Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp dầu thực vật - diesel đến phun nhiên liệu, tạo hỗn hợp, cháy và tính năng của động cơ diesel tàu thủy

Luận án bao gồm các nội dung cơ sở lý thuyết quá trình phun hỗn hợp dầu thực vật – diesel của động cơ diesel tàu thủy; nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của hỗn hợp dầu thực vật – diesel đến hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy...

B GIAO THÔNG V N T I TR NG B I H C HÀNG H I VI T NAM NCS NGUY N NGHIÊN C U NH H V T - DIESEL GIÁO D C VÀ ÀO T O C H NH NG C A H N H P NHIÊN LI U D U TH C N PHUN NHIÊN LI U, T O H N H P, CHÁY VÀ TÍNH N NG C A NG C DIESEL TÀU TH Y Tóm t t lu n án ti n s k thu t NGÀNH: K THU T C KHÍ NG L C; MÃ S 9520116 CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC, B O TRÌ TÀU TH Y H i Phịng - 2020 Cơng trình đ Ng ih c hoàn thành t i Tr ng d n khoa h c: ng i h c Hàng h i Vi t Nam PGS TSKH NG V N UY PGS TS NGUY N I AN Ph n bi n 1: Ph n bi n 2: Ph n bi n 3: Lu n án s đ Tr ng i c b o v tr h c Hàng c H i đ ng ch m lu n án ti n s c p Tr h i Vi t Nam vào ng h p t i h i gi .phút, ngày tháng n m 2020 Có th tìm hi u lu n án t i Th vi n Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam M U Lý ch n đ tài Hi n nay, ô nhi m môi tr ng c n ki t ngu n tài nguyên thiên nhiên v n đ mang tính tồn c u, mà Vi t Nam không ph i ngo i l Nh m gi i quy t u m t cách chi n l c, Liên hi p qu c v i c quan đ i di n nh T ch c n ng l ng qu c t (IAEA), T ch c Hàng h i qu c t (IMO)… đ a nh ng khuy n cáo thông qua b lu t qu c t mang tính b t bu c v s d ng ti t ki m n ng l ng, h n ch phát th i khí đ c h i môi tr ng Trong l nh v c hàng h i, mà Vi t Nam thành viên th c c a IMO t n m 1983, v i đ i tàu v n t i bi n có t ng tr ng t i tri u t n DWT, Ph l c VI thu c B lu t MARPOL 73/78 đ a nh ng tiêu chu n v phát th i (NO x, SOx, CO2 ) r t kh t khe đ i v i đ ng c diesel đ c l p đ t tàu làm đ ng l c lai chong chóng, c ng nh đ c s d ng v i m c đích khác Theo Ph l c này, tàu đ c trang b đ ng c diesel n u không đáp ng tiêu chu n v phát th i s không đ c c p c ng c a n c thành viên khác c a IMO nh v y s nh h ng nghiêm tr ng đ n chi n l c kinh doanh v n t i c a đ i tàu c a qu c gia, có n c ta T Ph l c VI, MARPOL 73/78 có hi u l c toàn c u (2013) [6]1 ng ng l u hu nh 0,5% d u nhiên li u hàng h i toàn c u theo quy đ nh c a IMO s có hi u l c vào ngày 01/01/2020, Chính ph Vi t Nam yêu c u B Giao thông v n t i, B Công th ng… ph i xây d ng gi i pháp cơng ngh thích h p đ cho công ty v n t i bi n n c ta m t m t v n tuân th đ c qui đ nh qu c t , m t khác v n đáp ng đ c tính kinh t đ c bi t khơng làm phát sinh thêm ngu n gây ô nhi m môi tr ng V y, đ đáp ng đ c nh ng v n đ này, có nhi u gi i pháp công ngh đ c đ xu t nghiên c u, tri n khai ng d ng th gi i Vi t Nam nh : ch t o m i đ ng c n dùng pin lithium, s d ng ngu n n ng l ng s ch (khí t nhiên, khí d u m ), nhiên li u sinh h c có kh n ng tái t o…v.v Tuy nhiên, l nh v c hàng h i, đ ng c diesel đ c s d ng đ u có cơng su t l n t vài tr m kW đ n hàng v n kW, v y nên vi c ng d ng đ ng c ch y b ng c qui n không kh thi, s d ng nhiên li u khí địi h i đ ng c diesel hi n đ c l p đ t tàu ph i đ c c i ti n v i chi phí đ u t r t cao v n đ an toàn cháy n r t khó đ c đ m b o V y, h ng nghiên c u kh thi nh t s d ng nhiên li u sinh h c giàu thành ph n xy, r t thành ph n l u hu nh có kh n ng tái t o Hi n t i, NLSH đ c nghiên c u s d ng d i hai d ng khác cho đ ng c diesel: nhiên li u diesel sinh h c (Biodiesel) d u th c v t nguyên ch t (SVO) Nhiên li u diesel sinh h c có đ c tính lý hóa gi ng nhiên li u diesel truy n th ng (DO), nh ng đ có đ c lo i nhiên li u c n ph i th c hi n q trình e-te hóa d u th c v t (ho c m đ ng v t) c n đ n công ngh hi n đ i s d ng m t l ng l n hóa ch t khác (NaOH) c ng ngu n phát sinh thêm gây ô nhi m mơi tr ng; bên c nh nhiên li u diesel sinh h c có giá thành đ t D u th c v t nguyên ch t đ c s n xu t b ng công ngh đ n gi n thông qua ép lo i h t (h ng d ng, jatropha ) ho c qu (c , d a ), l c b t thành ph n n c c n có th s d ng đ c D u th c v t nguyên ch t có u m giá thành r , có kh n ng tái t o, thân thi n v i môi tr ng không t o thêm ngu n gây ô nhi m trình s n su t, s d ng, nh ng có nh c m đ nh t cao, nhi t tr th p V i nh ng u m c b n c a d u th c v t, có m t s cơng trình nghiên c u s d ng d u th c v t tr n v i nhiên li u truy n th ng t o thành nhiên li u h n h p đ c s d ng nh lo i nhiên li u thay th dành cho đ ng c diesel nói chung đ ng c diesel th y nói riêng [20, 66] Nh v y, đ i chi u v i yêu c u c p bách c a Vi t Nam nh m đáp ng tiêu chu n phát th i đ i v i đ i tàu v n t i bi n, c s u ki n v cơng ngh , kinh phí đ u t u ki n xã h i khác, vi c l a ch n h ng nghiên c u s d ng nhiên li u h n h p (trong có thành ph n d u th c v t nguyên ch t) làm nhiên li u thay th cho nhiên li u hóa th ch truy n th ng đ i v i đ i tàu v n t i bi n Vi t Nam th c s c n thi t giai đo n hi n t i c ng nh t ng lai Tuy nhiên, vi c s d ng nhiên li u h n h p làm nhiên li u thay th dành cho đ ng c diesel đ c l p đ t tàu th y s phát sinh hàng lo i v n đ c n đ c gi i quy t là: hi u su t cháy c a lo i nhiên li u bu ng đ t c a đ ng c diesel đ c thi t k đ s d ng nhiên li u hóa th ch, v n đ phát th i khí đ c h i, v n đ suy gi m công su t đ c bi t đ m t đ ng c diesel th y đ c khai thác s d ng h n h p nhiên li u d u th c v t - diesel đáp ng c hai tiêu chu n phát th i tính kinh t Xu t phát t nh ng yêu c u th c t nêu trên, đ tài lu n án:“Nghiên c u nh h ng c a h n h p nhiên li u d u th c v t – diesel đ n phun nhiên li u, t o h n h p, cháy tính n ng c a đ ng c diesel tàu th y” đ c NCS l a ch n đ nghiên c u M c đích nghiên c u - Nghiên c u nh h ng c a nhiên li u h n h p d u c nguyên ch t - diesel theo t l ph n tr m khác th đ n đ c tính phun, s t o h n h p bu ng đ t m t s tính n ng c a đ ng c diesel th y 6LU32 a gi i pháp hi u ch nh thích h p đ i v i HTNL c a đ ng c nghiên c u đ ng c diesel tàu th y nói chung s d ng nhiên li u h n h p làm nhiên li u thay th i t ng ph m vi nghiên c u - i t ng nghiên c u: HTPNL đ ng c diesel tàu th y Hanshin 6LU32 h n h p d u th c v t (d u c ) v i d u diesel (DO) - Ph m vi nghiên c u: Ch nghiên c u nh h ng c a đ c tính lo i nhiên li u DO, PO10, PO20, PO30 PO100 đ n đ c tính q trình phun nhiên li