NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU BIODIESEL TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN MẠNH CƢỜNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU BIODIESEL TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS TRẦN VĂN NAM Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS DƢƠNG VIỆT DŨNG Phản biện 1: Phản biện 2: Luận án bảo vệ Hội đồng bảo vệ Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí động lực họp Đại học Đà Nẵng vào ngày….tháng….năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Trung tâm Thông tin - Tư liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện quốc gia Việt Nam -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Có thể nói việc tìm kiếm, nghiên cứu sử dụng dạng nhiên liệu sinh học thay nhiên liệu hóa thạch truyền thống cạn kiệt dần để đảm bảo tăng trưởng kinh tế bảo vệ môi trường trở nên thiết hết, trở thành sách hàng đầu chiến lược phát triển kinh tế quốc gia Vì việc tìm nguồn lượng có khả tái tạo thân thiện với môi trường điều quan trọng cần thiết Do nhiên liệu biodiesel có khác biệt tính chất hóa-lý đặc tính cháy so với nhiên liệu diesel truyền thống nên tác động đến thông số đặc trưng trình cháy tiêu kinh tế, lượng, mơi trường động diesel Chính vậy, giới hạn nghiên cứu Việt Nam, thấy việc “Nghiên cứu trình cháy nhiên liệu biodiesel động đốt trong” mang tính cấp thiết bối cảnh nay, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá đặc trưng trình cháy nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su động diesel; Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ biodiesel thay đến tiêu kinh tế, kỹ thuật, phát thải thông số vận hành động diesel; Đưa khuyến cáo sử dụng biodiesel cho động diesel hoạt động đạt hiệu nâng cao công sử dụng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: - Động diesel Mazda WL-Turbo kỳ, xylanh thẳng hàng, buồng cháy phụ (hình trụ nối chỏm cầu) lắp ô tô Mazda 2500 Ford Ranger, sử dụng tương đối phổ biến giao thông đường Việt Nam - Hỗn hợp nhiên liệu biodiesel nguồn gốc từ dầu hạt cao su có tỷ lệ pha trộn 15%, 20%, 25%, 30% (B15, B20, B25, B30) DO (diesel truyền thống)  Phạm vi nghiên cứu: - Về lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết q trình cháy phân tích mơ hình tốn để ứng dụng mơ sử dụng phần mềm mô ANSYS FLUENT Trong mô phỏng, mô số chế độ tải số vòng quay động diesel thường sử dụng cụ thể là: Chế độ tải 25%, 50%, 75% tương ứng với mức tải nhỏ, tải trung bình, tải lớn số vòng quay 1500 v/ph 2250 v/ph -2- - Về thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm động diesel Mazda WL chế độ tải 25%, 50%, 75% tương ứng với số vòng quay từ 1000 v/ph đến 3000 v/ph Thực nghiệm nội soi buồng cháy động Mazda WL với loại nhiên liệu diesel truyền thống (DO) biodiesel chế độ 75% tải số vòng quay 2250 v/ph Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu sở lý thuyết tính chất đặc điểm trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel Nghiên cứu lựa chọn mơ hình tốn phần mềm mơ Nghiên cứu mơ q trình cháy động diesel sử dụng biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su phần mềm mô ANSYS FLUENT Thực nghiệm băng thử công suất động cơ, đo diễn biến áp suất buồng cháy động từ phân tích đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu diesel sinh học đến đặc tính cháy, đặc tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel Thực nghiệm nội soi buồng cháy động Mazda WL với loại nhiên liệu diesel truyền thống (DO) biodiesel nhằm quan sát đánh giá đặc tính cháy Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án kết hợp chặt chẽ nghiên cứu lý thuyết, mô với nghiên cứu thực nghiệm Tên đề tài “Nghiên cứu trình cháy nhiên liệu biodiesel động đốt trong” Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Luận án xác định yếu tố trình cháy từ liệu diễn biến áp suất buồng cháy Luận án xây dựng mối quan hệ thông số vận hành Đây đường đặc tính sở nhằm hỗ trợ cho việc nâng cao tỷ lệ diesel sinh học thực tế Ý nghĩa thực tiễn: Luận án cung cấp liệu cụ thể từ kết nghiên cứu để đưa định hướng khoa học sử dụng nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su làm nhiên liệu thay động diesel lưu hành Việt Nam Các kết nghiên cứu luận án sở khoa học góp phần xây dựng tiêu chuẩn nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Bố cục luận án Luận án kết cấu gồm nội dung sau: Mở đầu; Chương 1: Tổng quan; Chương 2: Cơ sở lý thuyết; Chương 3: Nghiên -3- cứu thực nghiệm; Chương 4: Kết thảo luận; Kết luận hướng phát triển Những đóng góp mặt khoa học luận án 1- Luận án xây dựng thành cơng mơ hình mô động diesel Mazda WL phần mềm ANSYS FLUENT Thơng qua mơ hình xây dựng phân tích, đánh giá đặc trưng q trình cháy nhiên liệu biodiesel động đốt trong, đồng thời sở để giải thích, định hướng đánh giá kết thực nghiệm 2- Bằng mô luận án dự báo thay đổi thơng số đặc trưng q trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel mặt qui luật Đồng thời, hệ số hiệu chỉnh q trình cháy mơ ANSYS FLUENT nhiên liệu biodiesel có tỷ lệ từ B15 đến B30 cụ thể sau:  Áp dụng mơ hình cháy J Abraham cần hiệu chỉnh thơng số tốc độ tỏa nhiệt: hệ số giãn dòng C’d=1,18Cd; hệ số số mũ đặc trưng cho tốc độ cháy a’=0,86a; thông số dạng cháy m’= 1,14m  Áp dụng mơ hình Shell để tính tốn thời gian cháy trễ đề xuất Kong Reitz, thay đổi thời gian cháy trễ Af4 từ mơ hình cháy trễ quan hệ theo phương trình f  A exp  E / RT  O x  RHy4 Hệ số hiệu f4 f4 chỉnh trình cháy Ef4 nhiên liệu biodiesel ảnh hưởng số cetane mô 3- Bằng thực nghiệm luận án đặc trưng q trình cháy nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su động diesel Mazda WL với tỷ lệ phối trộn B15, B20, B25 B30 đánh giá ảnh hưởng tính chất, tỷ lệ pha trộn đến tiêu kinh tế, kỹ thuật, phát thải thông số vận hành động diesel Kết thực nghiệm nội soi buồng cháy đặc điểm diễn biến trình cháy biodiesel tương đồng so với nhiên liệu diesel Kết hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu mô thực nghiệm luận án 10 Hạn chế luận án Luận án chưa nghiên cứu ảnh hưởng quy luật cung cấp nhiên liệu đến tính động diesel sử dụng biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học biodiesel 1.1.1 Giới thiệu chung nhiên liệu sinh học -4- Nhiên liệu sinh học (NLSH) gồm có nhiều loại xăng sinh học (biogasoline), diesel sinh học (biodiesel) khí sinh học (biogas) - loại khí tạo thành phân hủy yếm khí chất thải nông nghiệp, chăn nuôi lâm nghiệp 1.1.2 Giới thiệu chung biodiesel 1.1.2.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel Nguồn biodiesel sản xuất từ nhiều dạng khác nhau, tổng hợp số nguyên liệu như: Dầu thực vật, Mỡ động vật, Dầu phế thải từ nhà máy chế biến dầu, mỡ tảo 1.1.2.2 Phương pháp tổng hợp biodiesel Đã có bốn phương pháp tổng hợp biodiesel nghiên cứu để giải vấn đề độ nhớt cao là: pha lỗng, nhiệt phân, cracking xúc tác chuyển hóa este dầu thực vật [11] 1.1.2.3 So sánh tính chất biodiesel diesel khoáng 1.1.2.4 Tiêu chuẩn chất lượng biodiesel 1.2 Tổng quan biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su 1.2.1 Đặc điểm chung cao su dầu hạt cao su Theo hiệp hội cao su Việt Nam diện tích sản lượng cao su Việt Nam thống kê sơ đến năm 2015 có triệu [113] Hình 1.1: Hình ảnh cây, dầu hạt cao su 1.2.2 Đặc điểm tính chất hóa học dầu hạt cao su Bảng 1.3: Thành phần phần trăm hoá học nhân hạt cao su [3] STT Tên Myristic Palmitic Palmitoleic Stearic Oleic Linoleic Linolenic Arachidic Ký hiệu 14:0 16:0 16:1 18:0 18:1 18:2 18:3 20:0 1.2.3 Đặc điểm tính chất vật lý dầu hạt cao su Thành phần, % 0,08 9,27 0,14 10,58 26,64 34,92 17,80 0,57 -5- Bảng 1.4: Một số tính chất hố lý dầu hạt cao su [7], [15] Tính chất Tỷ trọng (25oC) Độ nhớt, cSt Hàm lượng chất khơng xà phịng Chỉ số xà phịng hố, mg KOH/g Chỉ số axit, mg KOH/g Chỉ số peroxide, mEq/1000g dầu Chỉ số iod, g I2/100g Điểm chớp cháy, oC Điểm cháy, oC Chỉ số khúc xạ Nhiệt trị, MJ/kg Giá trị 0,943 66 1,20% 192,016÷226,12 32,02÷37,69 10,4 142,45÷144,231 218,5oC 347,4oC 1,4709 37,5 1.3 Tình hình sản xuất sử dụng biodiesel 1.3.1 Tình hình sản xuất sử dụng biodiesel giới Tại Ấn Độ phát triển biodiesel quy mô công nghiệp bắt đầu thực từ năm 2003 Các nước sản xuất nhiều diesel sinh học Đông Nam Á Malaysia, Indonexia Thái Lan [95] Hình 1.4: Sản lượng diesel sinh học châu Âu [112] 1.3.2 Tình hình sản xuất sử dụng biodiesel Việt Nam Hiện nay, đồng sơng Cửu Long có công ty Agifish - An Giang với công suất 10.000(tấn/năm); công ty Minh Tú - Cần Thơ với công suất 300(lít/giờ); cơng ty thương mại thủy sản Vĩnh Long với cơng suất 500.000 (tấn/năm) 1.4 Tình hình nghiên cứu q trình cháy biodiesel 1.4.1 Trên giới 1.4.2 Tại Việt Nam Nhận xét: Hầu hết nghiên cứu giới diesel sinh học có kết luận chung tính chất nguồn gốc nhiên liệu biodiesel có ảnh hưởng định đến đặc tính phát thải động [36], [41], [42], [46], [56], [76], [77], [89], [93], [101], [102] Một số nghiên cứu khác tập trung vào mơ so sánh với thực nghiệm tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải [26], [73], [79], -6- [88], [94] Các nghiên cứu giới trình cháy nhiên liệu biodiesel [30], [40], [47], [51], [87], [96], [106] Tuy nhiên, nghiên cứu thường tập trung vào biodiesel có nguồn gốc từ ưu nguồn cung khả tái tạo đất nước họ Chưa có đề tài nghiên cứu trình cháy động diesel sử dụng nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su với tỷ lệ B15, B20, B25 B30 so sánh với diesel khống sản (DO) Chính vậy, nghiên cứu q trình cháy nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su động diesel mang tính cấp thiết, phù hợp với điều kiện Việt Nam 1.5 Kết luận chƣơng  Việc nghiên cứu đặc trưng trình cháy kết hợp quan sát diễn biến trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel chưa nghiên cứu đầy đủ chuyên sâu Nhưng lại hướng nghiên cứu quan trọng ứng dụng biodiesel thay cho diesel truyền thống sử dụng cho động diesel  Luận án tập trung nghiên cứu trình cháy nhiên liệu biodiesel: Tỷ lệ pha trộn biodiesel B15, B20, B25, B30 có nguồn gốc từ dầu hạt cao su Động diesel Mazda WL-Turbo kỳ, xylanh thẳng hàng, buồng cháy ngăn cách Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết d ng chả rối Trong mơ hình rối k   , phương trình xây dựng sau: Theo giả thiết độ nhớt rối Boussinesq [5], ta có:  u u j    (2.3)    k   ui    u 'u '    i  i 2.2 j t  x  j xi   i xi  ij thu ết tr nh chá 2.3 Lý thuyết cháy hỗn hợp khơng hịa trộn trƣớc 2.3.1 Lý thuyết thành phần hỗn hợp a Định nghĩa thành phần hỗn hợp Thành phần hỗn hợp viết dạng thành phần khối lượng nguyên tử sau: Zi  Zi,ox (2.6) f Zi,fuel  Zi,ox b Các phƣơng tr nh chu ển thành phần hỗn hợp Phương trình giá trị trung bình kiểu Favre (trung bình theo trọng số khối lượng riêng) thành phần hỗn hợp viết sau: -7-  (2.9) f   .vf   .  