.5 Kiểm chứng mô hình 51 3.3.6 Nhập liệu cho mô hình 52 3.3.7 Các chế độ mô 52 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .53 4.1 Tính làm việc động 53 4.2 Các thành phần phát thải độc hại 55 4.3 Điều chỉnh góc phun sớm tối ưu 57 4.3.1 Điều chỉnh góc phun sớm 57 4.3.2 Tốc độ tỏa nhiệt áp suất xy lanh 59 60 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Sự gia tăng chất ô nhiễm khí 10 Bảng 1.2 Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm Nhật (%) .11 Bảng 1.3 Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm Mỹ (%) 11 Bảng 1.4 Tính chất DME so sánh với diesel 21 Bảng 1.5 Các phận quy trình sản xuất DME 24 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động AVL5402 42 Bảng 3.2 Các phần tử để hoàn thiện mô hình 42 Bảng 3.3 Các thông số điều khiển chung động AVL 5402 .52 Bảng 4.1 Các thông số tính động 53 Bảng 4.2 Các thành phần phát thải độc hại 55 Bảng 4.3 Công suất động thay đổi theo góc phun sớm 57 HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ô tô chạy nhiên liệu dầu thực vật Pháp 18 Hình 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất DME .24 Hình 1.3 Bếp đun dùng nhiên liệu DME 26 Hình 1.4 Một số ôtô dùng động nhiên liệu DME .26 Hình 1.5 Xe chở nhiên liệu DME 27 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động diesel sử dụng nhiên liệu DME 32 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu DME đại hãng Volvo 33 Hình 2.3 Động sử dụng hệ thống common rail Ford Motor 34 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu .35 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 36 Hình 3.1 Giao diện phần mềm AVL Boost 39 Hình 3.2 Mặt cắt dọc, mặt cắt ngang động AVL 5402 41 Hình 3.3 Mô hình động AVL-5402 AVL Boost 43 Hình 3.4: Tỷ lệ mol CO dự đoán: hàm lƣợng CO cân CO động học (tốc độ động 3000rpm, toàn tải, A/F = 12,6) 49 Hình 3.5: Tỷ lệ mol dự đoán CO theo hàm góc đánh lửa sớm hệ số dƣ lƣợng không khí (tốc độ động 3000rpm, toàn tải) .50 Hình 3.6 Kiểm chuẩn áp suất buồng cháy 51 54 Hình 4.1 Công suất động sử dụng nhiên liệu DME diesel 54 Hình 4.2 Suất tiêu hao nhiên liệu động .54 Hình 4.3 Phát thải CO động chạy nhiên liệu DME diesel 55 Hình 4.4 So sánh phát thải NOx nhiên liệu DME với diesel 56 Hình 4.5 So sánh phát thải PM nhiên liệu DME với diesel 56 Hình 4.6 Đồ thị góc phun sớm tối ƣu tốc độ 1000 vòng/ phút .58 Hình 4.7 Đồ thị góc phun sớm tối ƣu tốc độ 1400 vòng/ phút .58 Hình 4.8 Đồ thị góc phun sớm tối ƣu tốc độ 1800 vòng/phút 59 HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4.9 Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt góc phun sớm 12 độ tốc độ n=1400v/ph 60 Hình 4.10 Đồ thị đỉnh áp suất xy lanh 60 HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với triển mạnh mẽ kinh tế, xã hội, giới đối mặt với nhiều khó khăn thức thách Nguồn nhiên liệu hoá thạch vốn có hạn, ngày cạn kiệt Giá dầu mỏ ngày tăng cao, ảnh hưởng đến đời sống kinh