u, hòa tr n - cháy h n h p khơng khí nhiên li u bu ng đ t đ ng c diesel tàu th y Hanshin 6LU32 PTN Xác đ nh lo i PO thông s phun đ đ t ch tiêu kinh t môi tr ng Ph ng pháp nghiên c u Ph ng pháp nghiên c u t ng h p, k t h p ch t ch gi a nghiên c u lý thuy t, mô ph ng th c nghi m ki m ch ng Ý ngh a khoa h c ý ngh a th c ti n - Ý ngh a khoa h c: K t qu c a lu n án c s khoa h c quan tr ng đ giúp ch n đ c lo i nhiên li u thay th hi u qu cho đ ng c diesel tàu th y Bên c nh đó, vi c ng d ng ph ng pháp qui ho ch th c nghi m đ hi u ch nh t i u h th ng nhiên li u c a đ ng c có s n chuy n sang s d ng nhiên li u h n h p d u th c v t - diesel đ t đ c m t lúc hai m c tiêu: môi tr ng tính kinh t m t sáng t o quan tr ng c a n i dung lu n án - Ý ngh a th c ti n: Các k t qu nghiên c u c a lu n án c s khoa h c góp ph n vào đ nh h ng m t cách xác l a ch n nhiên li u h n h p d u th c v t diesel làm nhiên li u thay th cho đ ng c diesel th y - Th t trích d n th t hình v tuân theo th t b n toàn v n lu n án Nh ng đóng góp m i c a lu n án - ã đ a đ c ph ng pháp tính tốn thơng s phun nhiên li u th i m phun, th i m b c cháy, th i gian cháy tr thay đ i theo t l d u c h n h p v i d u diesel; - ã thu đ c qua th c nghi m đ ng c diesel tàu th y Hanshin 6LU32 40% 60% t i nh ng k t qu v phun nhiên li u, đ c bi t k t qu đo áp su t xy lanh hình nh ch p bu ng đ t b ng thi t b Visio Scope, nh m so sánh đánh giá đ tin c y c a k t qu tính tốn; - ã xây d ng đ c ph ng pháp m i hi u ch nh h th ng nhiên li u d a lý thuy t “B m t đáp ng” v i hàm t i u hai m c tiêu l n đ u tiên đ c áp d ng cho đ ng c diesel th y s d ng nhiên li u thay th (h n h p nhiên li u d u th c v t - diesel) K t c u c a lu n án Lu n án g m 131 trang A4 (không k ph l c), th t g m ph n sau: M đ u; n i dung (đ c chia thành b n ch ng); k t lu n; h ng nghiên c u ti p theo; danh m c công trình khoa h c đ c cơng b lien quan đ n lu n án (07); danh m c tài li u tham kh o (21 tài li u tham kh o ti ng Vi t, 43 tài li u tham kh o ti ng Anh, 07 website) ph l c (11 ph l c) CH NG I T NG QUAN 1.1 t v n đ Nh bi t, HTPNL đóng vai trị vơ quan tr ng trình bi n n ng l ng hóa h c t đ t cháy nhiên li u thành công n ng đ i v i đ ng c đ t nói chung đ ng c diesel nói riêng Trong HTPNL truy n th ng ki u c khí, b m cao áp vịi phun hai thành ph n c t lõi đ c thi t k t i u đ i v i m i lo i nhiên li u đ c l a ch n, k t b m cao áp, đ ng ng cao áp đ n vòi phun đ c bi t c u t o c a l phun V y nên, mu n bi t đ c s nh h ng c a lo i nhiên li u m i đ i v i m t HTPNL có s n, nh t thi t ph i tìm hi u d a n n t ng lý thuy t v t ng quát HTNL cho đ ng c diesel tàu th y V i m c đích nh v y, ch ng này, NCS s trình bày v n đ c b n c n thi t ph c v trình nghiên c u nh : nguyên lý c u t o, ch c n ng, nhi m v c a h th ng c p, phun nhiên li u c a đ ng c diesel th y; c u t o c a vòi phun HTPNL ki u c khí truy n th ng mà lu n án nghiên c u; xu th ng d ng gi i pháp nh m c i thi n ch tiêu kinh t môi tr ng cho đ ng c diesel th h c hi n nay, gi i pháp áp d ng vào HTPNL s d ng nhiên li u h n h p d u th c v t – diesel đ c quan tâm nghiên c u; bên c nh đánh giá cơng trình khoa h c ngồi n c liên quan đ n lu n án đ tìm nh ng m mà ch a có tác gi đ c p đ lu n án nghiên c u gi i quy t 1.2 Tình hình nghiên c u Theo nguyên lý đ ng c diesel, v i s phát tri n c a khoa h c cơng ngh , có nhi u cơng trình nghiên c u nh m làm gi m l ng phát th i đ c h i t đ ng c diesel, nh ng đ gi m phát th i đ c h i mà gi nguyên công su t đ ng c dùng nhi u gi i pháp ln v n đ khó chi phí cao, nên h ng nghiên c u s d ng nhiên li u thân thi n v i môi tr ng (1) ki m sốt t t thơng s c a trình phun nhiên li u (2) m t gi i pháp kh thi d th c hi n h n [59] Nhiên li u sinh h c dùng cho đ ng c diesel cho đ n th i m v n Biodiesel d u th c v t nguyên g c SVO Do nh ng l i th v tính ch t thân thi n v i mơi tr ng, có th gi m n ng n ch t đ c h i khí th i đ c bi t NO x có th tái sinh, nên NLSH đ c khuy n khích nghiên c u s d ng Trong s lo i d u th c v t dùng làm nhiên li u cho đ ng c d u c có u m v đ c tính g n gi ng v i d u diesel D u c nguyên g c không c n t ng h p thành Biodiesel mà pha tr c ti p vào d u diesel dùng làm nhiên li u thông qua m t b t o h n h p Tuy nhiên, d u c có đ nh t cao so v i d u diesel, nên pha tr n d u c vào d u diesel c n gia nhi t đ n kho ng 40 đ C đ gi m đ nh t h n h p v g n v i nhiên li u DO Lu n án s d ng nhiên li u h n h p gi a d u c nguyên ch t (Palm Oil) d u diesel k t qu nghiên c u c a đ tài c p nhà n c Mã s : T.04.11/NLSH thu c “ án phát tri n NLSH đ n n m 2015, t m nhìn đ n n m 2025” PGS.TSKH ng V n Uy ch trì có ký hi u PO10, PO20, PO30 lo i không pha tr n PO100 B ng 1.1 Ch tiêu c b n c a nhiên li u h n h p d u c - diesel ph c v nghiên c u [20] Lo i nhiên li u STT Tên ch tiêu DO PO10 PO20 PO30 PO100 Kh i l ng riêng 150C, (kg/m3) 850,0 853,8 859,9 866,8 922,5 nh t đ ng h c 400C, (cSt) 2,60 3,42 5,31 6,45 40,24 Tr s Cetan, (CN) 42,89 50,13 50,91 52,11 52,92 Nhi t đ ch p cháy c c kín, (0C) 72 73 75 77 135 Nhi t tr , (MJ/kg] 43,4 39,72 39,55 38,69 37,11 S c c ng b m t 400C, (mN/m) 20 21,4 22,8 24,2 34 Áp su t h i bão hòa 250C, (MPa) 0,0477 0,0456 0,0432 0,0407 0,05 Theo quan m khai thác đ ng c tàu th y khác c b n gi a DTV so v i nhiên li u diesel ho c biodiesel đ nh t tr s Cetan nh h ng c a đ nh t tr s Cetan c a DTV làm cho HTPNL ho t đ ng không bình th ng, ch t l ng c a trình phun, hịa tr n cháy h n d n đ n ch tiêu kinh t c a đ ng c s gi m Tuy nhiên tàu th y pha loãng DTV b ng dung mơi d u diesel ph gia m i đ t đ c s l ng l n đ cung c p cho tàu bi n l u tr cho nh ng chuy n hành trình dài bi n G n đây, th gi i th c hi n đ c m t s thi t b chuy n đ i đ đ ng c diesel có th ho t đ ng tr c ti p v i d u th c v t ho c pha tr n v i nhiên li u diesel mà không c n ch bi n thành biodiesel Công ngh g i “s d ng tr c ti p d u th c v t” - SVO Nghiên c u m t s m u SVO c a n c cho th y ph n l n đ u khơng thích h p v i u ki n s d ng hi n Vi t Nam Ch ng h n b chuy n đ i SVO n c ch y u cho đ ng c m i s n xu t g n đây, đ c bi t đ ng c có h th ng phun CDI (Common rail diesel injection), h u h t tàu bi n n c ta có đ i c h n Trên th gi i hi n nay, kho ng 30 lo i d u th c v t đ c chi t xu t t h t c i, h t h ng d ng, đ u t ng, c , d a, đ c s d ng tr c ti p cho đ ng c diesel mà không