Trước sự phát triển như vũ bảo của khoa học kỹ thuật trong thời đại cách mạng Công nghiệp 4.0, sức lao động của con người dần dần được giải phóng. Hầu hết các công việc bằng sức người được thay thế bằng các loại máy móc tinh vi được lập trình sẵn để làm việc thay con người, không những thay thế lao động chân tay mà nó còn có thể thay thế cả lao động trí óc. Có thể minh chứng cho điều này một cách rất cụ thể và trực quan, đó là máy vi tính (computer). Một công cụ của thời kì kỹ thuật cao và nó ngày càng được cải thiện. Thử hỏi nếu một ngày thiếu mày máy vi tính thì thế giới sẽ phải chịu một tổn thất là bao nhiêu, tất nhiên là không thể nào có thể thống kê hết thiệt hại của nó gây ra về cả tinh thần và cả vật chất. Việt Nam cũng đang bước vào thời kì phát triển, việc ứng dụng máy vi tính cũng đang phát triển mạnh. Máy tính dần dần len lõi vào tất cả các ngành, các lĩnh vực. Việc ứng dụng nó trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, nó giúp chúng ta giải quyết vô số các vấn đề. Nói riêng trong cơ sở nghiên cứu khoa học, trong ngành động cơ nói chung và động cơ đốt trong nói riêng thì việc ứng dụng máy vi tính vào công việc là tất yếu. Với nhiều phát minh khoa học về tất cả các lĩnh vực toán học, vật lý, tin học ... thì ngày càng có nhiều công cụ hơn để có thể khảo sát các loại động cơ hơn. Một trong số các công cụ cần thiết cho việc nghiên cứu các động cơ đó là có thể xây dựng được một mô hình mô phỏng động cơ nhằm tăng tính trực quan của hệ thống cũng như rút ngắn thời gian nghiên cứu, thời gian chế tạo thử, giảm chi phí trong thiết kế và nghiên cứu ... Qua các quá trình mô hình hóa và mô phỏng có thể làm cho các nhà khoa học có thể tối ưu hóa các quá trình công tác, các kết cấu mới phù hợp hơn cho người sử dụng. Hiện nay trên thế giới đã xuất hiện rất nhiều phần mềm có liên quan đến động cơ nói chung và quá trình nhiệt động học của động cơ nói riêng như phần mềm đa phương KIVA, phần mềm nhiệt động học quá trình công tác của động cơ PROMO của Đức dựa trên lý thuyết tính toàn động lực học chất lỏng CFD (computational Fluit Dynamics), các phần mềm BOOST, FIRE, HYDSIM, EXCITE, GLIDE, TYCON, BRICKS của hãng AVL (cộng hòa Áo). Các phần mềm này có thể dùng để nghiên cứu một cách chuyên sâu về các chu trình công tác làm việc của động cơ, có khả năng thiết kế mẫu, thử nghiệm mẫu trên lý thuyết ... Ở Việt Nam các phầm mềm này mới được đưa vào sử dụng trong vài năm gần đây nên đang ở giai đoạn nghiên cứu. Phần mềm BOOST là một phần mềm chuyên về tính toán các quá trình nhiệt động trong động cơ và dòng chảy. Phần mềm đã được ứng dung khá rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển cũng như các hãng ô tô hiện đại. Tại Việt Nam phần mềm cũng đã được một số cán bộ và sinh viên nghiên cứu và ứng dụng. Khảo sát ảnh hưởng của việc cung cấp dimethyl ether vào đường nạp đến các chỉ tiêu kinh tếkỹ thuật và môi trường của động cơ diesel ISUZU 4BD1T bằng phần mềm AVLBoost.
MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Sự cần thiết phải dùng nhiên liệu thay cho động đốt 1.2 Các nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu diesel truyền thống .5 1.2.1 Nhiên liệu LPG 1.2.2 Nhiên liệu diesel sinh học ( Biodiesel) 1.2.3 Cồn ethanol 11 1.2.4 Khí thiên nhiên (CNG ) .13 1.2.5 Nhiên liệu DME 15 1.3 Tình hình sản xuất DME Việt Nam Thế giới 17 1.3.1 Tình hình sản xuất DME Việt Nam 17 1.3.2 Tình hình sản xuất DME giới 19 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP CUNG CẤP DME CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 21 2.1 Các phương pháp cung cấp DME .21 2.1.1 Hệ thống trộn nhiên liệu diesel với DME dạng lỏng trước phun vào buồng đốt 21 2.1.2 Hệ thống phun trực tiếp DME lỏng vào buồng đốt .22 2.1.