tế toàn giới Bên cạnh giới đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường sống phát thải gây ngày báo động Các loại khí độc hại NOx, CO2, SO2 phát thải từ phương tiện giao thông, khu công nghiệp, nhà máy, sở dịch vụ làm ô nhiễm không khí bầu khí Chính điều đặt vấn đề cho nhà khoa học, phải nỗ lực tìm nguồn nhiên liệu thay thế, nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường Nhiên liệu thay từ lâu thu hút quan tâm đặc biệt nhiều nhà khoa học giới, lợi ích bảo đảm an ninh lượng đáp ứng yêu cầu môi trường Trong số nhiên liệu thay thế, DME quan tâm có nhiều ứng dụng quan trọng sử dụng làm chất đốt dân dụng công nghiệp thay cho LPG hay khí thiên nhiên NG, làm nhiên liệu thay cho diesel số ứng dụng khác Hơn nữa, DME có khả thay cho diesel động cháy nén nhờ trị số cetane cao DME sản xuất từ nhiều nguồn khác nhiên liệu gốc hoá thạch, than đá, khí thiên nhiên sinh khối Cải thiện khả sử dụng nguồn lượng giảm phát thải độc hại mục tiêu nhà khoa học Ở Việt Nam có nhiều nghiên cứu nhiên liệu thay Tuy nhiên để đưa nhiên liệu thay vào thực tế cần phái có nghiên cứu để đánh giá đặc tính công suất, tiêu hao nhiên liệu, phát thải động Chính ý nghĩa thực tiễn mà chọn đề tài “Sử dụng phương pháp mô hình hoá nghiên cứu đặc tính làm việc phát thải động chạy nhiên liệu dimethyl ether (DME)” Dưới hướng dẫn tận tình TS Trần Thị Thu Hƣơng với giúp đỡ thầy cô môn Động đốt Phòng thí nghiệm động đốt em hoàn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng kiến thức HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật trình độ hiểu biết có hạn nên khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong bảo dóng góp thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày… tháng năm 2014 Học viên thực Nguyễn Quang Đạo HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Mục đích đề tài Nhu cầu sử dụng nhiên liệu cho động đốt Việt Nam nước giới ngày tăng, nguồn nhiên liệu hoá thạch dần cạn kiệt Vấn đề ô nhiễm môi trường phát thải gây ngày báo động ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống, sức khoẻ người xã hội Vì người cần tìm nguồn lượng thay nhiên liệu hoá thạch Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn cấp bách đó, nhà khoa học, công ty, tập đoàn, phủ nước đẩy mạnh nghiên cứu đưa vào sử dụng loại nhiên liệu thay cho động đốt nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hoá thạch, giảm ô nhiễm môi trường, giảm phụ thuộc nước với việc cung cấp nhiên liệu hoá thạch phục vụ sinh hoạt sản xuất Tuy nhiên, để nhiên liệu thay đưa vào thực tế cần có nghiên cứu cụ thể đánh giá công suất, mức tiêu hao nhiên liệu phát thải động chạy nhiên liệu thay Dimethyl ether (DME) loại nhiên liệu có khả thay cho nhiên liệu diesel sản xuất từ nguồn sinh khối Mục đích đề tài nghiên cứu mô đặc tính động sử dụng nhiên liệu DME, với mục đích rút ngắn trình, thời gian chi phí cho việc nghiên cứu thực nghiệm động