c n pha ph gia ho c x lý este hoá thành Biodiesel [39, 66] Nh ng nghiên c u th nghi m ch ng t r ng đ ng c diesel có th ho t đ ng đ c v i SVO [26, 27, 28, 32, 40, 48, 54, 57, 58, 61], nh ng m t s v n đ phát sinh ch y u b ph n phun nhiên li u, xéc m ng s n đ nh c a d u bơi tr n M t s cơng trình nghiên c u không can thi p đ n HTPNL, mà ch d ng l i vi c xác đ nh s t ng thích c a d u th c v t dùng làm nhiên li u cho đ ng c diesel Do đó, ch a ch đ c nh h ng c a đ c tính nhiên li u đ n trình hình thành h n h p cháy phát th i c a đ ng c diesel s d ng d u th c v t làm nhiên li u thay th c bi t, nghiên c u liên quan tr c ti p đ n đ ng c diesel tàu th y r t có cơng b nghiên c u Vi t Nam, nhóm nghiên c u c a PGS-TS Nguy n Th ch TS Bùi Trung Thành tìm đ c gi i pháp t i u cho SVO [18] B chuy n đ i SVO có th s d ng tr c ti p d u th c v t cho đ ng c diesel c nh b , công su t ch đ n 100 mã l c (HP) Còn nhóm nghiên c u c a PGS.TSKH ng V n Uy [20] ch t o thành công h th ng thi t b đ s d ng SVO cho đ ng c diesel tàu th y Và công trình [10, 11, 13, 15, 16, 17, 20, 21] t p trung nghiên c u v tính ch t lý hóa c a d u th c v t, l a ch n ph ng án c p nhiên li u vào đ ng c phù h p đ không nh h ng đ n h th ng nhiên li u, xác đ nh lo i dung môi t l pha tr n h p lý, đ m b o h n h p có th thay th nhiên li u diesel truy n th ng Tuy nhiên, ch a làm rõ m t s y u t c b n liên quan đ n h n h p d u th c v t - diesel HTPNL đ nâng cao ch tiêu công tác cho đ ng c diesel c bi t đ i v i ph ng ti n v n t i th y tàu bi n nghiên c u r t h n ch 1.3 H ng nghiên c u T nh ng phân tích nghiên c u v d u th c v t, h n h p d u th c v t diesel dùng làm nhiên li u cho đ ng c diesel m t s nghiên c u khác theo [39, 66, 71] cho th y, tính ch t nhiên li u có nh h ng tr c ti p đ n ch t l ng trình phun, th i m phun, hình thành h n h p - cháy nh h ng đ n ch tiêu kinh t , môi tr ng c a đ ng c diesel Lu n án nh n th y m t s thơng s c a h n h p nhiên li u d u th c v t - diesel có gây nh h ng là: nh t s c c ng b m t; Nhi t đ kh i l ng riêng c a nhiên li u h n h p; Tr s Cetan Nh ng y u t có nh h ng đ n c u trúc tia phun g m chi u dài tia phun (S), chi u dài phân rã s c p tia phun (Lb), góc nón tia phun ( s), đ ng kính trung bình h t nhiên li u (SMD-Do) Trung bình d u th c v t ch a thành ph n Cacbon h n 10 ÷12%, Hydro h n ÷13%, cịn l ng xy l n h n r t nhi u t ÷11%, kh i l ng riêng c a d u th c v t c ng l n h n kho ng ÷15% đ nh t l n h n kho ng 10 ÷ 30% so v i d u diesel [5, 39] H n h p d u th c v t - diesel c n gia nhi t đ n kho ng 400C đ gi m đ nh t; nhi t đ s c c ng b m t m t s nguyên nhân n chi u dài tia phun h n h p nhiên li u thay đ i so v i dùng DO M t s nghiên c u th c nghi m cho th y, nhi t đ nhiên li u l n làm gi m đ xâm nh p c a tia phun không gian bu ng cháy, c n t ng GPS, t ng áp su t phun đ trình phun hình thành h n h p cháy di n t ng đ ng v i nhiên li u DO T B ng 1.5 có th bi u di n m i quan h gi a ba thông s : đ nh t đ ng h c, tr s Cetan, kh i l ng riêng c a h n h p nhiên li u d u c - diesel theo bi u đ sau: Khi pha tr n d u c nguyên g c vào d u diesel t l 10%, 20% 30% s có s thay đ i rõ r t thông s nhi t đ ng (Hình 1.6) Vì th đ c u trúc tia phun h n h p nhiên li u d u c - diesel trình phun, v i s t o h n h p, cháy c a nhiên li u t ng đ ng v i nhiên li u diesel, vi c ch n t l hòa tr n cao h p lý, u ch nh áp su t phun GPS c a h th ng nhiên li u đ ng c có nh h ng tr c ti p đ n y u t nêu Trên c s phân tích đ c trình bày, lu n án xác đ nh n i dung c n th c hi n v i m c tiêu c th nh sau (B ng 1.6) B ng 1.2 N i dung nghiên c u m c tiêu c n đ t đ c TT N i dung nghiên c u M c tiêu c n đ t đ c Ch ng 2: Nghiên c u lý Xác đ nh đ c công th c th c thuy t nh h ng c a đ c nghi m ph ng trình tốn h c bi u th tính nhiên li u h n h p d u s nh h ng c a đ c tính nhiên li u h n th c v t - diesel đ n ch t h p đ n th i m b t đ u phun th i l ng phun nhiên li u: đ c gian cháy tr nhiên li u; đ n đ c tính tính phun; th i m b t đ u phun làm thay đ i ch tiêu kinh t môi phun th i gian cháy tr tr ng nhiên li u đ n ch tiêu kinh t L a ch n mô hình mơ ph ng q trình mơi tr ng c a đ ng c phun hòa tr n – cháy đ ng c diesel tàu th y diesel C s lý thuy t ph ng pháp Xây d ng đ c hàm m c tiêu g m qui ho ch th c nghi m đ bi n: áp su t phun, GPS t l % d u c xu t gi i pháp hi u ch nh h n h p tính m kh o sát thích h p HTNL s d ng h n nghiên c u h p d u th c v t - diesel Ch ng 3: Nghiên c u lý D a vào công th c th c nghi m thuy t xác đ nh nh h ng tính tốn đ c k t qu th hi n nh c a đ c tính h n h p nhiên h ng c a đ c tính nhiên li u h n h p li u d u c - diesel đ n đ c đ n thông s phun; đ n th i m b t đ u tính tia phun phun th i gian cháy tr nhiên li u; l u Xây d ng mơ hình mơ ph ng l ng phun phun nhiên li u, hòa tr n - Gi i h n v tr ng thông s c a đ cháy đ ng c diesel tàu th Ansys Fluent xu t v đ nh tính th y b ng lý thuy t CFD v i đ nh l ng V i thơng s này, có th ph n m m Ansys Fluent rút đ c nh ng đánh giá chi ti t v nh h ng c a đ c tính nhiên li u h n h p đ n ch t l ng phun c a vòi phun HTNL đ ng c diesel tàu th y Ch ng 4: Nghiên c u th c Xây d ng quy trình t ch c th c nghi m xác đ nh nh h ng nghi m đ ng c diesel tàu th y c a đ c tính nhiên li u h n Hanshin 6LU32 s d ng lo i nhiên li u h p đ n thông s : áp su t DO, PO10, PO20 PO30; ki m ch ng cháy; th i m phun; th i k t qu th c nghi m so v i mô ph ng gian cháy tr ; l u l ng v i công th c th c nghi m phun; s hòa tr n cháy; K t qu hi u ch nh HTPNL cho đ ng c tính kinh t môi tr ng 6LU32 b ng ph ng pháp qui ho ch th c nghi m xác đ nh áp su t phun, GPS t l % d u c h n h p đ đ ng c ho t đ ng n đ nh đ t ch tiêu kinh t môi tr ng mong mu n 1.4 K t lu n ch ng Ch ng làm rõ m t s v n đ nh sau: - ã trình bày HTNL cho đ ng c diesel tàu th y xu h ng phát tri n, nh ng gi i pháp khai thác v n hành giúp nâng cao ch tiêu kinh t môi tr ng cho đ ng c diesel tàu th y; - NLSH xu h ng ng d ng cho đ ng c diesel tàu th y; lý lu n án v n ch n nghiên c u h n h p nhiên li u d u c – diesel; - Phân tích, đánh giá k t qu đ t đ c c a cơng trình nghiên c u n c qu c t v s d ng d u th c v t cho đ ng c ; - Nh ng thông s c b n nh h ng đ n ch t l ng trình phun t o h n h pcháy nhiên li u h n h p d u c – diesel đ ng c diesel tàu th y; - ã làm rõ đ c t ng n i dung nghiên c u v i m c tiêu c th