t f   Sm  Suser t  t  c Thành phần hỗn hợp theo hệ số tƣơng đƣơng ( ) ự ế  ( ) ( )ý ế d Mối quan hệ f với thành phần khối lƣợng, khối lƣợng riêng nhiệt độ 2.3.2 Mô hình tương tác rối hóa học a Mơ tả hàm mật độ xác suất H nh 2.3: Biểu diễn đồ thị hàm mật độ xác suất p(f) b Đạo hàm giá trị đại lƣợng trung bình từ thành phần hỗn hợp tức thời c Dạng giả định hàm pdf - Hàm pdf delta kép Hàm pdf delta kép cho bởi: 0,5   p(f )  0,5    , f f  f '2 , f f  f '2 , (2.24) truong hop khac 2.3.3 Mơ hình tia phun nhiên liệu Với giả thuyết: Hỗn hợp nhiên liệu phun vào buồng cháy bốc hồn tồn 2.3.4 Mơ hình cháy Theo quy luật cháy Vibe kép tốc độ tỏa nhiệt thể qua phương trình sau [61] m  SOC   CD     SOC   a  dQf  Qf ,total a(m  1)   e d  CD  m1 (2.50) Mơ hình cháy trễ Kong Reitz: Thời gian cháy trễ theo Heywood cho biểu thức [61] -8E   id  Ap n exp  ~ A  (ms)  RT  2.3.5 Mơ hình phát thải Mơ hình hình thành bồ hóng: Mơ hình hình thành NOx: Mơ hình phát thải HC: Mơ hình phát thải CO: 2.4 Mơ hình hóa q trình cháy biodiesel động diesel 2.4.1 Giới thiệu mô CFD phần mềm ANSYS FLUENT 2.4.2 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi chế độ mô  Chế độ mô lần lƣợt đƣợc thực nhƣ sau: Bước 1: Nhập thông số đầu vào tương ứng động hoạt động số vịng quay 1500(v/ph) 2250(v/ph) với góc phun sớm 10oTK trước ĐCT, áp suất phun 114(bar) Bước 2: Nhập mơ hình nhiên liệu tương ứng với DO, B15, B20, B25, B30 Với nhiên liệu, thay đổi gct tương ứng với mức tải 25%, 50% 75% Bước 3: Chạy mơ hình tính tốn tiến hành ghi lại kết diễn biến trình cháy, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải 2.4.3 Tính tốn mơ với phần mềm ANSYS FLUENT 2.4.3.1 Kích thước hình học mơ hình H nh 2.8: Chia lƣới buồng chá ngăn cách động Mazda W Turbo Với tính chia lưới tự động (Automatic Method), kiểu lưới Tứ giác/Tam giác (Quad/Tri), lưới thuộc loại lưới động, mơ hình lưới buồng cháy gồm 9917 nút 9677 phần tử thể hình 2.8 2.4.3.2 Cài đặt thơng số mơ hình Chọn phƣơng pháp giải (Solver): Chọn thiết lập mơ hình tốn: Chọn mơ hình cháy: Non-Premixed Combustion Chọn vật liệu Materials: hỗn hợp PDF Talbe vừa tạo - 12 - Bảng 2.9: So sánh giá trị phát thải NOx nhiên liệu theo mô T.số n Tải DO (v/ph) (%) 25 368 1500 50 495 (v/ph) NOx 75 476 (ppm) Trung bình theo mơ 25 307 2250 50 638 (v/ph) 75 598 Trung bình Trung bình chung Thành phần nhiên liệu B15 TĐ.(%) B20 TĐ.(%) B25 TĐ.(%) B30 TĐ.(%) 382 3,80 391 6,25 396 7,61 403 9,51 507 2,42 523 5,66 541 9,29 557 12,53 485 507 324 8,82 8,58 5,54 534 319 6,51 6,14 3,91 518 312 1,89 2,71 1,63 12,18 11,41 7,17 647 1,41 659 3,29 671 5,17 682 6,90 617 3,18 630 5,35 641 7,19 660 10,37 2,07 2,39 4,18 5,16 329 5,97 7,27 8,14 9,78  Độ mờ khói Opacit (%Opac):  Thành phần phát thải CO (Carbon Monoxide):  Thành phần phát thải HC (Unburned Hydrocarbon): 2.5 Đánh giá độ xác mơ hình Kết sai lệch (MP-TN)/TN*100% đó: TN- Thực nghiệm; MP-Mơ Đánh giá độ xác mơ hình Bảng 2.13: So sánh sai lệch kết Ne, ge MP TN Tại số v ng qua động n = 1500 v/ph Công suất Ne (kW) Suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kW.h) Chế độ tải 75 (%) DO B15 B20 B25 B30 DO B15 B20 B25 B30 MP 21,85 21,63 21,28 20,94 20,47 330,25 332,71 335,41 340,19 345,15 TN 22,3 MP-TN (%) -2,02 22,07 21,86 21,61 21,35 321,21 323,16 325,69 327,39 328,69 -1,99 -2,65 -3,10 -4,12 2,81 2,96 2,98 3,91 5,01 MP Tại số v ng qua động n = 2250 v/ph 46,97 46,61 46,27 46,05 45,8 291,58 293,74 296,49 299,03 304,15 TN 48,3 48,1 47,7 47,36 47,11 281,49 MP-TN (%) -2,75 -3,10 -3,00 -2,77 -2,78 3,58 283,2 3,72 284,68 286,19 4,15 4,49 287,6 5,75 Kết cho thấy sai lệch chung mô thực nghiệm lớn chế độ tốc độ 5,75%, điều chấp nhận phổ biến thử nghiệm kỹ thuật 2.6 Kết luận chƣơng Đã xác định điều kiện biên hệ số để hiệu chỉnh mô hình mơ phần mềm ANSYS FLUENT nhiên liệu biodiesel - 13 - có nguồn gốc từ dầu hạt cao su có khác biệt số tính chất như: trị số cetane, độ nhớt động học, nhiệt trị Mơ hình có sai số 10% hoàn toàn đáp ứng đủ độ tin cậy cần thiết để tiến hành tính tốn phạm vi rộng sau Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 Mục tiêu đối tƣợng thực nghiệm 3.1.1 Mục tiêu thực nghiệm Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm luận án khảo sát, đánh giá đặc điểm trình cháy nhiên liệu biodiesel so sánh với nhiên liệu DO sử dụng động diesel Mazda WL 3.1.2 Đối tượng thực nghiệm  Động thực nghiệm Động thực nghiệm