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu DME kiểu common rail .24 2.1.4 Hệ thống phun DME vào đường ống nạp 25 2.2 Lựa chọn giải pháp cung cấp DME vào đường nạp động diesel 26 CHƯƠNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC CUNG CẤP DME VÀO ĐƯỜNG NẠP ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL ISUZU 4BD1T BẰNG PHẦN MỀM AVL BOOST .29 3.1 Mơ nhiệt động học chu trình cơng tác động phần mềm AVL BOOST .29 3.1.1 Giới thiệu phần mềm AVL – BOOST .29 3.1.2 Tính ứng dụng phần mềm AVL – BOOST 32 3.1.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn .33 3.2 Xây dựng mơ hình động diesel cung cấp DME vào đường nạp phần mềm AVL – BOOST 43 3.2.1 Giới thiệu động diesel ISUZU 4BD1T 43 3.2.2 Xây dựng mơ hình mơ động diesel ISUZU 4BD1T 44 3.2.3 Kết mơ đánh giá xác mơ hình 52 3.2.4 Nhập thơng số chế độ làm việc cho động diesel ISUZU 4BD1T 53 3.3 Kết tính tốn mơ .68 3.3.1 Đánh giá thông số nhiệt động .68 3.3.2 Đánh giá tiêu kinh tế - kĩ thuật động 69 3.3.3 Đánh giá tiêu môi trường động 72 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 LỜI NÓI ĐẦU Trước phát triển vũ bảo khoa học kỹ thuật thời đại cách mạng Công nghiệp 4.0, sức lao động người giải phóng Hầu hết cơng việc sức người thay loại máy móc tinh vi lập trình sẵn để làm việc thay người, thay lao động chân tay mà thay lao động trí óc Có thể minh chứng cho điều cách cụ thể trực quan, máy vi tính (computer) Một cơng cụ thời kì kỹ thuật cao ngày cải thiện Thử hỏi ngày thiếu mày máy vi tính giới phải chịu tổn thất bao nhiêu, tất nhiên khơng thể thống kê hết thiệt hại gây tinh thần vật chất Việt Nam bước vào thời kì phát triển, việc ứng dụng máy vi tính phát triển mạnh Máy tính len lõi vào tất ngành, lĩnh vực Việc ứng dụng trở nên cấp thiết hết, giúp giải vơ số vấn đề Nói riêng sở nghiên cứu khoa học, ngành động nói chung động đốt nói riêng việc ứng dụng máy vi tính vào cơng việc tất yếu Với nhiều phát minh khoa học tất lĩnh vực tốn học, vật lý, tin học ngày có nhiều cơng cụ để khảo sát loại động Một số công cụ cần thiết cho việc nghiên cứu động xây dựng mơ hình mơ động nhằm tăng tính trực quan hệ thống rút ngắn thời gian nghiên cứu, thời gian chế tạo thử, giảm chi phí thiết kế nghiên cứu Qua trình mơ hình hóa mơ làm cho nhà khoa học tối ưu hóa q trình cơng tác, kết cấu phù hợp cho người sử dụng Hiện giới xuất nhiều phần mềm có liên quan đến động nói chung q trình nhiệt động học động nói riêng phần mềm đa phương KIVA, phần mềm nhiệt động học trình công tác động PROMO Đức dựa lý thuyết tính tồn động lực học chất lỏng CFD (computational Fluit Dynamics), phần mềm BOOST, FIRE, HYDSIM, EXCITE, GLIDE, TYCON, BRICKS hãng AVL (cộng hòa Áo) Các phần mềm dùng để nghiên cứu cách chun sâu chu trình cơng tác làm việc động cơ, có khả thiết kế mẫu, thử nghiệm mẫu lý thuyết Ở Việt Nam phầm mềm đưa vào sử dụng vài năm gần nên giai đoạn nghiên cứu Phần mềm BOOST phần mềm chuyên tính tốn q trình nhiệt động động dòng chảy Phần mềm ứng dung rộng rãi nước công nghiệp phát triển hãng ô tô đại Tại Việt Nam phần mềm số cán sinh viên nghiên cứu ứng dụng Được hướng dẫn tận tình tiến sĩ Ngyễn Cơng Đoàn, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp: “Khảo sát ảnh hưởng việc cung cấp dimethyl ether vào đường nạp đến tiêu kinh tế-kỹ thuật môi trường động diesel ISUZU 4BD1T phần mềm AVL-Boost” Nội dung đồ án trình bày kết nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng việc bổ sung DME vào đường