nh trình bày B ng 1.6 v i m c tiêu c a lu n án là: “Nghiên c u nh h ng c a nhiên li u h n h p d u c nguyên ch t - d u diesel theo t l % khác đ n phun nhiên li u, t o h n h p, cháy tính n ng c a đ ng c diesel tàu th y CH LI U NG C S LÝ THUY T ÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH PHUN NHIÊN IV I NG C DIESEL TÀU TH Y VÀ GI I PHÁP HI U CH NH NH M T CH TIÊU MÔI TR NG, KINH T i v i HTPNL, thông s áp su t phun góc phun s m thông s quan tr ng quy t đ nh đ n s ho t đ ng n đ nh c a đ ng c diesel Trên c s nghiên c u v nhiên li u truy n th ng c ng nh NLSH, KannanK (2010) [44], USV Prasad (2012) [63] m t s cơng trình khác [16, 37, 40, 49, 57, 58] công b , thơng s áp su t phun góc phun s m nh h ng tr c ti p đ n trình phun, hình thành h n h p-cháy, d n đ n làm thay đ i ch tiêu kinh t môi tr ng c a đ ng c diesel Vì v y, thay lo i nhiên li u m i đ i v i m t HTPNL có s n s nh h ng đ n đ c tính phun nhiên li u cu i nh h ng đ n ch tiêu nêu Trên c s k t qu nghiên c u, s đ xu t đ c c s lý thuy t gi i pháp hi u ch nh thích h p đ i v i HTPNL mu n chuy n đ i đ ng c diesel tàu th y có s n sang s d ng nhiên li u m i nhiên li u h n h p d u th c v t-diesel V i m c đích nh v y, Ch ng s nghiên c u c th c s lý thuy t nh m đánh giá nh h ng c a đ c tính h n h p nhiên li u d u th c v t - diesel đ n đ c tính phun nhiên li u thơng s cơng tác c a q trình phun nhiên li u vào đ ng c diesel tàu th y thông qua quan h th hi n b ng cơng th c tốn h c Bên c nh đó, c ng trình bày c s lý thuy t mơ ph ng q trình phun, t o h n h p, cháy nhiên li u bu ng đ t đ ng c s d ng nhiên li u h n h p có t l ph n tr m d u th c v t khác đ th c hi n mô ph ng v i u ki n biên sát th c t ; c s lý thuy t ph ng pháp qui ho ch th c nghi m đ xác đ nh đ c thông s hi u ch nh c a HTPNL GPS áp su t phun phù h p, đ ng th i xác đ nh t l % d u th c v t h n h p v i nhiên li u diesel đ đ ng c diesel tàu th y ho t đ ng n đ nh đ t ch tiêu kinh t môi tr ng 2.1 L a ch n mơ hình tốn xác đ nh nh h ng c a đ c tính nhiên li u đ n ch t l ng phun Trên th c t , có nhi u cơng trình nghiên c u v đ c tính tia phun nhiên li u, c ng nh mơ hình c a tia phun B t đ u t nhà khoa h c tiên phong v v n đ nh Warunki et all (1960), Dent (1971), Reits & Branco (1979), nhiên Hiroyasu & Arai nh ng ng i nghiên c u vô t m đ a nh ng mô hình tốn có đ xác cao Theo m t nghiên c u c a F.Dos Santos Le Moyne t i đ i h c Universite’ de Bourgogne - France v so sánh mơ hình bi u th đ c tính tia phun nhiên li u đ i v i đ ng c diesel th y r ng, mơ hình Hiroyasu & Arai đ xu t có h s quy t đ nh 87,41% sai s kho ng 7,15% so sánh v i k t qu th c nghi m đo đ c, mơ hình c a Reits Bracco v i sai s 23,91%, mơ hình c a Siebers v i sai s 24,27% [24, 34, 37, 42, 43, 47, 64] T nh n đ nh có c s trên, lu n án s l a ch n mơ hình Hiroyasu & Arai đ xu t đ nghiên c u, tính tốn s nh h ng c a đ c tính nhiên li u h n h p đ n ch t l ng phun c a HTPNL đ ng c diesel tàu th y: Mơ hình tính chi u dài tia phun theo công th c: (2.3): S = 0,39 -   v i t=trot ho c S = 2,39 p  t   l  g ,(mm)    Do  Mơ hình tính đ - 0,05  l      0,13 0,5    ,(mm)  l   g  0,25  Wel −0,32  l   g    0,37  l   g    −0,47 - (2.3) Mơ hình tính nh h ng c a đ c tính nhiên li u đ n th i m phun: ( pMVP − p0 )V f ,(đ ) (2.4)  = c  v p Ap Mơ hình tính nh h ng c a đ c tính nhiên li u đ n th i gian cháy tr : ,63  ,(đ ) (2.5)    Mơ hình tính nh h ng c a đ c tính nhiên li u đ n áp su t phun: 2    Ap   dha  ,(Pa) (2.6) p ph.lt = pc + nl  n   1800  i.Fi cn   d  Mơ hình tính nh h ng c a đ c tính nhiên li u đ n l u l ng phun:  , (kg/h) (2.7) Q = C F  p D - (2.2) ,(µm)   1  21,1  −  id (GQTK ) = (0,36 + 0,22S p ) exp  E A     RTcyl 17.190  pcyl − 12,4   - (2.6)    l  ng kính h t trung bình nhiên li u theo công th c: (2.13): SMD = 0,38d o ( Rel ) - ,(mm) Mơ hình tính chi u dài phân rã s c p theo công th c: (2.7):  r    Lb = 7d o 1 + 0,4 o  g  d o   lU o   - v i t=trot (2.1) d ot Mơ hình tính góc nón tia phun c a theo công th c: (2.6): −0,22 0,15 0,26  l   d o    g  ,(đ )  = 83,     - , 25 2p i Mơ hình tính nh h l 360n ng c a đ c tính nhiên li u đ n phát th i NO x: ,(g/kW.h) (2.8) 2.2 C s lý thuy t CFD mô ph ng, đánh giá trình phun, t o h n h p cháy đ ng c diesel tàu th y Ngày nay, lý thuy t CFD tr thành m t công c m nh m ti n d ng đ gi i quy t toán liên quan đ n đ ng h c đ c tính lý hóa c a dịng l u ch t môi tr ng ph c t p, đa s mơ hình tốn mơ t q trình th ng d ng ph ng trình vi phân B ng 3.1 Các thông s k thu t c a đ ng c diesel Hanshin 6LU32 [20] STT Thông s k thu t Th nguyên Giá tr S xy lanh Cái Công su t đ nh m c kW 970 Vòng quay đ nh m c v/p 340 ng kính xy lanh mm 320 ng kính l phun hình tr mm 0,42 Chi u dài l phun mm 3,1 S l phun Cái 10 Áp su t nâng kim phun bar 280 Áp su t không khí nén bên xy lanh bar 60 10 GPS GQTK 110 tr c CT 11 Su t tiêu hao nhiên li u đ nh m c g/kW.h 200 12 Áp su t cháy l n nh t bar 90 K t qu tính tốn v đ c tính v mô c a tia phun th hi n B ng 3.3 đ c tính vi mơ c a tia phun th hi n B ng 3.4 B ng 3.3 c tính v mơ c a tia phun STT c tính v mơ c a tia phun Lo i nhiên li u DO PO10 PO20 PO30 PO100 Chi u dài tia phun S (mm) 101,5 102,0 102,3 102,6 104,2 Góc nón tia phun (đ ) 7,89 7,88 7,86 7,80 7,73 Chi u dài phân rã s c p Lb (mm) 15,719 15,712 15,707 15,70 15,652 B ng 3.4 ng kính trung bình c a h t nhiên li u SMD STT c tính vi mơ c a tia phun Lo i nhiên li u nhiên li u DO PO10 PO20 PO30 PO100 ng kính trung bình 10,16 10,17 10,18 10,22 Sauters c a h t nhiên li u 10,13 SMD ( m) So sánh (%) so v i DO / +0,3 +0,39 +0,49 +0,88 S nh h ng c a h n h p nhiên li u d u c -diesel đ n ch t l ng phun nhiên li u đ c đánh giá thơng qua đ c tính c a tia phun nhiên li u rõ ràng Các k t qu tính tốn v nh h ng c a nhiên li u h n h p đ n th i m phun th i gian cháy tr B ng 3.6; 3.7 B ng 3.6 Th i m b t đ u phun c a lo i nhiên li u Lo i nhiên li u Th i m b t đ u STT phun theo GQTK DO PO10 PO20 PO30 PO100 (0GQTK) 349 348,8 348,6 348,4 348 Chênh l ch so v i / -0,2 -0,4 -0,6 -1,0 DO(0GQTK) B ng 3.7 K t qu tính tốn v th i gian cháy tr c a lo i nhiên li u So sánh Lo i nhiên li u DO PO10 PO20 PO30 PO100 Th i gian cháy tr (0GQTK) 2,3003 2,2279 2,2181 2,2127 2,1978 So sánh v i DO (0GQTK) / -0,0724 -0,0822 -0,0876 -0,1025 Nhiên li u h n h p làm cho th i m phun s m h n so v i nhiên li u