thực, từ đánh giá khả ứng dụng loại nhiên liệu thay Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế hình thành, tác hại thành phần độc hại có khí xả động đốt sử dụng nhiên liệu hóa thạch Đánh giá trình cháy, hình thành phát thải, công suất động AVL 5402 qua mô động sử sụng nhiên liệu DME phần mềm AVL BOOST Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nhiên liệu thay vấn đề cấp bách cần thiết nhiều quốc gia giới Tại số quốc gia giới việc nghiên cứu, ứng dụng HV: Nguyễn Quang Đạo MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật dTcyl dQW d d mcyl u uV mV T pcyl uV dmV p d pcyl uV Tcyl uA uV mV dV p V d pcyl p dmA d (3.8) uF dmF d hin d d hout dmout d Sự truyền nhiệt xác định phương trình 3.3 với: aW 0.8 130d 0, pcyl Tcyl0,53 C3cm C3 6.18 0.417 0.8 (3.9) cu cm Trao đổi nhiệt cửa nạp, thải: AW Td p Tu TW e C4 C5Tu p m c p TW (3.10) C6Tu2 Tu0,44 m0,5 d vi1,5 0,97 hv dvi (Đối với dòng chảy ra) p C7 C8Tu C9Tu2 Tu0,33 m0,68 d vi1,5 0, 765 hv dvi (Đối với dòng chảy vào) αp – hệ số trao đổi nhiệt cửa Td – Nhiệt độ sau cửa Tu – nhiệt độ trước cửa TW – Nhiệt độ thành cửa AW – diện tích tiết diện lựu thông m - lưu lượng khối lượng hv – độ nâng xupap 3.3.4 Quá trình hình thành phát thải 3.3.4.1 Hình thành phát thải CO Nhiều nghiên cứu thực nghiệm hàm lượng CO khí thải động xăng phải điều khiển thận trọng hàm lượng CO nhỏ giá trị cao đo buồng cháy lại lớn HV: Nguyễn Quang Đạo 48 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 49 giá trị cân tương ứng [31] Thực tế, hàm lượng CO tăng nhanh vùng màng lửa, chủ yếu sinh nhiệt phân hydrocacbon bị oxi hoá không hoàn toàn, tiếp tục bị oxi hoá hoàn toàn tạo thành CO2 Hình 3.4: Tỷ lệ mol CO dự đoán: hàm lượng CO cân CO động học (tốc độ động 3000rpm, toàn tải, A/F = 12,6) Vì thế, giá trị CO tính toán việc giải phương trình vi phân dựa phản ứng sau: CO + OH = CO2 + H CO2 + O = CO + O2 Và nồng độ CO tính toán theo công thức: d [CO] dt R1 R2 [CO] [CO]e (3.11) Trong [CO]e hàm lượng cân CO giá trị tốc độ R1, R2 cho công thức: R1 k1 [CO ]e [OH ]e (3.12) R2 k2 [CO ]e [OH ]e (3.13) Trong hình hàm lượng CO cân CO động học hàm góc quay trục khuỷu biểu thị nhằm nêu lên tầm quan trọng việc sử dụng cấu động lực học Tỷ lệ mol CO dự đoán mô hình với động thử HV: Nguyễn Quang Đạo 49 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiệm miêu tả hình 3.5 theo hàm góc đánh lửa sớm hệ số dư lượng không khí Từ thấy phát thải CO điều khiển chủ yếu tỷ số A/F Thực tế CO giảm tăng tỷ số A/F, nhiều O2 tham gia phản ứng oxi hoá Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng áp suất xylanh nhiệt độ khí cháy không ảnh hưởng tới hình thành hoá học CO Hình 3.5: Tỷ lệ mol dự đoán CO theo hàm góc đánh lửa sớm hệ số dư lượng không khí (tốc độ động 3000rpm, toàn tải) 3.3.4.2 Hình thành phát thải NOx Sự hình thành NOx tính toán theo thông số nhập đầu vào tốc độ động cơ, nhiên liệu áp suất, nhiệt độ, hệ số dư