nạp đến tiêu kinh tế, lượng môi trường động diesel ISUZU 4BD1T phần mềm mô AVL- Boost Lượng DME cung cấp vào đường nạp với tỷ lệ 5% 10% lượng động làm việc theo đặc tính ngồi đặc tính tải Kết nghiên cứu cho thấy bổ sung DME vào đường nạp công suất động thay đổi không đáng kể, mức phát thải NOx PM giảm Trong trình làm khơng thể tránh thiếu sót hạn chế, em kính mong thầy dạy góp ý thêm Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2019 Sinh viên thực Tăng Minh Quang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Sự cần thiết phải dùng nhiên liệu thay cho động đốt Từ năm 1970, trước áp lực khủng hoảng dầu mỏ vấn đề giảm thải chất gây ô nhiễm môi trường, nhiều nước giới hoạch định sách nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay cho nguồn nhiên liệu gốc dầu mỏ động đốt nói chung, động diesel nói riêng Đây hướng nghiên cứu nhà khoa học phủ Việt Nam quan tâm thời gian gần Nhiên liệu thay dùng phổ biến gồm loại nhiên liệu sinh học (xăng sinh học, diesel sinh học, khí sinh học ), hydro, khí thiên nhiên, khí hóa lỏng… Ở Việt Nam, với số lượng phương tiện xe máy khoảng 40 triệu chiếc, ô tô khoảng triệu hàng năm tiêu tốn lượng nhiên liệu lớn phát lượng khí thải độc hại đáng kể mơi trường Theo số liệu thống kê Bộ Giao thông Vận tải năm 2010, nhiễm khơng khí thị hoạt động giao thông vận tải chiếm tỷ lệ khoảng 70% Để khắc phục dần vấn đề nhiễm, năm 2007 Thủ tướng Chính phủ ký định số 177/2007 / QĐ-TTg việc phê duyệt đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Theo đó, nhiên liệu sinh học đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu quốc gia vào năm 2015 5% vào năm 2025 Song song với nhiên liệu sinh học, sách khuyến khích nhằm phát triển ứng dụng khí LPG, CNG cho phương tiện giao thơng xây dựng nhằm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu thay 1.2 Các nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu diesel truyền thống Hiện nước giớ nghiên cứu nguồn nhiên liệu thay cho nhiên liệu diesel truyền thống với mức giá thành thấp, ngn nhiên liệu tái tạo, nguồn cung cấp từ sản phẩm nông nghiệp chất thải điều quan trọng nhiên liệu thay có mức phát thải thấp Nhiên liệu thay phân thành nhóm: - Nhóm nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch gồm: Etanol từ nguồn hóa thạch, khí thiên nhiên (NG – Natural Gas), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG – Liquefied Petroleum Gas), methanol, hyđrơ, khí hóa lỏng (GTL – Gas To Liquid), than đá hóa lỏng (CTL – Coal To Liquid) Dimethyl Ether (DME) - Nhóm loại nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo gồm: Khí sinh học (biogas), etanol sinh học (bio-etanol)/methanol sinh học (bio-metanol), hyđrô, dầu thực vật (vegetable oil), diesel sinh học (bio-diesel hay FAME – Fatty Acid Methyl Ester), dầu thực vật/ mỡ động vật qua xử lý hyđrô (HVO – Hydrotreating Vegetable Oil), sinh khối hóa lỏng (BTL – Biomass To Liquid) DME Các loại nhiên liệu khí có nguồn gốc hóa thạch khí thiên nhiên khí dầu mỏ sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu thay cho xăng động dùng cho phương tiện giao thông Tuy nhiên, mật độ lượng thấp nên để sử dụng cho phương tiện vận tải cần thiết phải nén (ví dụ khí thiên nhiên nén CNG) hóa lỏng (khí dầu mỏ hóa lỏng LPG khí thiên nhiên hóa lỏng LNG) Khí hyđrơ sử dụng thí điểm phương tiện giao thông dạng hyđrô nén, hyđrô hóa lỏng pin nhiên liệu Etanol methanol sinh học hai loại nhiên liệu lỏng phù hợp để thay cho xăng Nhiên liệu diesel sinh học ( bio – diesel ) nhiên liệu có tính ứng dụng thực tế cao nhằm thay cho nhiên liệu diesel truyền thống Bio – diesel có