động Mazda WL-Turbo kỳ, xilanh, thông số động xem chương  Nhiên liệu thực nghiệm Nhiên liệu dùng cho nghiên cứu bao gồm loại: Hỗn hợp biodiesel B15, B20, B25 B30 có nguồn gốc từ dầu hạt cao su nhiên liệu diesel truyền thống DO (xem chương 2): 3.2 Bố trí lắp đặt thực nghiệm 3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3.2.2 Lắp đặt động thực nghiệm Hình 3.2: Lắp đặt động thực nghiệm 3.2.3 Bố trí lắp đặt thực nghiệm nội soi buồng cháy 3.2.4 Giới thiệu trang thiết bị phục vụ thí nghiệm 3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm 3.3.1 Điều kiện thực nghiệm 3.3.2 Nội dung chế độ thực nghiệm Bảng 3.4: nội dung chế độ thực nghiệm Nhiên liệu thực nghiệm Tốc độ động DO, B15, B20, B25 B30 Từ 1000 v/ph÷3000 v/ph bước nhảy: 250 v/ph - 14 Điều kiện tải Nội soi buồng cháy Số lần lặp lại cho điểm đo 25%, 50% 75% 2250 v/ph tải 75% lần, liệu áp suất trung bình 100 chu kỳ 3.3.3 Quy trình thực nghiệm 3.3.4 Điều kiện giới hạn thực nghiệm 3.4 Phân tích ếu tố tác động đến kết thực nghiệm 3.4.1 Ảnh hưởng hỗn hợp nhiên liệu 3.4.2 Ảnh hưởng thiết bị thí nghiệm 3.4.3 Ảnh hưởng sai số phân tích liệu thực nghiệm 3.5 Xử lý kết thực nghiệm 3.5.1 Phương pháp toán học xử lý kết thực nghiệm 3.5.2 Giới thiệu phần mềm Matlab/Simulink 3.5.3 Mã code chương trình tính toán phần mềm Matlab 3.6 Kết luận chƣơng Xuất phát từ mục tiêu luận án, chương tác giả trình bày đầy đủ qui trình thực nghiệm nhằm phân tích đánh giá đặc điểm trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO UẬN Luận án lựa chọn tập trung vào chế độ 75% tải số vịng quay 2250 v/ph để trình bày kết thảo luận 4.1 Đặc trƣng tr nh chá hỗn hợp biodiesel từ dầu hạt cao su động diesel Mazda W 4.1.1 Sự ổn định q trình cháy động Giá trị COV có giới hạn không 10% để đánh giá giới hạn ổn định trình cháy động xăng không 5% động diesel Khi tỷ lệ pha trộn biodiesel tăng lên tính ổn định cháy giảm thể giá trị COV tăng lên đồ thị hình 4.1 COV of IMEP (%) Hệ số biến thiên áp suất hiệu dụng thị trung bình n = 2250 v/ph Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar Giới hạn 5% 25% tải 50% tải 75% tải DO B15 B20 B25 B30 Thành phần nhiên liệu Hình 4.1: Ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu biodiesel đến COV of IMEP - 15 - 4.1.2 Biến thiên áp suất cháy xylanh động Kết thực nghiệm cho thấy, tăng tỷ lệ pha trộn biodiesel thời điểm bắt đầu trình tăng nhanh áp suất tương ứng với thời điểm kết thúc giai đoạn cháy trễ nhiên liệu biodiesel diễn sớm Áp suất cháy cực đại nhiên liệu biodiesel xuất sớm có giá trị thấp dần, tốc độ gia tăng áp suất DO lớn sau giảm dần tỷ lệ pha trộn diesel sinh học tăng lên thể hình 4.2 Diễn biến áp suất xylanh Xu hướng thay đổi pzmax theo thực nghiệm Thay đổi giá trị so với DO (%) 110 Áp suất xylanh (bar) 100 90 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar 80 70 Nén DO B15 B20 B25 B30 60 50 B15 B20 -5 10 B30 -2 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar -4 -6 y = -0,774x - 1,016 R² = 0,985 Xu hướng thay đổi pzmax theo thực nghiệm 40 -10 B25 15 -8 20 Thành phần nhiên liệu Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.2: Biến thiên áp suất xylanh theo thực nghiệm Hình 4.3: Xu hướng thay đổi pzmax DO biodiesel theo thực nghiệm  Áp suất chá cực đại (pzmax): Kết thực nghiệm thấy áp suất cực đại DO lớn sau giảm dần tăng tỷ lệ pha trộn biodiesel B15, B20, B25 B30 có giá trị thay đổi trung bình -1,72%, -2,54%, -3,5% -4,63% 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 -10 -10 Biến thiên tốc độ tỏa nhiệt theo thực nghiệm Xu hƣớng tha đổi HRRmax theo thực nghiệm B15 n = 2250 v/ph Tải 75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar DO B15 B20 B25 B30 Thay đổi giá trị so với DO (%) Tốc độ tỏa nhiệt HRR (J/độ) 4.1.3 Biến thiên tốc độ tỏa nhiệt xylanh động B20 B25 B30 -5 -10 -15 -20 y = -3.1634x - 3.5326 R² = 0.9957 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar -25 Xu hướng thay đổi HRRmax theo thực nghiệm -30 10 20 30 Thành phần nhiên liệu Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.4: Biến thiên tốc độ tỏa nhiệt xylanh theo thực nghiệm Hình 4.5: Xu hướng thay đổi HRRmax DO biodiesel theo thực nghiệm - 16 Kết thực nghiệm cho thấy, tốc độ tỏa nhiệt cực đại DO lớn sau giảm tăng tỷ lệ biodiesel, nhiên khác với giá trị áp suất cực đại, mức giảm trung bình tốc độ tỏa nhiệt cực đại tương đối lớn cụ thể -7,99%, -11,44%, -17,01% -21,25% tương ứng với B15, B20, B25 B30 So sánh giá trị tốc độ tỏa nhiệt cực đại thay đổi HRR max DO biodiesel theo thực nghiệm hình 4.5 4.1.4 Biến thiên nhiệt độ cháy xylanh động 2000 Biến thiên nhiệt độ chá theo thực nghiệm Xu hƣớng tha đổi Tmax theo thực nghiệm 1800 Nhiệt độ T (K) 1600 1400 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar 1200 1000 DO B20 B30 800 B15 B25 600 -15 -10 -5 10 15 20 25 30 35 40 Thay đổi giá trị so với DO (%) B15 B20 B25 B30 -3 -6 y = -1.8463x - 0.9989 R² = 0.9977 -9 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar -12 -15 Xu hướng thay đổi Tmax theo… Thành phần nhiên