DO có th i gian cháy tr ng n h n so v i nhiên li u DO 11 3.2 K t qu mơ ph ng q trình phun nhiên li u vào đ ng c diesel tàu th y Trong toán này, yêu c u đ c đ t mơ ph ng q trình nhiên li u l u thơng qua l phun c a vịi phun đ ng c 6LU32 cho k t qu tr ng áp su t, đông n ng r i v n t c nhiên li u l u đ ng qua l phun v i u ki n biên: không gian t nh c a l tia phun, không trao đ i nhi t; m c t i đ ng c 60% ( vòng quay 273 v/p); l u l ng phun 3,15 g/ct; v n t c phun 30 m/s; nhi t đ 1300K; áp su t phun nhiên li u pinj=800bar (xem Ph l c 4) thông s k thu t c a đ ng c diesel Hanshin 6LU32 B ng 3.1 Các lo i nhiên li u đ c s d ng bao g m lo i: DO, PO10, PO20, PO30 PO100 v i tính ch t đ c th hi n B ng 1.5 ch ng Hình 3.9: nh n th y có s khác bi t gi a lo i nhiên li u l u đ ng l phun Các đo n màu l phun vng góc v i đ ng tâm l ch ng t m t c t ngang đ ng áp c ng vng góc v i đ ng tâm l nên th hi n dịng ch y sn đ u, khơng b t c l Quy lu t thay đ i t ng đ ng v i tính tốn mơ hình lý thuy t ph n 3.1, tia phun c a nhiên li u h n h p có đ xâm nh p l n h n góc phun nh h n so v i nhiên li u DO Hi n t ng áp su t c a vào c a l phun c a nhiên li u h n h p cao h n so v i nhiên li u DO, có th đ c gi i thích đ nh t c a nhiên li u h n h p cao h n so v i nhiên li u DO Hình 3.10: v n t c chuy n đ ng c a lo i nhiên li u không đ ng đ u l phun trung tâm c a l phun đ u có v n t c cao h n so v i khu v c ti p giáp v i thành l phun; V n t c chuy n đ ng th p h n c a nhiên li u h n h p t i c a vào c a c a l phun gi i thích quy lu t thay đ i chi u dài tia phun theo đ c tính c a nhiên li u h n h p ng n h n so v i nhiên li u DO nh tính tốn mơ hình lý thuy t ph n 3.1 Tr ng phân b áp su t, v n t c, n ng l ng đ ng n ng r i Áp su t c a vào l phun Áp su t c a l phun Hình 3.10 Tr ng phân b v n t c l phun c a lo i nhiên li u Hình 3.1 Tr ng phân b áp su t l phun c a lo i nhiên li u 12 Hình 3.14 thông qua ng d ng mô ph ng b ng ph n m m Ansys Fluent, cho th y hình nh phân b n ng l ng đ ng n ng r i (đ n v [J/kg]) không gian t i c a vào, bên c a l phun c a vòi phun c a đ ng c 6LU32 cho th y nhi u s khác bi t gi a lo i nhiên li u - N ng l ng ch y r i c a nhiên li u DO th p h n so v i nhiên li u h n h p, t ng d n t đ u ng đ n cu i ng l phun nên đ t hi u qu phun cao nh t - Gi a nhiên li u DO PO10 có tính t ng đ ng cao, nhiên li u h n h p PO20 PO30 c ng có n ng l ng ch y r i t ng t nhau; c lo i nhiên li u đ u có n ng l ng đ ng r i phân b đ u, t ng lên theo chi u dài l phun t p trung cao c a c a l phun (các ch m màu đ ); - N ng l ng đ ng r i cao có th gây Hình 3.14 Tr ng phân b theo nên s nhi u lo i áp su t l n n ng l ng đ ng n ng r i l nguyên nhân gây lên hi n t ng xâm phun c a lo i nhiên li u th c m nh t i c a vào c a c a l phun 3.3 Mơ ph ng q trình hịa tr n-cháy c a nhiên li u h n h p đ ng c diesel tàu th y D a vào c s lý thuy t mô ph ng s CFD b ng ph n m m Ansys Fluent trình bày m c 2.5, NCS c ng nghiên c u ti p nhiên li u h n h p đ c phun vào bu ng đ t đ ng c diesel s đ c hịa tr n v i khơng khí s ch cháy nh th nào? K t qu mô ph ng s cho th y m t s v n đ quan tr ng sau đây: s phân b áp su t, nhi t đ v n t c q trình hịa tr n-cháy Các u ki n biên xác đ nh theo đ c m đ ng c 6LU32 vòi phun c a đ ng c theo B ng 3.1; u ki n khác nh m c 3.2.1.1 m c 3.2.1.2 NCS ch t p trung th c hi n mơ ph ng cho q trình hịa tr n - cháy c a lo i nhiên li u PO20, lo i nhiên li u h n h p đ c cho có đ c tính lý hóa phù h p nh t dành cho đ ng c diesel 6LU32 đ c khuy n cáo b i k t qu nghiên c u thu c đ tài c p nhà n c mã s : T.04.11/NLSH “ án phát tri n NLSH đ n n m 2015, t m nhìn đ n n m 2025” [20] t ng ng v i m c t i 60% K t qu phân b áp su t B ng vi c tính tốn cho khơng gian bu ng đ t su t trình kh o sát theo b c th i gian t ng ng v i góc quay tr c khu u s d ng lo i nhiên li u h n h p PO20 cho phép ta ghi l i k t qu tính tốn D i phân b áp su t tồn khơng gian bu ng đ t theo góc quay tr c khu u, đ ti n theo dõi k t qu đ c th hi n m t ph ng đ i x ng qua v trí tia phun nhiên li u Trên m i hình nh m t c a s th hi n k t qu c a ch ng trình tính tốn, ta có th ghi l i theo b c th i gian t ng ng v i góc quay tr c khu u hay t ng ng v i v trí c a piston 13 Hình 3.20 Phân b áp su t bu ng đ t t i m t c t đ ng qua đ ng tâm xy lanh theo GQTK đ ng c diesel 6LU32, PO20 Nh v y b ng cách trích xu t k t qu hình nh đ c chia nh theo GQTK kho ng th i gian kh o sát t ng ng cho th y k t qu v di n bi n thay đ i áp su t không gian bu ng đ t đ ng c thu c kho ng góc tr c khu u kh o sát, xác đ nh đ c v trí đ t áp su t l n nh t K t qu phân b nhi t đ Hình 3.21 Phân b nhi t đ bu ng đ t t i m t c t đ ng qua đ ng tâm xy lanh theo GQTK đ ng c diesel 6LU32, PO20 14 Mô ph ng s xu t k t qu hình nh đ c chia nh theo GQTK kho ng th i gian kh o sát t ng ng cho th y k t qu v di n bi n thay đ i nhi t đ không gian bu ng đ t đ ng c , th hi n đ c vùng có nhi t đ l n b t đ u cháy K t qu phân b v n t c Hình 3.2 Phân b v n t c cháy bu ng đ t t i m t c t đ ng qua đ ng tâm xy lanh theo GQTK đ ng c diesel 6LU32, PO20 Hình 3.22 cho th y hình nh phun nhiên li u đ ng đ u bu ng đ t 3.4 ánh giá đ tin c y k t qu tính tốn mơ ph ng So sánh s bi n thiên áp su t xy lanh đ c th hi n Hình 3.26, đ ng nét màu đ đ ng đ th ch th áp su t th c nghi m, đ ng nét màu xanh đ ng đ th ch th áp su t mô ph ng S trùng kh p c a hai đ ng cong ch ng minh thông s t s nén, áp su t nhi t đ ban đ u c a hai mơ hình phù h p Hình 3.4 So sánh di n bi n áp su t xi lanh gi a mô ph ng th c nghi m 15 3.5 K t lu n ch ng - Trên c s lý thuy t Ch ng 2, d a vào mơ hình tốn đ c l a ch n đ nghiên c u s nh h ng c a nhiên li u đ n đ c tính phun đ a k t qu tính tốn lý thuy t so sánh gi a h n h p PO v i DO v đ c tính v mơ (chi u dài phân rã s c p ng n h n; góc phun bé h n; chi u dài tia phun l n h n), vi mơ (đ ng kính trung bình h t nhiên li u l n h n); k t qu cho th y th i m phun c a PO s m h n, th i gian cháy tr ng n h n, l u l ng phun l n h n so v i DO - ã d a vào l a ch n gi i pháp ng d ng mô ph ng s CFD b ng ph n m m Ansys Fluent đ h tr nghiên c u nh ng hi n t ng x y t i l phun nhiên li u mà mơ hình lý thuy t đ c đ c p ch a x lý đ c nh : tr ng phân b áp su t, v n t c n ng l ng đ ng n ng r i K t qu mô ph ng trình phun nhiên li u qua l phun c a vòi phun đ ng c 6LU32 b ng ph n m m Ansys Fluent cho