tương đồng với nhiên liệu diesel nên sử dụng dạng nguyên chất (B100) thay phần nhiên liêu với tỷ lệ định Ngoài ra, DME sử dụng cho động với mục đích thay phần nhiên liệu giảm lượng phát thải sinh trình cháy Nhược điểm nhiên liệu DME có mật độ lượng thấp nên cần phải dùng lượng lớn dạng khí dùng dạng lỏng chi tiết cần đảm bảo kín cao Tuy có nhiều mặt hạn chế cung phủ nhận ưu điểm khả quan nhiên liệu DME mang lại nhiên liệu DME tổng hộp từ nguyên liệu sẵn có sản phẩm phụ nông nghiệp điều quan trọng trình thử nghiệm cho thấy kết phát thải giảm hẳn so với dùng nhiên liệu diesel truyền thống Đề tài mang đến giải pháp giảm phát thải sử dung DME nguồn nhiên liệu thay phần nhiên liệu diesel truyền thống nhằm tạo tiền đề cho việc thay hoàn toàn nhiên liệu diesel tương lai giảm ô nhiễm môi trường tồn cầu 1.2.1 Nhiên liệu LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng – LPG ( Liquefied Petroleum Gas ), ( chủ yếu phần C3 C4), dùng nhiên liệu cho động Cho đến năm 1950, nhiên liệu LPG sử dụng số quốc gia Nhiên liệu LPG có trạng thái tương đối ưu nhược điểm Tuy nhiên, trình cháy LPG sản sinh chất gây nhiễm, nên gọi nhiên liệu Việt Nam có trữ lượng khoảng 3000 tỷ m3 khí tập trung chủ yếu thềm lục địa nước ta Năm 2009 Nhà máy chế biến khí Dinh Cố bắt đầu sản xuất LPG (sản lượng khoảng 29.000 tấn/tháng) phục vụ cho công nghiệp dân dụng Từ qúy II năm 2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất thức vào hoạt động, cho sản phẩm LPG thương mại Tổng lượng tiêu thụ LPG toàn cầu năm 1997 177 triệu tấn, chiếm 2% tổng lượng tiêu thị lượng Các khu vực tiêu thị chủ yếu Liên Bang Mỹ( 52 triệu tấn), Tây Âu ( 28 triệu tấn), Nhật Bản ( 20 triệu tấn) Dự báo năm 2000, mức tiêu thụ LPG toàn cầu đạt 200 triệu tấn/năm Phần LPG dùng cho động đốt thường chiếm phần nhỏ tổng lượng tiêu thụ LPG Tuy nhiên, số quốc gia Hà Lan Ý, lượng LPG dùng cho ô tô chiếm 1/3 lượng LPG sản xuất Việc thiết lập đoàn xe chạy LPG thường kết cố gắng quyền địa phương nhằm bảo vệ mơi trường ( hình 1.1) Ý Hà Lan có sách hỗ trợ lắp đặt thiết bị bổ xung sử dụng LPG xe ( trước dùng nhiên liệu xăng) Do vậy, lái xe lựa chọn hai loại nhiên liệu ( nhiên, LPG có giá thành rẻ chúng bị đánh thuế thấp hơn) Hà Lan 8.70% Ý 4.40% Pháp 0.10% Mỹ Nhật Bản 0.40% 0.70% Hàn Quốc 7.60% 0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00% 9.00% 10.00% Hình 1.1 Tỷ lệ PTCGĐB dùng LPG số quốc gia Tại Châu á, đặc tính LPG quốc gia khác nhau, thành phần chủ yếu LPG trì tương đối ổn định (chủ yếu C4) Tại Liên Bang Mỹ, bang California, C3 sử dụng làm thành phần chủ yếu nhiên liệu LPG( LPG phải đáp ứng yêu cầu thành phần hóa học thơng qua Ủy ban Tài Ngun Khơng Khí California – CARB) Nhiên liệu LPG phải chứa 85% (thể tích) propane mức protylene lớn cho phép 5% (thể tích) LPG có nhiệt trị khối (NHVm) cao so với nhiên liệu xăng Diesel Tỷ trọng LPG tương đối thấp nhiệt trị theo thể tích(NHVv) thấp so với nhiên liệu lỏng Đây điểm hạn chế nhiên liệu LPG giá nhiên liệu tính theo lít khơng kể đến thực tế Tại châu âu, áp suất tuyệt đối lớn cho phép LPG 15,5 Bar 40 0C giá trị khơng phép vượt q, áp suất cao xuất hiên két vào mùa hè Trái lại, vào mùa đông, áp suất LPG cần đạt ngưỡng tối thiểu để đảm bảo điều kiện khởi hành lạnh Bảng 1.1 Các thông số LPG Đặc tính Eurosuper Nhiên liệu Diesel Tỷ trọng ( dạng 0,725 0,780 0,820 0,860 42,7 42,6 46,0 45,6 45,8 32,0 35,8 23,5 26,4 25,0 3,46 - 3.34 3,39 3,38 lỏng), [Kg/dm3] Nhiệt trị khối lượng, [Mj/kg] Nhiệt trị thể tích [Mj/dm3] ECVN,[kj/dm3] Propane thương mại Butane thương mại LPG 0,51 0,58 Chú thích : ECVN (energy content of the