liệu Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.6: Biến thiên nhiệt độ cháy xylanh theo thực nghiệm Hình 4.7: Biến thiên nhiệt độ cháy xylanh theo thực nghiệm Kết thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ cháy cực đại DO lớn sau giảm dần tăng tỷ lệ biodiesel pha trộn B15, B20, B25, B30 -3,85%, -5,61%, -7,18%, -10,03% Xu hướng thay đổi nhiệt độ cháy cực đại DO biodiesel theo thực nghiệm hình 4.7 4.1.5 Tỷ lệ lượng nhiên liệu cháy MFBR khoảng thời gian cháy Tỷ lệ lượng nhiên liệu cháy MFB (Mass Fraction Burn) 1.00 Mass Fraction Burn; % 900 0÷10% mass fraction burn 800 DO 700 B15 600 B20 500 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar 400 300 B25 B30 200 100 00 -10 10 20 30 40 50 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.8: Biến thiên tỷ lệ lượng nhiên liệu cháy DO biodiesel - 17 - 39 Khoảng thời gian cháy theo tỷ lệ khối lượng cháy Khoảng thời gian cháy (0 ÷10%), độ TK 7.5 38 (0÷10%) MFB (10÷90%) MFB 6.5 37 36 35 5.5 34 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar 4.5 33 32 D0 B15 B20 B25 Khoảng thời gian cháy (10÷90%), độ TK  Khoảng thời gian chá : B30 Thành phần nhiên liệu Hình 4.9: Đồ thị so sánh thời gian cháy nhiên liệu DO biodiesel  Thời kỳ chá trễ Bảng 4.3: So sánh giá trị thời gian trình cháy theo thực nghiệm Thành phần nhiên liệu Đặc điểm thời gian trình cháy động diesel Mazda WL; n=2250 v/ph; tải 75% DO B15 B20 B25 B30 Thời điểm phun nhiên liệu-SOI (oTK TĐCT) 10 10 10 10 10 Thời điểm bắt đầu cháy-SOC (oTK trước ĐCT) 3,539 3,994 4,416 4,735 4,983 Thời gian cháy trễ (oTK) 6,461 6,006 5,584 5,265 5,017 Tha đổi thời gian chá trễ so với DO (oTK) 0,455 0,877 1,196 1,444 Khoảng thời gian cháy từ 0÷10% (oTK) 6,461 6,006 5,584 5,265 5,017 Khoảng thời gian cháy từ 10÷90% (oTK) 37,819 36,638 35,637 34,638 34,097 Khoảng thời gian cháy từ 0÷90% (oTK) 44,280 42,644 41,221 39,903 39,114 Tha đổi tổng thời gian chá 0÷90% so với DO (oTK) 1,636 3,059 4,377 5,166 4.1.6 Hiệu suất cháy Hiệu suất cháy (%) 99 Hiệu suất cháy với tỷ lệ thành phần nhiên liệu (%) 98.8 099 98.6 98.4 099 099 098 n = 2250 v/ph Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar 098 98.2 98 D0 B15 B20 B25 B30 Tỷ lệ thành phần nhiên liệu Hình 4.10: Đồ thị so sánh hiệu suất cháy DO biodiesel theo thực nghiệm Tổn thất trình cháy thường nhỏ 2% hiệu suất cháy thường lớn 98% Kết đồ thị hình 4.19 cho thấy, hiệu suất cháy DO thấp có giá trị 98,19%, hiệu suất cháy tăng lên tăng tỷ lệ biodiesel có giá trị 98,44%, 98,52%, 98,60% 98,65% tương ứng với B15, B20, B25 B30 - 18 - 4.1.7 Hiệu suất nhiệt Brake thermal efficiency BTE (%) 40.0 Hiệu suất nhiệt hiệu dụng (%) n=2250 v/ph n=1500 v/ph 30.0 20.0 10.0 Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar D0 B15 B20 B25 B30 Tỷ lệ thành phần nhiên liệu Hình 4.11: Đồ thị so sánh hiệu suất nhiệt DO biodiesel theo thực nghiệm 4.1.8 Nhiệt độ khí thải 500 Đặc tính nhiệt độ khí thải diesel/biodiesel chế độ tải 75% DO B15 B20 B25 B30 Nhiệt độ khí thải (°C) 460 420 380 Tải: 75% Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar 340 300 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 Số vịng quay động n (v/ph) Hình 4.12: Ảnh hưởng biodiesel đến nhiệt độ khí xả động theo thực nghiệm 4.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ biodiesel thay đến tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel 4.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ biodiesel đến tiêu kỹ thuật động Bảng 4.4: Giá trị công suất sử dụng DO biodiesel theo thực nghiệm T.số Thành phần nhiên liệu Tải (%) DO B15 TĐ.(%) B20 TĐ.(%) B25 TĐ.(%) 25 12,8 12,5 -2,34 12,3 -3,91 12,19 -4,77 1500 50 19,3 18,9 -2,07 18,7 -3,11 18,41 -4,61 (v/ph) 75 22,3 22,07 -1,03 21,86 -1,97 21,61 -3,09 Ne Trung bình -1,82 -3,00 -4,16 (kW) 25 5,37 5,29 -1,49 5,18 -3,54 5,15 -4,10 2250 50 31,4 30,9 -1,59 30,78 -1,97 30,46 -2,99 (v/ph) 75 48,3 48,1 -0,41 47,7 -1,24 47,36 -1,95 Trung bình -1,17 -2,25 -3,01 Trung bình chung -1,49 -2,62 -3,58 n (v/ph) B30 TĐ.(%) 12,03 -6,02 18,39 -4,72 21,35 -4,26 -5,00 5,08 -5,40 30,38 -3,25 47,11 -2,46 -3,70 -4,35 - 19 - Bảng 4.4 trình bày kết so sánh cơng suất động sử dụng DO với biodiesel theo thực nghiệm số vòng quay 1500 v/ph 2250 v/ph với chế độ tải trọng 25%, 50%, 75% 4.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ biodiesel đến tiêu kinh tế động Bảng 4.5: So sánh giá trị suất tiêu hao lượng động theo thực nghiệm T.số Thành phần nhiên liệu DO B15 TĐ.(%) B20 TĐ.(%) B25 TĐ.(%) 12902 12467 -3,37 12461 -3,42 11659 -9,63 13582 13201 -2,80 13203 -2,78 12380 -8,84 14049 13643 -2,89 13650 -2,84 12680 -9,75 -3,02 -3,01 -9,41 29428 28615 -2,76 28556 -2,97 26479 -10,02 14396 13997 -2,78 14109 -2,00 13124 -8,84 12312 11956 -2,89 11931 -3,09 11084 -9,97 -2,81 -2,68 -9,61 Trung bình Trung bình chung -2,91 -2,85 -9,51 n Tải (v/ph) (%) 25 1500 50 (v/ph) ee 75 (kJ/kW.h) Trung bình theo thực 25 nghiệm 2250 50 (v/ph) 75 TĐ.(%) -11,47 -11,07 -12,27 -11,60 26320 -10,56 12754 -11,41 10785 -12,40 -11,46 -11,53 B30 11423 12078 12326 4.