lượng không khí λ, thể tích khối lượng, thời gian số vùng cháy Quá trình tính toán bắt đầu lúc thời điểm cháy bắt đầu.Mặc dù khí thải NOx động xăng, NO chiếm phần lớn (90-98%) việc tính toán N2O bỏ qua Lượng N2O sinh có mối quan hệ sau: (3.14) Tốc độ hình thành NOx tính sau: (3.15) Tốc độ phân huỷ NO [mol/cm3] tính toán sau: HV: Nguyễn Quang Đạo 50 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật rNO Với CPost Pr ocMult CkineticMult 2, 0.(1 CNO,act CNO,equ CPost Pr oMult ; ) AK r1 r4 AK AK r1 r2 r3 ; AK (3.16) r4 r5 r6 3.3.5 Kiểm chứng mô hình Việc kiểm chứng mô hình thực tốc độ động 2000 v/ph, λ = 1.56, IMEP = 6.35 bar, cho động diesel Hình 3.5 3.6 thể so sánh áp suất kết mô thực nghiệm 90 Pressure [bar] 75 Experimental n = 2000 rpm λ = 1.56 IMEP = 6.35 bar Simulation 60 45 30 15 -180 -120 -60 60 120 180 Crank Angle [deg] Hình 3.6 Kiểm chuẩn áp suất buồng cháy Kết kiểm chuẩn cho thấy kết mô thử nghiệm hoàn toàn phù hợp Điều chứng tỏ mô hình mô xây dựng sử dụng để mô đặc tính cháy phát thải cho động sử dụng diesel động sử dụng nhiên liệu DME HV: Nguyễn Quang Đạo 51 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.3.6 Nhập liệu cho mô hình Các thông số điều khiển chung biểu thị bảng 3.3 Bảng 3.3 Các thông số điều khiển chung động AVL 5402 TT Thông số Giá trị Đơn vị Đa nhiên liệu Mô hình nhiên liệu Tốc độ động 1000, 1800, 2200, 2600, 3000 Hình thành hỗn hợp Bên xylanh Áp suất 500 Nhiệt độ môi trtrường 32 Góc phun sớm v/ph bar o C 4, 6, 8, 10, 12,14,16,18,20,22 độ Số kỳ kỳ Số chu trình lặp 25 [-] Hệ số ma sát 1000 v/p FMEP = 1,15 5000 v/p FMEP = 1,7 bar 3.3.7 Các chế độ mô - Các đường đặc tính tốc độ bao gồm công suất, suất tiêu hao nhiêu liệu, phát thải động chạy nhiên liệu DME diesel dải tốc độ động từ 1000 – 3000 v/ph với góc phun sớm 18 độ trước điểm chết động - Điều chỉnh, xác định góc phun sớm tối ưu góc tốc độ động 1000, 1400, 1800 v/ph để tìm góc phun sớm có công suất động lớn HV: Nguyễn Quang Đạo 52 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Tính làm việc động Từ kết mô phỏng, xác định giá trị công suất, mô men, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải độc hại động sử dụng nhiên liệu DME so với thông số sử dụng nhiên diesel chế độ cố định lượng nhiên liệu phun Kết mô công suất suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hai loại nhiên liệu thể Bảng 4.1 Bảng 4.1 Các thông số tính động n (v/ph) Diesel DME Ne (kW) ge (g/kWh) Ne (kW) ge (g/kWh) 1000 2.59 286.2 1.77 418.2 1400 4.08 254.3 2.94 352.5 1800 5.49 243.1 4.06 328.7 2200 6.51 250.9 4.99 326.7 2600 7.44 259.4 5.78 333.6 3000 8.58 259.3 6.52 341.1 Hình 4.1 thể quan hệ công suất động với tốc độ thay đổi từ 1000 vòng/phút đến 3000 vòng/phút với hai loại nhiên liệu DME diesel toàn dải tốc độ HV: Nguyễn Quang Đạo 53 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10 Diesel DME Ne (kW) 1000 1400 1800 2200 2600 3000 n (v/ph) Hình 