vaporrized mixture ) – lượng lượng hỗn hợp 1.2.2 Nhiên liệu diesel sinh học ( Biodiesel) Biodiesel nhiên liệu dùng cho động diesel sản xuất từ nguyên liệu sinh học với thành phần hóa học chủ yếu methyl ester axit béo Tùy theo nguồn nguyên liệu khác mà nước sản xuất nhiều loại diesel sinh học khác đem trộn với diesel truyền thống theo tỷ lệ quy định tiêu chuẩn sản phẩm B5 (5%diesel sinh học,95% diesel dầu mỏ), B10 (10%diesel sinh học, 90% diesel dầu mỏ), B20( 20% diesel sinh học, 80% diesel dầu mỏ) … Biodiesel manh nha từ sớm vào năm 1853 nhờ cơng trình nghiên cứu E.Dufy J.Patrick chuyển hóa este dầu thực vật, biodiesel thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho mắt động Diesel chạy dầu lạc, sau ngày 10/08 chọn ngày biodiesel quốc tế Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho đời xe Etanol Nhưng xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch có giá rẻ nên nhiên liệu sinh học chưa coi trọng Nhưng thời gian gần đây, giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch đe dọa yêu cầu thiết chống biến đổi khí hậu tồn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành nhu cầu thiết thực nhân loại Tóm lại, hiểu cách tổng quát diesel loại nhiên liệu dùng cho động diesel Dựa theo nguồn gốc, chia diesel thành loại: - Petrodiesel (thường gọi tắt diesel) loại nhiên liệu lỏng thu chưng cất dầu mỏ phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0C đến 370 0C thành phần chủ yếu hidrocacbon từ C16 ÷ C21 - Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật (cỏ, tảo, Jatropha, cao su…) hay mỡ động vật Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải cháy điều kiện thường có độ nhớt cao, số loại có số axit lớn nên chúng dùng trực tiếp cho động mà chúng cần phải chuyển hóa thành Monoankyl – Este đem sử dụng Theo phương diện hóa học, biodiesel metyl este axit béo (trong đó, thành phần tạo lượng chủ yếu gốc hidrocacbon Nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel bao gồm loại dầu thực vật mỡ động vật: Các loại dầu thực vật phục vụ cho việc sản xuất biodiesel Việt Nam trình bày Bảng 1.2 Bảng 1.2 Các nguồn để sản xuất BIODIESEL Dầu Cọ Từ 10 năm trước trồng Long An, đạt dầu /ha Tuy nhiên có số khó khăn: trồng qui mơ lớn hiệu cần đầu tư dây chuyền xử lý sau thu hoạch hạt chứa men lipase phân hủy dầu vòng 24 thành este glycerin nên cần diệt men lipase (bằng nồi hơi); dầu cọ khơng khó trồng cần mưa quanh năm – khó đạt Việt Nam Hiện không phát triển Vừng Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, trồng đại trà Nghệ An, Thanh Hóa, Gia Lai, An Giang Vừng chủ yếu xuất sang Nhật (cả hạt dầu) Dừa Diện tích 180000 ha, suất dầu thấp, tối đa đạt dầu/ha, 1/4 so với dầu cọ Sản lượng dầu ép khơng cao dừa hiệu nông dân sản phẩm khác cơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ gỗ dừa… Đậu nành Được trồng phổ biến miềm bác, hạt thu mua dân 5000 đ/kg, đậu nành nhập từ Mỹ 3500 đ/kg ( kể thuế nhập khẩu) Hướng dương Trồng thử nghiệm Củ Chi (đạt khoảng 2,5 /ha), Lâm Đồng ( đạt 3,5 – tấn/ha) Khi trồng thử nghiệm hệ lai, suất tăng đáng kể Do hướng dương trở thành nguồn ngun liệu có triển vọng Bơng vải Theo sách Nhà nước tự túc 70% nguyên liệu dệt may, diện tích trồng bơng phát triển nhanh chóng Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng 33000 ha, 60000ha 120000ha Dầu hạt bơng cải nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel ta chưa loại độc tố gossypol nên dùng để sản xuất dầu ăn Cây Jatropha Theo mục tiêu Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (NN-PTNT) giai đoạn 2008-2010 trồng thử nghiệm, khảo nghiệm khoảng 