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ biodiesel đến tiêu phát thải động  Phát thải NOx (Nitrogen Oxide): Bảng 4.6: So sánh giá trị phát thải NOx nhiên liệu theo thực nghiệm Thành phần nhiên liệu n Tải B15 TĐ.(%) B20 TĐ.(%) B25 TĐ.(%) B30 TĐ.(%) (v/ph) (%) DO 25 379 397 4,75 403 6,33 407 7,39 412 8,71 1500 506 534 5,53 545 7,73 566 11,86 578 14,23 NOx (v/ph) 50 75 488 511 4,75 538 10,16 545 11,68 565 15,78 (ppm) theo Trung bình 5,01 8,07 10,31 12,91 thực 25 316 324 2,53 327 3,48 330 4,43 334 5,70 nghiệm 2250 50 646 660 2,12 678 4,90 689 6,61 692 7,12 (v/ph) 75 614 641 4,32 661 7,61 675 9,89 695 13,15 Trung bình 2,99 5,33 6,98 8,65 Trung bình chung 4,00 6,70 8,64 10,78 1000 Ảnh hưởng tỷ lệ biodiesel đến thành phần phát thải NOx Thành phần khí xả NOx (ppm) T.số 900 DO B20 B30 800 B15 B25 700 600 500 Tải (75% tải) Góc phun: 10 độ TĐCT Áp suất phun 114 bar 400 300 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 Số vòng quay động - n (v/ph) Hình 4.15: Đặc tính thành phần phát thải NOx động theo thực nghiệm - 20 -  Độ mờ khói Opacity (%Opac): (hay cịn gọi bồ hóng soot) Đối với nhiên liệu biodiesel chứa thành phần oxy nhiên liệu, oxy yếu tố dẫn tới đẩy mạnh trình cháy khuếch tán xảy hồn tồn, yếu tố làm giảm lượng bồ hóng Bảng 4.8: So sánh giá trị bồ hóng %Opac nhiên liệu theo thực nghiệm T.số n Tải (v/ph) (%) DO 25 1,80 1500 50 8,80 OPAC (v/ph) 75 19,8 (%) theo Trung bình thực 25 1,20 nghiệm 2250 50 4,1 (v/ph) 75 9,23 Trung bình Trung bình chung Thành phần nhiên liệu B15 TĐ.(%) B20 TĐ.(%) B25 TĐ.(%) 1,70 -5,56 1,63 -9,44 1,61 -10,56 8,50 -3,41 8,20 -6,82 7,90 -10,23 19,4 -2,02 19,18 -3,13 18,75 -5,30 -3,66 -6,46 -8,70 1,15 -4,17 1,10 -8,33 1,00 -16,67 3,7 -9,76 3,50 -14,63 3,40 -17,07 8,8 -4,61 8,2 -11,11 -13,28 -6,18 -11,36 -15,67 -4,92 -8,91 -12,18 B30 TĐ.(%) 1,56 -13,33 7,70 -12,50 18,25 -7,83 -11,22 0,96 -20,00 3,20 -21,95 7,6 -17,62 -19,86 -15,54  So sánh kết phát thải động MP TN: Xu hƣớng tha đổi Opac MP TN Xu hƣớng tha đổi NOx MP TN Xu hướng thay đổi NOx theo MP Xu hướng thay đổi NOx theo TN 12 DO y = 2.6199x - 1.8343 R² = 0.9763 y = 2.4432x - 2.4102 R² = 0.9987 DO B15 B20 B25 Thành phần nhiên liệu B30 Xu hướng thay đổi Opac (%) Xu hướng thay đổi NOx (%) 15 B15 B20 -5 -10 -15 B25 B30 y = -3.4458x + 3.2936 R² = 0.997 y = -3.8341x + 3.1916 R² = 0.9921 Xu hướng thay đổi Opac theo MP Xu hướng thay đổi Opac theo TN -20 Thành phần nhiên liệu Hình 4.19: Xu hướng thay đổi kết mô thực nghiệm Kết luận: Các kết so sánh cho phép khẳng định việc xây dựng mơ hình mơ phỏng, hiệu chỉnh điều kiện biên, hiệu chỉnh hệ số mơ hình tốn phù hợp với thực tế, đồng thời khẳng định độ tin cậy liệu sử dụng luận án 4.3 Trực quan hóa đặc trƣng tr nh chá hỗn hợp biodiesel từ dầu hạt cao su động diesel Mazda W 4.3.1 Kết mô diễn biến trình cháy động Mazda WL 4.3.2 Trực quan hóa q trình cháy biodiesel động Mazda WL phương pháp nội soi buồng cháy 4.4 Kết luận chƣơng Từ kết nghiên cứu mơ thực nghiệm trình bày, phân tích, so sánh chương kết luận sau: - 21 Mơ hình động diesel Mazda WL, kỳ, xylanh thẳng hàng sử dụng nhiên liệu biodiesel có tỷ lệ pha trộn 0%, 15%, 20%, 25%, 30% có nguồn gốc từ dầu hạt cao su DO mô phần mềm ANSYS FLUENT nhằm phân tích thơng số q trình cháy, so sánh tiêu kinh tế, kỹ thuật tiêu phát thải đảm bảo độ tin cậy phù hợp với thực tế  Kết mơ so với thực nghiệm có sai lệch lớn áp suất cháy cực đại 4,8%, tiêu kinh tế, kỹ thuật 5,75%, phát thải 7,50%  Thơng qua mơ hình mơ xây dựng phân tích, đánh giá đặc trưng trình cháy nhiên liệu biodiesel động đốt trong, đồng thời sở để giải thích, đánh giá kết thực nghiệm  Áp dụng mơ hình cháy J Abraham cần hiệu chỉnh thông số tốc độ tỏa nhiệt: hệ số giãn dòng C’d=1,18Cd; hệ số số mũ đặc trưng cho tốc độ cháy a’=0,86a; thông số dạng cháy m’= 1,14m  Áp dụng mơ hình Shell để tính tốn thời gian cháy trễ đề xuất Kong Reitz, thay đổi thời gian cháy trễ Af4 từ mô hình cháy trễ quan hệ theo phương trình f  A exp  E / RT  O x  RHy4 Hệ số hiệu chỉnh f4 f4 trình cháy Ef4 nhiên liệu biodiesel ảnh hưởng số cetane mô Kết thực nghiệm nghiên cứu, phân tích đặc trưng trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel Mazda WL cụ thể sau:  Tính ổn định cháy đảm bảo COV of IMEP < 5%, tăng tỷ lệ biodiesel theo thứ tự 15%, 20%, 25%, 30% tương ứng với B15, B20, B25, B30 tính ổn định cháy giảm dần thể kết COV of IMEP lớn tăng dần 2,16%, 3,29%, 3,42%, 4,32% theo thứ tự so với nhiên liệu DO  Áp suất cháy cực đại nhiên liệu B15, B20, B25 B30 giảm -1,72%, -2,54%, -3,5% -4,63% so với nhiên liệu DO Tốc độ tỏa nhiệt HRR cực đại nhiên liệu B15, B20, B25 B30 giảm 7,99%, -11,44%, -17,01% -21,25% so với nhiên liệu DO Nhiệt độ cháy cực đại nhiên liệu B15, B20, B25 B30 giảm -3,47%, 5,08%, -6,59% -9,02% so với nhiên liệu DO  Thời gian cháy trễ tính theo góc quay trục khuỷu nhiên liệu B15, B20, B25 B30 ngắn 0,455(oTK), 0,877(oTK), 1,196(oTK), 1,444(oTK) so với nhiên liệu DO Khoảng thời gian tỷ lệ lượng nhiên liệu cháy 90% (0÷90% MFB) tính theo góc quay trục khuỷu nhiên liệu B15, B20, B25 