nh ng k t qu có c s khoa h c (T Hình 3.9 đ n 3.14) Các k t qu phù h p quy lu t thay đ i v i k t qu nghiên c u b ng mơ hình tốn v xu th nh h ng c a nhiên li u h n h p đ n ch t l ng phun c a HTPNL cho đ ng c , nh ng cho th y hình nh rõ h n; - K t qu mô ph ng v đ ng n ng r i c a lo i nhiên li u qua l phun đ c th hi n c th V i nhiên li u h n h p, đ ng n ng r i có xu th cao h n so v i DO, mà tr ng h p c a nhiên li u PO100 tiêu bi u Trên th c t , nhà nghiên c u l nh v c đ u kh ng đ nh r ng, đ ng n ng r i cao s d n đ n t o hi n t ng xâm th c l n V y nên, s d ng nhiên li u h n h p làm nhiên li u thay th cho đ ng c diesel th y, ph i đ c bi t l u ý đ n hi n t ng xâm th c có th x y t i l phun, khơng gian nhiên li u c a vịi phun; - K t qu nghiên c u mô ph ng v q trình hịa tr n-cháy đ i v i nhiên li u h n h p PO20 đ minh ch ng cho k t qu th c nghi m thơng qua ph n m m Ansys Fluent cho hình nh theo thang đo đ nh l ng v áp su t, nhi t đ v n t c cháy c a đ ng c 6LU32 đ c th hi n r t rõ (Hình 3.20 đ n Hình 3.25) cho th y ch t l ng hòa tr n - cháy t t, đ m b o thông s ch th g n v i th c nghi m Các k t qu nghiên c u lý thuy t mô ph ng t i Ch ng hoàn thành m c tiêu đ t B ng 1.6 Ch ng hoàn tồn đáng tin c y đ có th áp d ng cho ph n nghiên c u ti p theo CH NG NGHIÊN C U TH C NGHI M Quá trình th c nghi m đ c ti n hành t i Trung tâm thí nghi m h đ ng l c -Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam, đ ng c diesel th y 6LU32 lo i nhiên li u (DO, PO10, PO20 & PO30) - B ng 1.5 đ c l a ch n v i thi t b đo, trang thi t b ph tr hi n đ i c a hãng AVL, C ng hòa Áo (m c 4.2.3 PL1) Th c nghi m t p trung nghiên c u nh h ng c a lo i nhiên li u đ n ch t l ng phun ch tiêu kinh t (ge) môi tr ng (NOx) đ ki m ch ng k t qu mơ ph ng tính tốn lý thuy t ph n 3.1 ch ng 4.1 M c đích, ch đ , u ki n đ i t ng th c nghi m M c đích Thu th p đ y đ k t qu v trình c p nhiên li u cho đ ng c liên quan đ n th i m b t đ u phun nhiên li u, áp su t phun nhiên li u cao nh t… đ ng c ch đ t i nh t đ nh nh m đánh giá s nh h ng đ n th i m phun, l u l ng áp su t c a h th ng phun nhiên li u; đo n ng đ NOx khí th i So sánh nh ng ch tiêu quan tr ng gi a nghiên c u lý thuy t nghiên c u th c nghi m đ ng c diesel th c; 16 Ch đ t i đ ng c u ki n th c nghi m Th c nghi m đ c ti n hành u ki n nhi t đ môi tr ng 24 0C, áp su t môi tr ng p0= bar, đ m t ng đ i 75% B ng 4.1 Các ch đ th nghi m Ch đ t i c a đ ng c T c đ (v/p) 40% (400 kW) 238 60% (600 kW) 273 i t ng th c nghi m ng c diesel tàu th y HANSHIN 6UL32 lai phanh th y l c Omega 1500 HTPNL cho đ ng c đ c l p đ t t i Trung tâm nghiên c u h đ ng l c, Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam xu t mơ hình th c nghi m Nh m đáp ng m c tiêu v th nghi m nh nêu trên, mơ hình th c nghi m đ c đ xu t nh Hình 4.1 Hình 4.1 S đ HTPNL cho đ ng c thi t b thí nghi m 4.2 K t qu nghiên c u th c nghi m 4.2.1 Áp su t cháy xy lanh đ ng c B ng 4.2 Giá tr pz đ i v i lo i nhiên li u ch đ t i khác Áp su t cháy c c đ i - pz (bar) Ch đ t i c a đ ng c DO PO10 PO20 PO30 40% 53,245 52,869 49,241 45,823 60% 65,245 63,869 62,941 59,823 17 Áp su t cháy c c đ i c a nhiên li u h n h p PO có xu h ng nh h n so v i c a nhiên li u DO 4.2.2 Th i m b t đ u phun áp su t phun l n nh t B ng 4.3 Th i m b t đ u phun áp su t phun nhiên li u l n nh t Th i m b t đ u phun Áp su t phun l n nh t Vòng quay (0GQTK) (bar) STT (v/p) DO PO10 PO20 PO30 DO PO10 PO20 PO30 238 349,3 349,0 348,7 348,2 300 303 308 314 Chênh l ch so v i DO / -0,3 -0,6 -1,1 / +3 +8 +14 273 348,8 348,5 348,1 347,8 459 483 486 495 Chênh l ch so v i DO / -0,3 -0,7 -1,0 / +24 +27 +36 Nhiên li u h n h p có th i m phun s m, áp su t phun l n nh t p max-inj cao h n so v i nhiên li u DO t l v i % d u th c v t 4.2.3 Th i gian cháy tr c a nhiên li u B ng 4.4 K t qu th c nghi m v th i gian cháy tr c a nhiên li u STT Th i gian cháy tr c a nhiên li u (0GQTK) DO PO10 PO20 PO30 400 2,4082 2,3879 2,3663 2,3430 Chênh l ch so v i DO (0GQTK) / -0,0203 -0,0419 -0,0652 600 2,4235 2,3774 2,3560 2,3312 Chênh l ch so v i DO (0GQTK) / -0,0461 -0,0675 -0,0923 Ch đ t i (kW) 18 Các lo i nhiên li u h n h p PO10, PO20 PO30 đ u có th i m b c cháy s m h n so v i nhiên li u DO có th i gian cháy tr ng n h n 4.2.4 Su t tiêu hao nhiên li u B ng 4.5 Su t tiêu hao nhiên li u đ i v i lo i nhiên li u khác Su t tiêu th nhiên li u (g/kW.h) STT Lo i nhiên T i/vòng quay T ng so v i T i/vòng quay T ng so v i li u (40%/238v/p) DO (60%/273v/p) DO DO 198 / 205 / PO10 200 (1,0%) 210 (2,4%) PO20 203 (2,5%) 216 11 (5,3%) PO30 206 (4,0%) 220 15 (7,3%) Khi s d ng nhiên li u h n h p, su t tiêu th nhiên li u cao h n so v i s d ng nhiên li u DO ch đ t i cao 600kW (60% t i), su t tiêu th nhiên li u s d ng nhiên li u h n h p PO30 cao h n so v i s d ng DO kho ng 7,3% s chênh l ch ch đ t i 400kW (40% t i) t ng kho ng 4% 4.2.5 ánh giá s thay đ i c a l u l ng phun B ng 4.6 nh h ng c a lo i nhiên li u đ n đ nh l ng c p nhiên li u Lo i nhiên li u L ng nhiên li u phun/l n (g/ct) DO PO10 PO20 PO30 Q, (g/ct) 3,142 3,154 3,172 3,201 S thay đ i so v i DO, (%) / +0,381 +0,946 +1,843 L ng nhiên li u c p cho m t chu trình c a nhiên li u h n h p l n h n so v i nhiên li u DO t l v i ph n tr m d u c h n h p Theo th c nghi m l ng c p nhiên li u cho m t chu trình c a nhiên li u PO30 t ng t i 1,843% PO20 t ng kho ng 0,946% so v i nhiên li u DO 4.2.6 Ch t l ng phun s ng, t o h n h p cháy Trong q trình thí nghi m, l n l t lo i nhiên li u đ c th nghi m thi t b Visio Scope đ c áp d ng đ ghi l i hình nh trình di n bi n c a th i m b t đ u c p nhiên li u vào bu ng đ t đ ng c , th i m b t đ u cháy di n bi n trình cháy Hình 4.11 đ n 4.16 cho th y hình nh th i m nhiên li u b t đ u đ c phun vào bu ng đ t c a xy lanh s đ ng c diesel th y 6LU32 vòng quay 273 v/p t ng đ ng 600kW (60% t i) trình b t đ u hòa tr n cháy c a h n h p Nhiên li u h n h p đ c phun, cháy s m h n so v i nhiên li u DO 19 Hình 4.11 Hình nh nhiên li u b t đ u Hình 4.12 Hình nh nhiên li u hòa tr n, phun -11,7 đ GQTK tr c CT, 273 v/p cháy -7 đ GQTK tr c CT, 273 v/p Hình 4.13 Hình nh nhiên li u cháy đ GQTK tr c CT, 273 v/p -3 Hình 4.14 Hình nh nhiên li u cháy GQTK sau CT, 273 v/p 5đ Hình 4.15 Hình nh nhiên li u cháy đ GQTK sau CT, 273 v/p 22 11 Hình 4.16 Hình nh nhiên li u cháy đ GQTK sau CT, 273 v/p 20 4.2.7 Phát