4.1 Công suất động sử dụng nhiên liệu DME diesel Trên đồ thị ta thấy công suất động sử dụng diesel cao so với chạy DME, độ giảm trung bình toàn dải tốc độ tới 24,8% Kết nhiệt trị nhiên liệu DME thấp nhiên liệu diesel nhiều 450.0 Diesel 400.0 ge (g/kWh) DME 350.0 300.0 250.0 200.0 1000 1400 1800 2200 2600 3000 n (v/ph) Hình 4.2 Suất tiêu hao nhiên liệu động Kết suất tiêu hao nhiên liệu đồ thị Hình 4.2 cho thấy, động sử dụng DME có suất tiêu hao nhiên liệu lớn nhiều so với sử dụng nhiên liệu diesel toàn dải tốc độ động cơ, trung bình tăng tới 26% so với diesel HV: Nguyễn Quang Đạo 54 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lượng tiêu hao nhiên liệu thấp tốc độ 1800 vòng/phút cao tốc độ 1000 vòng/phút đạt với hai loại nhiên liệu 4.2 Các thành phần phát thải độc hại Giá trị thành phần phát thải động thể bảng 4.2 Bảng 4.2 Các thành phần phát thải độc hại Diesel n (v/ph) 1000 1400 1800 2200 2600 3000 DME CO NOx PM CO NOx PM g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh 8.72 12.60 0.1442 9.54 10.61 0.0139 9.10 11.02 0.1481 10.10 8.98 0.0177 9.61 10.86 0.1339 11.64 9.13 0.0170 8.20 10.17 0.1620 9.25 8.59 0.0239 9.94 9.64 0.1882 11.40 8.17 0.0290 8.28 7.17 0.1850 11.40 6.36 0.0238 12.00 CO (g/kWh) 11.00 10.00 9.00 8.00 Diesel 7.00 DME 6.00 1000 1400 1800 2200 2600 3000 n (v/ph) Hình 4.3 Phát thải CO động chạy nhiên liệu DME diesel Đồ thị Hình 4.3 cho thấy lượng phát thải CO động chạy DME cao so với diesel, trung bình 14,9% toàn dải tốc độ nghiên cứu Các giá trị HV: Nguyễn Quang Đạo 55 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật thay đổi không theo chiều hướng định, nhiên quy luật thay đổi giống hai loại nhiên liệu 13.00 Diesel 12.00 DME NOx (g/kWh) 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 1000 1400 1800 2200 2600 3000 n (v/ph) Hình 4.4 So sánh phát thải NOx nhiên liệu DME với diesel Đồ thị Hình 4.4 cho thấy lượng phát thải NOx động sử dụng DME trung bình 8,64 thấp so với sử dụng diesel (10,24g/KWh), phần trăm thay đổi 15.67% giảm dần tốc độ động tăng Đạt cao tốc độ 1000 vòng/phút thấp tốc độ 3000 vòng/ phút 0.2000 0.1800 0.1600 0.1400 PM (g/kWh) 0.1200 0.1000 Diesel 0.0800 DME 0.0600 0.0400 0.0200 0.0000 1000 1400 1800 2200 2600 3000 n (v/ph) Hình 4.5 So sánh phát thải PM nhiên liệu DME với diesel HV: Nguyễn Quang Đạo 56 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trên đồ thị hình 4.5 thể lượng phát thải PM động chạy nhiên liệu diesel DME, lượng phát thải PM sử dụng DME thấp nhiều so với diesel, trung bình thấp 86,95% toàn dải tốc độ Trung bình phát thải PM động sử dụng DME 0.0209g/kWh so với diesel 0,1602g/kWh Giá trị cao đạt tốc độ 2600 vòng/phút có xu hướng tăng PM tăng tốc độ động 4.3 Điều chỉnh góc phun sớm tối ƣu 4.3.1 Điều chỉnh góc phun sớm Với động AVL-5402 có sử dụng điều chỉnh góc phun sớm điều chỉnh φs thông qua tín hiệu tốc độ động cơ, tăng tốc độ động nên thời gian