B30 ngắn 1,636(oTK), 3,059(oTK), 4,377(oTK), 5,166(oTK) so với nhiên liệu DO - 22  Hiệu suất cháy nhiên liệu B15, B20, B25 B30 tăng 0,25%, 0,33%, 0,42% 0,47% so với nhiên liệu DO Hiệu suất nhiệt hiệu dụng tính trung bình nhiên liệu B15, B20, B25 B30 giảm 1,13%, -6,26%, -8,61% -12,08% so với nhiên liệu DO Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định yếu tố đặc trưng trình cháy sử dụng nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su so với nhiên liệu diesel truyền thống DO động diesel Mazda WL, buồng cháy ngăn cách, chế độ tải động bao gồm tải nhỏ (25% tải), tải trung bình (50% tải) tải lớn (75% tải) cụ thể sau:  Với tỷ lệ pha trộn biodiesel 15% (B15) số vòng quay động 1500 v/ph 2250 v/ph là: áp suất cháy cực đại giảm 1,61% 1,82%; tốc độ tỏa nhiệt HRR cực đại giảm 9,12% 6,87%; nhiệt độ cháy cực đại giảm 4,05% 2,88%; hiệu suất nhiệt giảm 1,02% 1,24%; công suất động giảm 1,82% 1,17%, suất tiêu hao lượng giảm 3,02% 2,81%; độ mờ khói %opac giảm 3,66% 6,18%; phát thải CO giảm 4,58% 6,14%; phát thải HC giảm 8,64% 9,41%; phát thải NOx tăng 5,01% 2,99% Bên cạnh đó, chế độ 75% tải số vòng quay động 2250 v/ph: thời gian cháy trễ ngắn (giảm) 7,04%; khoảng thời gian cháy ngắn (giảm) 3,54%; hiệu suất cháy tăng 0,25% nhiệt độ khí xả giảm 5,37%  Với tỷ lệ pha trộn biodiesel 20% (B20) số vòng quay động 1500 v/ph 2250 v/ph là: áp suất cháy cực đại giảm 2,32% 2,45%; tốc độ tỏa nhiệt HRR cực đại giảm 13,39% 9,49%; nhiệt độ cháy cực đại giảm 5,44% 4,72%; hiệu suất nhiệt giảm 4,73% 7,79%; công suất động giảm 3% 2,25%, suất tiêu hao lượng giảm 3,01% 2,68%; độ mờ khói %opac giảm 6,46% 11,36%; phát thải CO giảm 6,09% 8,53%; phát thải HC giảm 13,16% 13,64%; phát thải NOx tăng 8,07% 5,33% Bên cạnh đó, chế độ 75% tải số vòng quay động 2250 v/ph: thời gian cháy trễ ngắn (giảm) 13,57%; khoảng thời gian cháy ngắn (giảm) 6,61%; hiệu suất cháy tăng 0,34% nhiệt độ khí xả giảm 6,28%  Với tỷ lệ pha trộn biodiesel 25% (B25) số vòng quay động 1500 v/ph 2250 v/ph là: áp suất cháy cực đại giảm 3,9% 3,5%; tốc độ tỏa nhiệt HRR cực đại giảm 20,77% 13,25%; nhiệt độ cháy cực đại giảm 6,08% 6,37%; hiệu suất nhiệt giảm 6,67% 10,55%; công suất động giảm 4,16% 3,01%, suất tiêu hao lượng giảm 9,41% 9,61%; độ mờ khói %opac giảm 8,7% 15,67%; phát thải CO giảm 7,78% 10,02%; phát thải HC giảm 16,84% 21,29%; phát thải NOx tăng 10,31% 6,98% Bên cạnh đó, chế độ 75% tải số vòng quay động 2250 v/ph: thời gian cháy trễ ngắn (giảm) 18,51%; khoảng thời gian - 23 cháy ngắn (giảm) 9,46%; hiệu suất cháy tăng 0,42% nhiệt độ khí xả giảm 8,33%  Với tỷ lệ pha trộn biodiesel 30% (B30) số vòng quay động 1500 v/ph 2250 v/ph là: áp suất cháy cực đại giảm 5,21% 4,05%; tốc độ tỏa nhiệt HRR cực đại giảm 26,34% 16,16%; nhiệt độ cháy cực đại giảm 9,55% 8,49%; hiệu suất nhiệt giảm 9,63% 14,52%; công suất động giảm 5,0% 3,7%, suất tiêu hao lượng giảm 11,60% 11,46%; độ mờ khói %opac giảm 11,22% 19,86%; phát thải CO giảm 8,9% 11,0%; phát thải HC giảm 20,53% 22,57%; phát thải NOx tăng 12,91% 8,65% Tại chế độ 75% tải số vòng quay động 2250 v/ph: thời gian cháy trễ ngắn (giảm) 22,35%; khoảng thời gian cháy ngắn (giảm) 11,16%; hiệu suất cháy tăng 0,47% nhiệt độ khí xả giảm 8,94% Kết nội soi buồng cháy nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, trình cháy bắt đầu có xu hướng sớm tăng nồng độ biodiesel nhiên liệu khoảng thời gian cháy trễ ngắn Nhiệt độ trình cháy sử dụng nhiên liệu DO cao so với biodiesel Phát thải bồ hóng giảm nhiều nhiên nồng độ phát thải NOx sử dụng biodiesel cao Từ kết hình ảnh màng lửa phân tích trình cháy nội soi buồng cháy kết mô cho thấy, hỗn hợp nhiên liệu biodiesel nguồn gốc từ dầu hat cao su có đặc điểm trình cháy tương đồng so với nhiên liệu diesel truyền thống DO KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trình bày luận án kết luận: Luận án xây dựng thành cơng mơ hình mơ động diesel Mazda WL phần mềm ANSYS FLUENT sử dụng loại nhiên liệu DO biodiesel nguồn gốc từ dầu hạt cao su với tỷ lệ phối trộn B15, B20, B25, B30 Kết mô so với thực nghiệm có sai lệch lớn nhỏ 10%, mơ hình mơ hồn toàn đảm bảo độ tin cậy phù hợp với thực tế Thơng qua mơ hình xây dựng phân tích, đánh giá đặc trưng q trình cháy nhiên liệu biodiesel động đốt trong, đồng thời sở để giải thích, đánh giá kết thực nghiệm Bằng mô luận án dự báo thay đổi thông số đặc trưng trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel mặt qui luật Đồng thời, hệ số hiệu chỉnh trình cháy mô ANSYS FLUENT nhiên liệu biodiesel có tỷ lệ từ B15 đến B30 cụ thể sau: - 24  Áp dụng mơ hình cháy J Abraham cần hiệu chỉnh thơng số tốc độ tỏa nhiệt sau: Hệ số giãn dòng C’d=1,18Cd; hệ số số mũ đặc trưng cho tốc độ cháy a’=0,86a; thông số dạng cháy m’= 1,14m nhiên liệu biodiesel từ dầu hạt cao su sử dụng cho động diesel Mazda WL  Áp dụng mơ hình Shell để tính tốn thời gian cháy trễ đề xuất Kong Reitz, thay đổi thời gian cháy trễ Af4 từ mơ hình cháy trễ quan hệ theo phương trình f  A exp  E / RT  O x  RHy4 Hệ số hiệu chỉnh f4 f4 trình cháy Ef4 nhiên liệu