th i NOx B ng 4.7 K t qu th c nghi m v hàm l Hàm l DO 19,4 ng NOx khí th i ng khí NOx khí th i đ ng c (g/kW.h) PO10 PO20 PO30 17,0 14,8 13,9 NO x 30 10 H (g/kW.h) 20 L DO PO10 PO20 PO30 th bi u th hàm l ng NOx khí th i đ ng c ch đ t i 600kW s d ng lo i nhiên li u K t qu th c nghi m v n ng đ phát th i khí NOx cho th y: hàm l ng khí NOx khí th i s d ng nhiên li u DO có giá tr b ng 19,4 g/kW.h Nh v y hàm l ng phát th i cao h n so v i hàm l ng phát th i khí NOx s d ng nhiên li u h n h p Khi s d ng nhiên li u h n h p PO30, hàm l ng khí NO x khí th i đ ng c 6LU32 đo đ c b ng 13,9 g/kW.h, th m chí cịn th p h n so v i tiêu chu n phát th i đ c qui đ nh đ i v i lo i đ ng c b i Ph l c VI, MARPOL 73/78; đ i v i PO20 14,8 g/kW.h; 4.3 K t qu gi i pháp hi u ch nh b ng ph ng pháp quy ho ch th c nghi m Trên c s k t qu phân tích s d ng lý thuy t t i u hóa b ng ph ng pháp qui ho ch th c nghi m nêu ph n 2.6 Ch ng đ th c hi n gi i pháp hi u ch nh thích h p cho HTPNL cho đ ng c nh m đáp ng m c tiêu c n thi t Trong cơng th c tốn h c đ c xây d ng d i d ng m t hàm m c tiêu (2.72) đ c ng d ng Th c nghi m hi u ch nh đ c th c hi n đ ng c diesel tàu th y Hanshin 6LU32 đ c trang b t i PTN Trung tâm thí nghi m h đ ng l c - Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam có thơng s trình bày B ng 3.1 theo u ki n th c nghi m đ c trình bày ph n 4.1 4.2 Ch ng lo i nhiên li u PO10, PO20, PO30 có tính ch t đ c trình bày B ng 1.5 B ng 4.8 B ng d ki n v y u t gây nh h ng m c giá tr M c Y u t nh h ng Ký hi u Th p (-1) Trung tâm (0) Cao (1) Th i m b t đ u A 11 13 phun (0CA GQTK) Áp su t phun (MPa) B 27 28 29 T l d u c (%) C 10 20 30 Hình 4.17 Ti n hành th c nghi m đ ng c 6LU32: d a s l n c n làm th c nghi m ti n hành đo đ c thông s c n thi t nh đ xu t t i B ng 4.10, cho đ ng c diesel làm vi c ch đ 600kW (273 v/p) đo m c đ phát th i v i su t tiêu th nhiên li u c n l u ý r ng, m i l n làm thí nghi m s đ c ti n hành v i s ghép c a y u t nh h ng v i m c giá tr khác Nh v y, c n th c hi n l n thí nghi m hi u ch nh giá tr c a y u t nh h ng 21 Trong trình hi u ch nh, cơng vi c c n làm ph c t p cơng phu hi u ch nh cam nhiên li u theo yêu c u v i v trí đ m vòi phun th i m 100, 110 120GQTK tr c CT B ng cách làm nh v y, toàn b s l n th c nghi m d li u c n thi t đ c th hi n B ng 4.11 B ng 4.9 T o ma tr n thí nghi m TT X1 -1 1 -1 -1 -1 X2 1 -1 -1 1 -1 -1 X3 1 -1 -1 -1 -1 Y1 (g/kW.h) 223 221 222 221 219 222 224 222 221 Y2 (g/kW.h) 15,3 16,1 15,2 15,7 14,8 16,5 16,4 16,8 16,1 Các k t qu thí nghi m đ c trình bày B ng 4.13 B ng 4.10 K t qu nghiên c u t i u hóa TT i m trung tâm (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) X1 Y1 X2 X3 SOI [0CA ge IP [MPa] PO [%] CT] [g/kW.h] Y2 NOx [g/kW.h] M c ch t l ng 11 28 20 223 15,3 472,63 11 11 12 10 12 12 10 10 28,5 29 29,5 29,5 30 30 29 28 10 30 10 20 20 20 30 30 221 222 221 219 222 224 222 221 16,1 15,2 15,7 14,8 16,5 16,4 15,8 15,1 427,42 431,24 469,86 492,58 483,48 429,75 456,32 467,95 Gi i h n NOx theo yêu c u c a T ch c Hàng h i Qu c t đ c trình bày t i ph l c VI c a Cơng c qu c t MARPOL 73/78, v y đ ng c diesel tàu th y Hanshin 6LU32 có m c phát th i NOx = 19,4g/kW.h ( ch đ th nghi m có th PTN ng v i t i 600kW, 273 v/p) c n h ng t i m c phát th i gi i h n m c tiêu NOx.g = 14,19g/kW.h Thông qua k t qu c a hàm t i u, có th xác nh n r ng s k t h p (SOI = 100CA, IP = 29,5MPa, t l = 20% PO) giá tr u ch nh HTPNL ph c v cho đ ng c ho t đ ng hi u qu cao đ t ch tiêu ge = 219g/kW.h, m c phát th i NOx = 14,8g/kW.h i u c ng có ngh a q trình t i u hóa theo ph ng pháp b m t đáp ng tìm th y y u t ki m soát t i u cho đ ng c diesel 6LU32 GPS = 100GQTK, áp su t nâng kim phun = 29,5MPa, nhiên li u h n h p v i d u diesel có t l d u c 20% PO có th đ c ch n đ đ t thông s làm vi c t i u cho đ ng c diesel tàu th y 6LU32 s d ng nhiên li u h n h p cho thay th nhiên li u thông th ng 22 K t lu n ch ng T c s k t qu nghiên c u lý thuy t Ch ng tính tốn lý thuy t, mơ ph ng Ch ng 3, Ch ng tri n khai nghiên c u th c nghi m xác đ nh thông s quan tr ng đánh giá ch t l ng phun c a nhiên li u DO h n h p PO10, PO20, PO30 hai ch đ t i 40% (238 v/p) 60% (273 v/p) đ ng c diesel tàu th y lai phanh th y l c Hanshin 6LU32 PTN Các k t qu nghiên c u th c nghi m cho k t qu th nghi m r t phong phú, xác th c đ c t ng h p phân tích m c 4.3 cho th y rõ h n v s nh h ng nh sau: áp su t cháy cháy c c đ i c a PO nh h n DO (PO20 nh h n kho ng 3,5% t c đ 273 v/p); th i m phun c a PO s m h n DO (PO20 s m h n kho ng 0,7 đ t c đ 273 v/p), áp su t phun l n nh t c a PO l n h n DO (PO20 l n h n kho ng 5,5% t c đ 273 v/p); th i gian cháy tr PO nh h n c a DO (PO20 nh h n kho ng 0,0675 đ t c đ 273 v/p); su t tiêu hao nhiên li u (PO20 t ng kho ng 5,3% t c đ 273 v/p); l u l ng phun c a PO20 t ng kho ng 0,946% so v i DO; ch t l ng phun s ng hòa tr n - cháy đ c camera VisioScope ch p hình quay phim l i cho th y PO20 v n đ m b o có h n DO; phát th i NOx c a PO20 gi m kho ng 23% so v i DO Xây d ng đ c gi i pháp hi u ch nh thích h p m t ph ng pháp t ng h p bi n pháp hi u ch nh thông s c a h th ng nhiên li u đ đ t đ c hi u qu kinh t c ng nh tiêu chu n v môi tr ng b ng cơng th c tốn h c d i d ng m t hàm m c tiêu (2.72) th c hi n th c nghi m ki m ch ng tr c ti p đ i v i đ ng c diesel Hanshin 6LU32 K t qu xác đ nh đ c thông s u ch nh y u t ki m soát t i u cho đ ng c diesel 6LU32 GPS = 100GQTK tr c CT, áp su t nâng kim phun = 29,5MPa, nhiên li u h n h p v i d u diesel có t l d u c 20%PO có th đ c ch n đ đ t thông s làm vi c t i u cho đ ng c diesel tàu th y 6LU32 s d ng nhiên li u h n h p cho thay th nhiên li u truy n th ng đ t ch tiêu kinh t ge=219 g/kW.h ch tiêu môi tr ng NOx=14,8 g/kW.h N i dung Ch ng hoàn thành m c tiêu đ B ng 1.6 Ch ng K T LU N VÀ KI N NGH K t lu n: Sau th i gian làm vi c nghiêm túc, b ng ph ng pháp nghiên c u t ng h p gi a nghiên c u lý thuy t, áp d ng mô ph ng s nghiên c u th c nghi m, NCS th c hi n hoàn ch nh m c tiêu, yêu c u c a đ tài lu n án “Nghiên c u nh h ng c a h n h p nhiên li u d u th c v t – diesel đ n phun nhiên li u, t o h n h p, cháy tính n ng c a đ ng c diesel tàu th y” sau nh ng k t lu n: ã phân tích k t qu nghiên c u n c liên quan đ n lu n án, c s t ng h p l a ch n đ c c s lý thuy t thích h p đ ph c v nghiên c u nh h ng c a đ c tính h n h