30.000 Jatropha, năm 2015 mở rộng khoảng 300.000 năm 2025 đạt tới 500.000 Nước ta nước nông nghiệp hàng năm phải nhập lượng lớn dầu thực vật để tinh luyện phục vụ nhu cầu nước xuất Sở dĩ giá mua nguyên liệu hạt, có dầu nước ta đơi cao so với giá nhập dầu thực vật thơ từ nước có tiềm Malayxia, Mỹ…Do ta nên định hướng nghiên cứu sản xuất biodiesel từ loại dầu thực vật khơng có giá trị thực phẩm có giá thành thấp dầu bơng, dầu hạt cao su, dầu hạt Jatropha… Mỡ động vật chia làm nhóm : mỡ động vật cạn mỡ động vật nước: - Mỡ động vật cạn chứa nhiều axit béo no, chủ yếu palmaitic axit stearic Mỡ động vật cạn chứa nhiều axit béo thuộc nhóm omega - hơn, khơng có omêga-3 nên thường trạng thái rắn điều kiện nhiệt độ thường - Mỡ động vật nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhóm omêga-3 tương đối lớn, thể lỏng điều kiện nhiệt độ thường Dầu diesel truyền thống biết tên gọi dầu DO, chứa hydrocacbon nằm phân đoạn kerosen phân đoạn trung bình trình lọc dầu, tức khoảng nhiệt độ sôi từ 200oC đến 350oC Công dụng diesel làm nhiên liệu cho động đốt với tính chất cháy đặc trưng khả tự cháy, biểu thị trị số cetan Hydrocacbon có mạch n-parafin dài trị số cetan cao, ngược lại, hydrocacbon thơm, nhiều vòng có trị số cetan thấp Hexadecan n-C16H34 có trị số cetan 100 alpha-methylnapthalen C11H10 có trị số cetan Xu diesel hóa động đốt dựa ưu điểm diesel so với xăng 10 * Initialization (điều kiện ban đầu): Thể cụ thể hình 3.15, gồm hai liệu cần phải xác định sau: Hình 3.15 Khai báo điều kiện ban đầu - Initial Condition at EO (điều kiện buồng cháy thời điểm xupáp thải mở) bao gồm tham số sau: +) Pressure (áp suất cuối trình cháy); +) Temprature (nhiệt độ cuối trình cháy); - Initial Gas Composition (điều kiện ban đầu hỗn hợp khí) bao gồm tham số sau: +) Ratio Value (giá trị tỷ lệ giữ nhiên liệu không khí) thơng thường giá trị lấy từ 20 đến 25 tuỳ theo loại động cơ; +) Fuel Vapour (lượng nhiên liệu hoá hơi); +) Combustion Products (sản phẩm cháy) * Combustiom (mơ hình cháy); bao gồm tham số sau: - Heat Release (nhiệt lượng toả trình cháy); - Fuelling (lượng nhiên liệu cấp chu trình) đựơc xác định hai tham số sau: +) Fuel Mass (khối lượng nhiên liệu cấp cho chu trình) 65 +) A/F Rate (tỷ lệ khơng khí nhiên liệu) Hình 3.16 Khai báo mơ hình cháy - In Cylinder Evaporation (nhiệt hoá nhiên liệu bên xylanh) xác định tham số sau: +) Evaporation Heat (nhiệt hoá hơi) +) Heat From Wall (nhiệt từ thành xylanh) * Vibe 2-Zone 66 Hình 3.17 Khai báo quy luật tỏa nhiệt * Chamber (buồng cháy phụ); mơ hình động có buồng cháy phụ cần phải bổ sung thêm tham số Chember Volume (thể tích buồng cháy phụ) liệu sau: General (dữ liệu chung), phần cần xác định tham số đường kính buồng cháy, chiều dài buồng cháy, hệ số cản dòng, nhiệt độ thành, hệ số truyền nhiệt; Initialization (điều kiện ban đầu), bao gồm tham số đặc trưng áp suất nhiệt độ, tỷ lệ A/F, nhiên liệu, sản phẩm cháy; Combustion (mơ hình cháy), buồng cháy phụ lựa chọn vài mơ hình * Heat Transfer (truyền nhiệt): Thể hình 3.17, truyền nhiệt buồng cháy tính theo mơ hình chọn cần xác định tham số diện tích, nhiệt độ pittơng, xylanh 67 Hình 3.18 Khai báo thơng số truyền nhiệt c) Chạy mơ hình Sau khai báo xong thông số cần thiết cho mơ hình, kiểm tra lỗi mơ hình thơng qua dòng lệnh phía hình bắt đầu cho chạy mơ hình việc nhấn vào dòng lệnh Simulation cơng cụ hình BOOST chọn run sau chọn tên chương trình chạy để BOOST lưu kết theo tên mà đặt trước (trong hộp thoại Mode, xây dựng nên case sau chạy cho lưu vào case có) Hình 3.19 Chạy mơ hình 68 3.3 Kết tính tốn mơ 3.3.1 Đánh giá thông số nhiệt