biodiesel ảnh hưởng số cetane mô Bằng thực nghiệm luận án nghiên cứu, phân tích đặc trưng trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel Mazda WL Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định yếu tố nhằm phân tích đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su thay đến tiêu kinh tế, kỹ thuật, phát thải thông số vận hành động diesel Luận án đề xuất thời gian tới sử dụng nhiên liệu biodiesel với tỷ lệ pha trộn 15% nguồn gốc từ dầu hạt cao su thay nhiên liệu diesel cho động diesel Mazda WL mà khơng cần thay đổi kết cấu Có thể sử dụng nhiên liệu biodiesel với tỷ lệ pha trộn 20% cho động diesel Mazda WL mà không cần thay đổi kết cấu, nhiên cần lắp thêm xúc tác khử NOx động Kết thực nghiệm nội soi buồng cháy phân tích hình ảnh diễn biến trình cháy phần mềm AVL Visioscope nhiên liệu biodiesel DO buồng cháy động Mazda WL thấy rằng: trình cháy bắt đầu có xu hướng sớm tăng tỷ lệ biodiesel khoảng thời gian cháy trễ ngắn Nhiệt độ cháy thấp hơn, phát thải bồ hóng giảm, nồng độ phát thải NOx cao so với nhiên liệu DO Đặc điểm diễn biến trình cháy biodiesel tương đồng so với nhiên liệu diesel Kết hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu mô thực nghiệm luận án HƢỚNG PHÁT TRIỂN Nghiên cứu ảnh hưởng quy luật cung cấp nhiên liệu đến tính động diesel sử dụng biodiesel Nghiên cứu, đánh giá tính thích ứng vật liệu độ bền chi tiết động sử dụng nhiên liệu biodiesel từ dầu hạt cao su DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ IÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “Nghiên cứu trực quan hóa q trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel nội soi buồng cháy”, Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí Toàn quốc lần thứ 20 (ISSN: 1859 4182), Cần Thơ, tháng 7/2017, tr 135÷148 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Vũ Xuân Trường, Phạm Văn Hải, Mai Đức Nghĩa, “Mô trình cháy nhiên liệu biodiesel động diesel phần mềm CFD-KIVA”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ (ISSN 2354-0575), Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Số 13, 03/2017, tr 28÷33 Nguyen Manh Cuong, Tran Van Nam, Duong Viet Dung, “Research on the effect of fuel injection timing to exhaust components of diesel engine using biodiesel B20 from Fish fat”, Tạp chí Khoa học công nghệ số đặc biệt (ISSN 2354-0575), Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Số 12, 12/2016, tr 29÷35 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ tải đến tiêu kinh tế động diesel Mazda WL sử dụng nhiên liệu DO, B10, B20 B30 mô thực nghiệm”, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Tồn quốc Cơ Khí - Động Lực (ISBN:978-604-950040-4), Hà Nội, tháng 10/2016, tập 3, tr 140÷146 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “Nghiên cứu qúa trình cháy nhiên liệu biodiesel B30 diesel truyền thống (DO) động Diesel Mazda WL phần mềm Ansys”, Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí Tồn quốc lần thứ 19 (ISSN: 1859 - 4182), Hà Nội, tháng 7/2016, tr 64÷76 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “So sánh tính kinh tế động Diesel sử dụng hỗn hợp Biodiesel theo tỷ lệ B20, B25, B30 DO” Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí (ISBN: 978-604-73-3691-3), TP HCM, tháng 11/2015, tập.1, tr 425÷433 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “Research on the effect of fuel injection timing to Engine Performance of diesel engine using biodiesel B20 from Fish fat”, Hội nghị Khoa học Cơ học kỹ thuật Toàn quốc (ISBN 978-60484-1272-2), Đà Nẵng, tháng 8/2015, tập 2, tr 271÷279 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “Nghiên cứu đặc điểm cháy động Diesel sử dụng hỗn hợp Biodiesel theo tỷ lệ B20, B25 B30”, Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí Tồn quốc (ISSN: 1859 - 4182), Đà Nẵng, tháng 7/2015, tập 2, tr 140÷146 Duong Viet Dung, Tran Van Nam, Nguyen Manh Cuong, “Comparision of the Exhaust Components of Biodiesel from Fish Fat and Diesel in Internal Combustion Engine”, 2nd International Conference on Green Technology and Subtainable Development (ISBN 978-604-73-2817-8), October 30th - 31st, 2014, pp 297÷303 10 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “Nghiên cứu ảnh hưởng góc phun sớm nhiên liệu tới thành phần khí xả động diesel sử dụng nhiên liệu biodiesel”, Hội nghị khoa học lần thứ VII, Viện Kỹ thuật giới quân Tạp chí Cơ khí Việt Nam số đặc biệt (ISSN: 0866 - 7056), Hà Nội tháng 5/2014, tr 259÷265 11 Ngu ễn Mạnh Cƣờng, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “So sánh hiệu suất động nhiên liệu sinh học nhiên liệu diesel dùng cho động đốt trong”, Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc, Kỷ niệm 35 năm thành lập Viện Cơ học (ISBN 978604-84-1272-2), Hà Nội, tháng 4/2014, tr 247÷252 12 Nguyễn Mạnh Cường, Trần Văn Nam, Dương Việt Dũng, “Ảnh hưởng nhiên liệu Diesel sinh học đến phát thải động Diesel truyền thống”, Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí Tồn quốc (ISSN: 1859 - 4182), Đồng Hới, tháng 7/2013, tr 125÷133