p nhiên li u d u c - d u diesel đ n ch t l ng phun nhiên li u ch tiêu kinh t (g e), môi tr ng (NOx) c a đ ng c diesel tàu th y; đ xu t gi i pháp đ áp d ng gi i pháp hi u ch nh thích h p thơng s c a HTPNL t l % d u c h n h p đ đ ng c ho t đ ng n đ nh đ t ch tiêu kinh t môi tr ng; ã đánh giá đ c s nh h ng c a đ c tính nhiên li u h n h p đ n ch t l ng phun nhiên li u c a HTPNL cho đ ng c diesel tàu th y Hanshin 6LU32 s d ng h n h p nhiên li u d u c - diesel PO10, PO20, PO30 DO Các k t qu cho th y: h n h p nhiên li u d u c - diesel làm thay đ i đ c tính v mơ vi mơ c a tia phun nhiên li u c a vòi phun; d n đ n thay đ i q trình phun, hịa tr n - cháy c a 23 h n h p nhiên li u-khơng khí bu ng đ t đ ng c diesel tàu th y; làm cho th i m phun s m h n so v i nhiên li u DO; gi m th i gian cháy tr th i m b c cháy nhiên li u c ng s m h n so v i DO; Xây d ng đ c mô hình mơ ph ng s cho k t qu v tr ng v n t c, tr ng áp su t, tr ng phân ph i n ng l ng đ ng n ng r i đ c phân ph i không gian ch a nhiên li u đ u vòi phun, t i c a vào c a c a l phun làm c s khoa h c quan tr ng đánh giá ch t l ng phun nhiên li u K t qu mô ph ng q trình hịa tr n - cháy c a PO20 bu ng đ t đ ng c diesel 6LU32 cho thông s kh quan minh ch ng cho k t qu th c nghi m; T ch c th c nghi m đ ng c 6LU32 ch đ t i 40% (238 v/p) 60% (273 v/p), xác đ nh đ c thông s : áp su t cháy; th i m phun, áp su t phun l n nh t; th i gian cháy tr ; su t tiêu hao nhiên li u; l u l ng phun; ch t l ng phun s ng hòa tr n - cháy; phát th i NOx thông s công tác khác c a đ ng c nh m so sánh, đánh giá ch t l ng phun nhiên li u c a t ng lo i nhiên li u nghiên c u; T k t qu nghiên c u k t h p gi a lý thuy t b ng vi c s d ng cơng th c tốn h c, xây d ng mơ hình mơ ph ng s nghiên c u th c nghi m t i phịng thí nghi m đ xu t đ c gi i pháp hi u ch nh thích h p HTPNL đ ng c diesel 6LU32 s d ng nhiên li u h n h p m t cách hi u qu thân thi n h n v i môi tr ng ây nh ng bi n pháp nghiên c u hi n đ i đ c ng d ng vào khai thác v n hành h đ ng l c tàu th y phù h p v i chuyên ngành khai thác b o trì tàu th y mã s 9520116 K t qu sau th c nghi m hi u ch nh: - Xác đ nh đ c thơng s u ch nh đ ki m sốt t i u cho đ ng c diesel Hanshin 6LU32 ho t đ ng n đ nh GPS = 10 0GQTK (gi m 10), áp su t nâng kim phun = 29,5MPa (t ng lên 1,5MPa), nhiên li u h n h p v i d u diesel có t l d u c 20% PO; ng c diesel làm vi c đ t đ c hai m c tiêu su t tiêu th nhiên li u h p lý (ge=219g/kW.h) ti m c n v i tiêu chu n phát th i v NO x (=14.8 g/kW.h) c a IMO Tuy nhiên ch đ th nghi m cao nh t có th PTN đ i v i m t đ ng c diesel tàu th y c v a Các k t qu nghiên c u đ c t ng h p có th kh ng đ nh r ng: hồn tồn có th s d ng nhiên li u h n h p d u th c v t - diesel làm nhiên li u thay th tàu thu c đ i v n t i bi n Vi t Nam đáp ng tiêu chu n phát th i Qu c t H n n a, c ng nh ng k t qu khoa h c l n đ u tiên đ c nghiên c u thành công Vi t Nam h ng ng đ án “S d ng ti t ki m nhiên li u b o v môi tr ng” c a Chính ph đ Ki n ngh : ây m i ch nh ng thành cơng b c đ u, lu n án cịn nh ng h n ch sau c n ti p t c nghiên c u th i gian t i: M r ng nghiên c u đ n BCA, h th ng cam nhiên li u đ nghiên c u nh h ng c a QLCCNL đ n trình phun, hình thành h n h p cháy, cháy phát th i c a đ ng c diesel tàu th y chuy n sang s d ng h n h p nhiên li u d u c -d u diesel; ánh giá đ n đ nh c a HTPNL đ ng c diesel tàu th y chuy n sang s d ng h n h p nhiên li u d u c -d u diesel nh v n đ bơi tr n, mài mịn, n mịn xy hóa chi ti t h th ng; M r ng đ i t ng nghiên c u, lo i đ ng c diesel tàu th y hi n đ i v i HTPNL common rail đ c u n b ng b u n n t ECU 24 DANH M C CÁC CƠNG TRÌNH Ã CÔNG B C A TÁC GI LIÊN QUAN N LU N ÁN [1] ThS Nguy n c H nh, PGS TSKH ng V n Uy, PGS TS Nguy n i An(tháng11/2013).Nghiên c u đánh giá nh h ng c a h n h p d u th c v t – d u diesel đ n áp su t phun nhiên li u c a đ ng c diesel Hanshin 6LU32 T p chí Khoa h c–Cơng ngh Hàng h i s 36 ISSN1859316X [2] ThS Nguy n c H nh, PGS TSKH ng V n Uy, PGS TS Nguy n i An (tháng10/2014) Nghiên c u nh h ng c a h n h p d u th c v t – d u diesel đ n l u l ng phun nhiên li u vào đ ng c diesel Hanshin 6LU32 T p chí C khí Vi t Nam, s đ c bi t ISSN 0866-7056 [3] ThS Nguy n c H nh, PGS TSKH ng V n Uy, PGS TS Nguy n i An, (tháng 4/2015) Nghiên c u đánh giá nh h ng c a h n h p d u th c v t – d u diesel đ n tr ng thái k thu t c a b m cao áp vòi phun đ ng c diesel Hanshin 6LU32 T p chí Khoa h c – Công ngh Tr ng i h c Công nghi p Hà N i s 27 ISSN 1859-3585 [4] MSc Nguyen Duc Hanh, Prof., Dr Nguyen Dai An, Prof., Dr Dang Van Uy (July/2017) A study on the applicability of biofuel for the small marine diesel engines in Vietnam conditions T p chí Khoa h c–Cơng ngh Xây d ng s ISSN1859-2996 [5] Prof., DSc Dang Van Uy, Prof., Dr Nguyen Dai An, MSc Nguyen Duc Hanh (Oct.17-19/2018, Barcelona, Spain).An optimization of marine diesel engine operation parameters when using a mixed fuel (DO and palm oil) as alternative fuel IAMU 2018, 19th Annual General Assembly – AGA, of the International Association of Maritime Universities (IAMU) [6] ThS Nguy n c H nh, PGS TSKH ng V n Uy, PGS TS Nguy n i An ng d ng CFD tính tốn mơ ph ng s q trình hịa tr n - cháy đ ng c diesel th y s d ng nhiên li u h n h p (d u DO - d u c ) làm nhiên li u thay th T p chí KHKT Thu l i Môi tr ng s đ c bi t tháng 10 n m 2019 ISSN1859-3941 [7] MSc Nguyen Duc Hanh, Prof., Dr Nguyen Dai An, Prof., Dr Dang Van Uy Simulation of fluid dynamics through nozzles into marine diesel engine combustion chamber using the mixture fuel oil (diesel oil and palm oil) as an alternative one by Fluent-Ansys software 30th International Symposium on Transport Phenomena, Vinpearl Halong Bay Resort | 1-3 November 2019 ... n ch t l ng phun nhiên li u, hòa tr n - cháy c a HTPNL c a đ ng c diesel tàu th y 3.1 ánh giá nh h ng c a nhiên li u h n h p đ n đ c tính tia phun nhiên li u c tính c a tia phun nhiên li u đ... ng c a đ c tính nhiên li u h n th c v t - diesel đ n ch t h p đ n th i m b t đ u phun th i l ng phun nhiên li u: đ c gian cháy tr nhiên li u; đ n đ c tính tính phun; th i m b t đ u phun làm thay... h p nhiên li u d u th c v t – diesel đ n phun nhiên li u, t o h n h p, cháy tính n ng c a đ ng c diesel tàu th y” đ c NCS l a ch n đ nghiên c u M c đích nghiên c u - Nghiên c u nh h ng c a nhiên