động a) Đồ thị công Khi thây DME cho nhiên liệu diesel với tỉ lệ khác áp suất xylanh giảm Kết mô thay DME với tỉ lệ khác biểu thị hình 3.21 Hình 3.21 Đồ thị áp suất xylanh động phun DME vào đường nạp tốc độ n = 1600 (vg/ph) Nhìn đồ thị cho thấy tăng tỉ lệ thay nhiên liệu DME áp suất động giảm, điều làm giảm độ ồn giúp động hoạt động êm dịu d) Nhiệt độ động Hình 3.23 Đồ thị biểu thị nhiệt độ xylanh động phun DME vào đường nạp tốc độ n = 1600 (vg/ph) 69 Nhìn vào đồ thị cho thấy nhiệt độ động giảm tăng tỉ lệ thay nhiên liệu DME giúp cho động hoạt động ổn định có độ bền cao c) Tốc độ tỏa nhiệt động H ình 3.22 Đồ thị biểu thị tốc độ tỏa nhiệt xylanh động phun DME vào đường nạp tốc độ n = 1600 (vg/ph) Phân tích đồ thị cho thấy tăng tỉ lệ thay nhiên liệu DME tốc độ tỏa nhiệt động giảm Điều lý giải nhiệt trị DME thấp nhiệt ẩn hóa (đktc) cao so với diesel 3.3.2 Đánh giá tiêu kinh tế - kĩ thuật động a) Công suất động Khi thay DME cho nhiên liệu diesel với tỉ lệ khác cơng suất động giảm Kết mơ tính tốn cơng suất thay DME với tỉ lệ khác đơng làm việc theo đặc tính tải (100% tải) tốc độ n = 1200 (vg/ph), n = 1600 (vg/ph) n = 2000 (vg/ph) thể hình 3.20 70 Hình 3.20 Đồ thị cơng suất động phun DME vào đường nạp chế độ 100% tải Phân tích đồ thị hình 3.20 cho thấy thay phần nhiên liệu diesel cách bổ sung DME vào đường nạp, công suất động giảm 2,69 ÷ 2,82 % sử dụng DME5 giảm 5,01 ÷ 5,43 % sử dụng DME 10 Mức giảm công suất động không thay đổi nhiều tăng lượng DME thay b) Suất tiêu hao nhiên liệu động Khi thay DME cho nhiên liệu diesel với tỷ lệ khác suất tiêu hao nhiên liệu diesel động giảm Kết mơ tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu diesel thay DME với tỷ lệ khác động làm việc theo đặc tính tải tốc độ n = 1200 (vg/ph), n = 1600 (vg/ph) n = 2000 (vg/ph) thể Hình 3.24, Hình 3.25 Hình 3.26 71 Hình 3.24 Suất tiêu hao nhiên liệu diesel động phun DME vào đường nạp tốc độ n = 1200 (vg/ph) Hình 3.25 Suất tiêu hao nhiên liệu diesel động phun DME vào đường nạp tốc độ n = 1600 (vg/ph) 72 Hình 3.26 Suất tiêu hao nhiên liệu diesel động phun DME vào đường nạp tốc độ n = 2000 (vg/ph) Phân tích đồ thị hình 3.24, hình 3.25 hình 3.26 cho thấy thay phần nhiên liệu diesel cách bổ sung DME vào đường nạp, suất tiêu hao nhiên liệu diesel động tăng tối đa 1,03% tải thấp giảm tối đa 0,4% tải cao Vậy tải cao lượng tiêu hao nhiên liệu diesel giảm bổ sung DME vào đường nạp phù hợp với động diesel ISUZU 4BD1T thường dùng cho xe tải nhỏ 3.3.3 Đánh giá tiêu môi trường động a) Đánh giá phát thải NOx Các kết tính tốn mô đánh giá phát thải NOx động ISUZU 4BD1T hoạt động theo đặc tính tải tốc độ n = 1200 (vg/ph), n = 1600 (vg/ph) n = 2000 (vg/ph) với loại nhiên liệu diesel, DME5 DME10 thể Hình 3.27, Hình 3.28 Hình 3.29 73 Hình 3.27 Phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu diesel DME theo đặc tính tải (n = 1200 (vg/ph)) Hình 3.28 Phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu diesel DME theo đặc tính tải (n = 1600 (vg/ph) 74 Hình 3.29 Phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu diesel DME theo đặc tính tải (n = 2000 (vg/ph)) Phân tích đồ thị hình 3.27, hình 3.28, hình 3.29 cho thấy tăng tỷ lệ thay nhiên liệu DME phát thải NOx giảm Tỷ lệ phát thải NOx giảm 3,2 ÷ 6% sử dụng DME5, 7,1 ÷ 11,4% sử dụng DME10 Điều lý giải tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu lý thuyết DME nhỏ so với nhiên liệu diesel làm thu nhỏ vùng lửa xi lanh dẫn đến làm giảm phát thải NOx b) Đánh giá phát thải PM Các kết tính tốn mơ đánh giá phát thải PM động ISUZU 4BD1T hoạt động theo đặc tính tải tốc độ n = 1200 (vg/ph), n = 1600 (vg/ph) n = 2000 (vg/ph) với loại nhiên liệu diesel, DME5 DME10 thể Hình 3.30, Hình 3.31 Hình 3.32 75 Hình 3.30 Phát thải PM động sử dụng nhiên liệu diesel DME theo đặc tính tải (n = 1200 (vg/ph) Hình 3.31 Phát thải PM động sử dụng nhiên liệu diesel DME theo đặc tính tải (n = 1600 (vg/ph) 76 Hình 3.32 Phát thải PM động sử dụng nhiên liệu diesel DME theo đặc tính tải (n = 2000 (vg/ph) Phân tích đồ thị hình 3.30, hình 3.31, hình 3.32 cho thấy tăng tỷ lệ thay nhiên liệu DME phát thải PM giảm Tỷ lệ phát thải PM giảm 4,76 ÷ 14,3% sử dụng DME5, 9,52 ÷ 25,36% sử dụng DME10 Điều lý giải DME có hàm lượng ơxy cao với khơng có mối liên kết C-C phân tử dẫn đến trình cháy hình thành muội than 77 KẾT LUẬN Qua trình thực đồ án em thu kết sau: Đã tìm hiểu nhiên liệu DME nhiên liệu thay thể cho nhiên liệu hóa thạch Đã phân tích phương pháp cung cấp DME cho động diesel qua lựa chọn phương pháp cấp DME vào đường nạp Đã tìm hiểu sử dụng phần mềm AVL Boost để mô động diesel ISUZU 4BD1T Dùng kết mô phần mềm em phân tích đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ DME thay đến tiêu kinh tế, lượng môi trường động diesel ISUZU 4BD1T làm việc theo đường đặc tính tải chế độ tốc độ khác Kết mô cho thấy: - Công suất động giảm khơng đáng kể khoảng 2,69 ÷ 5,43% - Suất tiêu hao nhiên liệu tăng nhẹ tải thấp giảm nhẹ tải cao tăng tỉ lệ DME thay - Phát thải NOx giảm dần từ 3,2 ÷ 11,4% tăng tỉ lệ DME thay - Phát thải PM giảm dần từ 4,76 ÷ 25,36% tăng tỉ lệ DME thay Từ kết phân tích cho thấy DME có tính chất phù hợp nhiều ưu điểm để sử dụng làm nhiên liệu thay giúp giảm phát thải nâng cao tính kinh tế nhiên liệu cho động diesel Mong nhiên liệu DME sử dụng phổ biến tương lai gần 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO NGUYỄN TẤT TIẾN: Nguyên lý động đốt trong, Nhà xuất Giáo dục năm 2000 KHỔNG VŨ QUẢNG: Mơ q trình nhiệt động trao đổi chất động phần mềm BOOST, Luận văn cao học, Trường ĐHBKHN 2000 LÊ VIẾT VƯỢNG: Lý thuyết động diezel, Nhà xuất Giáo dục 2000 AVL; Thermodynamic cycle simulation Boost, Primery, Version 3.2 1998 AVL; Thermodynamic cycle simulation Boost, Boost user’s guide, version 3.2 1998 AVL: BOOST v4.0, Boost user’s guide Zhen Huang, Xinqi Qiao, Wugao Zhang, Junjun Wu, Junjun Zhang (2009) – Dimethyl ether as alternative fuel for CI engine and vehice Front Energy Power Eng China, Vol 3(1) DOI 10.1007/s11708-009-0013-1 AVL List GmbH (2012), Technical Documents & Operating Manual for UTT Project AVL List GmbH (2014), Bobcat 2.0 Software User’s Guide 10 AVL List GmbH (2004), Eddy Current Dynamemeters/Alpha 160 11 AVL List GmbH (2015), AVL Seam i60 User’s Guide 12 AVL List GmbH (2015), AVL Pre-filter G-02 User’s Guide 13 AVL List GmbH (2012), AVL Consyscool S200 User’s Guide 14 AVL List GmbH (2010), AVL Flowmeter PLU 160 Instruction Manual 15 Testo (2011), Testo 350 – Flue gas analyzer/instruction manual 16 AVL List GmbH (2012), AVL Smoke Meter415SE User’s Guide 79 ... rãi nước công nghiệp phát triển hãng ô tô đại Tại Việt Nam phần mềm số cán sinh viên nghiên cứu ứng dụng Được hướng dẫn tận tình tiến sĩ Ngyễn Cơng Đồn, em hồn thành đồ án tốt nghiệp: “Khảo sát... 120000ha Dầu hạt cải nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel ta chưa loại độc tố gossypol nên dùng để sản xuất dầu ăn Cây Jatropha Theo mục tiêu Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (NN-PTNT)... tuổi thọ động dài nguồn nguyên liệu lấy từ sản phẩm phế thải nơng nghiệp, thủy sản nên tái sinh nhanh, góp phần tăng giá trị nơng nghiệp, sử dụng lao động dôi dư, đất cằn cỗi, giảm nhập tốn ngoại