phun ngắn đi, ta tiến hành kiểm tra so sánh công suất góc phun sớm từ đến 22 độ góc quay trục khuỷu Ở giá trị tốc độ, tiến hành tăng góc phun sớm độ so sánh công suất động để lựa chọn giá trị tối ưu (OP) Góc phun sớm tối ưu (φsOP) góc tương ứng với công suất động lớn Bảng 4.3 Công suất động thay đổi theo góc phun sớm Góc phun sớm (độ) 10 12 14 16 18 20 22 Công suất động cơ, Ne, (kW) 1400 v/ph 1800 v/ph 1000 v/ph DO 2.65 2.7 2.84 2.83 2.79 2.74 2.68 2.59 2.5 DME 2.08 2.09 2.07 2.05 1.93 1.86 1.77 1.68 DO DME DO DME 3.96 4.03 4.08 4.12 4.12 4.11 4.08 4.03 3.09 3.11 3.11 3.09 3.06 3.01 2.94 2.86 4.97 5.09 5.3 5.32 5.39 5.44 5.49 5.5 4.08 3.93 3.99 4.05 4.08 4.09 4.08 4.06 4.01 3.9 Các Hình 4.6, 4.7, 4.8 đồ thị biểu diễn công suất động theo góc phun sớm chạy nhiên liệu DME so sánh với diesel tốc độ 1000v/ph, 1400v/ph 1800v/ph Kết chạy với tốc độ n=1000 v/ph cho thấy kết Ne lớn góc phun sớm độ nhiên liệu diesel độ DME HV: Nguyễn Quang Đạo 57 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ne (kW) 2.5 n = 1000 v/ph 1.5 10 12 14 16 18 20 Góc phun sớm φ (độ) Diesel DME Hình 4.6 Đồ thị góc phun sớm tối ưu tốc độ 1000 vòng/ phút Kết chạy với tốc độ n= 1400 v/ph cho ta thấy kết công suất động đạt lớn góc phun từ 12 – 14 độ với nhiên liệu diesel góc phun từ 8-10 độ DME 4.5 Ne (kW) n = 1400v/phút 3.5 Diesel DME 2.5 10 12 14 16 18 20 22 Góc phun sớm φ (độ) Hình 4.7 Đồ thị góc phun sớm tối ưu tốc độ 1400 vòng/ phút Tại tốc độ động n= 1800 v/ph cho ta thấy kết công suất động lớn góc phun 20 độ với nhiên liệu diesel 14 độ với nhiên liệu DME HV: Nguyễn Quang Đạo 58 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5.5 Ne (kW) 4.5 3.5 n = 1800v/ph Diesel DME 2.5 10 12 14 16 18 20 22 Góc phun sớm φ (độ) Hình 4.8 Đồ thị góc phun sớm tối ưu tốc độ 1800 vòng/phút Như tốc độ mô phỏng, nhiên liệu DME có góc phun sơm tối ưu nhỏ so với diesel, điều có nghĩa trình cháy DME diễn muộn diesel, số xê tan nhiên liệu DME cao diesel nên khả bắt cháy chậm 4.3.2 Tốc độ tỏa nhiệt áp suất xy lanh Trên Hình 4.9 đồ thị biểu diễn tốc độ tỏa nhiệt trình cháy xy lanh động sử dụng hai loại nhiên liệu tốc độ 1400 v/ph, góc phun sớm 12 độ Đó góc phun tối ưu động sử dụng diesel gần với giá trị tối ưu DME Hình 4.10 thể đỉnh áp suất xy lanh Các kết cho thấy, nhiên liệu diesel cho tốc độ tỏa nhiệt nhanh áp suất xy lanh tăng sớm so với DME HV: Nguyễn Quang Đạo 59 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 90 80 70 Tốc độ tỏa nhiệt, J/độ 60 50 40 30 DME Diesel 20 10 350 370 390 410 430 450 470 490 510 Góc quay trục khuỷu , độ Hình 4.9 Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt góc phun sớm 12 độ tốc độ n=1400v/ph 90 80 70 Áp suất xylanh, bar Diesel DME 60 50 40 30 20 10 340 350 360 370 380 390 400 Góc quay trục khuỷu , độ Hình 4.10 Đồ thị đỉnh áp suất xy lanh HV: Nguyễn Quang Đạo 60 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận chung Luận văn vào tìm hiểu tính chất hợp chất hóa học Dimetyl Ete với đặc điểm bật thân thiện với môi trường So sánh với tính chất nhiên liệu diesel truyền thống để đánh giá khả áp dụng DME vào động đốt để góp phần giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính, vấn đề nhức nhối quy mô toàn cầu nay, đồng thời góp phần làm giảm bớt lo ngại khan nhiên liệu từ dầu mỏ vài chục năm tới Kết mô cho nhiên liệu DME diesel cho thấy chế độ mô phỏng, DME mặc tính kinh tế kỹ thuật so với diesel (công suất giảm 24,6%, ge tăng 26,0%), thành phần phát thải chủ yếu NOx PM giảm đáng kể, tương ứng xấp xỉ 15,67% 86.95% Vì nhiên liệu DME có khả đáp ứng yêu cầu khắt khe môi trường thay cho nhiên liệu diesel Phƣơng hƣớng phát triển Tiến hành thử nghiệm thực tế băng thử để đánh giá khả làm việc ổn định động chạy nhiên liệu dimethyl ether Nghiên cứu khả điều khiển trình cháy dimethyl ether thông qua số thông số khác tỷ số nén, luân hồi khí thải Hà Nội 04-2014 HV: Nguyễn Quang Đạo 61 MSHV: CA120118 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Http://vi.wikipedia.org/wiki/onhiemkhongkhi [2] Japan DME Forum, DME handbook, Ohmsha, Ltd., Japan, 2006 [3] Seokhwan Lee, Seungmook Oh, Young Choi, Kernyong Kang, Performance and emission characteristics of a CI engine operated with n-Butane blended DME fuel, Applied Thermal Engineering, 31(11) : 1929-1935, DOI:10.1016/ j.applthermaleng.2011.02.039 [4] Crookes RJ, Bob-Manuel KDH Di-methyl ether or rapeseed methyl ester: a preferred alternative fuel option for future diesel engine operation, Proceedings of the fifth international colloquium on fuels; 2005 p 181–7 [5] Constantine Arcoumanis, Choongsik Bae, Roy Crookes, Eiji Kinoshita, The potential of di-methyl ether (DME) as an alternative fuel for compression-ignition engines: A review, Fuel 87 (2008) 1014–1030 [6] Changwei Ji, Chen Liang, Shuofeng Wang, Investigation on combustion and emissions of DME/gasoline mixtures in a spark-ignition engine, Fuel Volume 90, Issue 3, March 2011, Pages 1133–1138 [7] http://en.wikipedia.org/wiki/Dimethyl_ether [8] AVL-List GmbH BOOST v.2009 User Guide Hans-List-Platz 1, A-8020 Graz, Austria, 2009 [9] AVL-List GmbH BOOST v.2009 Theory Hans-List-Platz 1, A-8020 Graz, Austria, 2009 HV: Nguyễn Quang Đạo 62 MSHV: CA120118 ... tài Sử dụng phương pháp mô hình hoá nghiên cứu đặc tính làm việc phát thải động chạy nhiên liệu dimethyl ether (DME) Dưới hướng dẫn tận tình TS Trần Thị Thu Hƣơng với giúp đỡ thầy cô môn Động. .. cầu phát triển nhiên liệu thay Đề tài nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn việc định hướng sản xuất sử dụng nhiên liệu DME thông qua nghiên cứu ảnh hưởng nhiên liệu tới tính làm việc đặc tính phát thải. .. dimethyl ether + Tổng quan nhiên liệu DME + Nhiên liệu DME - Các phương án sử dụng DME động đốt + Một số nghiên cứu nhiên liệu DME + Các khả sử dụng DME - Mô động sử dụng nhiên liệu DME + Tổng quan