bách khoa hà nội luôn dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành

Luận án này tập trung nghiên cứu cơ chế hình thành và phát triển của cặn lắng trong buồng cháy động cơ diesel thông qua các thử nghiệm tạo cặn trên mô hình vách buồng cháy được thiết l[r]

i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác

Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc

Hải Phòng, ngày 26 tháng 03 năm 2019 Tác giả

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học, tập thể giảng viên Khoa Máy tàu biển Viện Cơ khí - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam; Ban chủ nhiệm Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Động đốt - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, dành cho điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận án

Tơi xin tỏ lịng kính trọng chân thành biết ơn GS.TS Lương Công Nhớ, PGS.TS Trần Quang Vinh nhận hướng dẫn thực Luận án

iii MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

THUẬT NGỮ VÀ KÍ HIỆU viii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv

MỞ ĐẦU xvii

i Lý chọn đề tài xvii

ii Mục tiêu đề tài xvii

iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài xviii

iv Phương pháp nghiên cứu đề tài xviii

v Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài xix

vi Điểm luận án xix

vii Bố cục luận án xix

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

1.1 Cặn lắng buồng cháy động

1.1.1 Đặc điểm cặn lắng

1.1.2 Yếu tố hình thành cặn lắng

1.1.3 Các tác động xấu cặn lắng đến động 14

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu cặn lắng động 18

1.3 Kết luận chương 22

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỰ HÌNH THÀNH CẶN LẮNG TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ DIESEL 24

2.1 Cơ sở lý thuyết hình thành cặn lắng buồng cháy động 24

2.1.1 Lý thuyết hình thành lắng đọng hạt 24

2.1.2 Lý thuyết hình thành màng lỏng giọt tương tác với vách 26

iv

2.1.4 Giả thuyết chế hình thành cặn lắng buồng cháy động 38

2.2 Phương pháp nghiên cứu cặn lắng buồng cháy động 45

2.2.1 Phương pháp thực nghiệm 45

2.2.2 Phương pháp số 47

2.2.3 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm 47

2.3 Kết luận chương 56

CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM TẠO CẶN LẮNG TRÊN VÁCH BUỒNG CHÁY 57

3.1 Đặt vấn đề 57

3.1.1 Giới thiệu chung 57

3.1.2 Mục tiêu 60

3.1.3 Cơ sở thiết kế 61

3.2 Xây dựng mô hình thực nghiệm 63

3.2.1 Thiết lập mơ hình 63

3.2.2 Trang thiết bị 66

3.2.3 Quy trình chế độ thử nghiệm 68

3.3 Mơ hình thực nghiệm đối chứng TNCBC 72

3.3.1 Mơ hình trang thiết bị 73

3.3.2 Quy trình thử nghiệm 74

3.4 Phương trình hồi quy hình thành phát triển cặn lắng 74

3.4.1 Mô hình tốn mơ tả hình thành phát triển cặn lắng mơ hình TNCMH 75 3.4.2 Mơ hình tốn mơ tả hình thành phát triển cặn lắng mơ hình TNCBC 80 3.5 Tính tương đồng mơ hình TNCMH TNCBC 81

3.5.1 Sự phát triển cặn lắng 82

3.5.2 Điều kiện thử nghiệm 83

3.6 Kết luận chương 85

CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 86

4.1 Phương pháp quy trình thử nghiệm tạo cặn lắng bề mặt vách buồng cháy 86

4.1.1 Quy trình điều kiện thử nghiệm 86

v

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ vách buồng cháy đến hình thành phát triển

cặn lắng 92

4.2.1 Khối lượng cặn lắng tích lũy 93

4.2.2 Cấu trúc lớp cặn 96

4.2.3 Nhiệt độ lớp cặn 97

4.2.4 Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng nhiệt độ vách buồng cháy 99

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần nhiên liệu đến hình thành phát triển cặn lắng 102

4.3.1 Khối lượng cặn tích lũy 102

4.3.2 Tính chất lớp cặn 106

4.3.3 Cơ chế hình thành cặn lắng 109

4.3.4 Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng thành phần nhiên liệu 113

4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng lượng dầu bôi trơn buồng cháy đến hình thành phát triển cặn lắng 115

4.4.1 Khối lượng cặn tích lũy 115

4.4.2 Nhiệt độ lớp cặn 116

4.4.3 Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng lượng dầu bôi trơn buồng cháy 118

4.5 Kết luận chương 119

KẾT LUẬN 122

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 124

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt

Å Ångström Đơn vị độ dài

AIC Akaike info criterion Tiêu chuẩn thông kê Akaike

A/F Air/fuel Tỷ số khơng khí/nhiên liệu

B100C Nhiên liệu 100% dầu dừa

B100 Nhiên liệu 100% dầu cọ

B50 Nhiên liệu diesel pha trộn với

50% khối lượng B100

B20 Nhiên liệu diesel pha trộn với

20% khối lượng B100

B5 Nhiên liệu diesel pha trộn với

5% khối lượng B100 CCD Combustion chamber deposit Cặn lắng buồng cháy

CHEMKIN Phần mềm mô phản

ứng hóa học q trình cháy

CME Coconut metyl ester Dầu dừa

CPO Crude palm oil Dầu cọ thô

DI Direct injection Phun trực tiếp

DDC Dodecane (C12H26)

DO Nhiên liệu diesel

DO+1%L Dầu diesel pha trộn với 1%

dầu bôi trơn khối lượng

DO+2%L Dầu diesel pha trộn với 2%

dầu bôi trơn khối lượng ESR Electron spin resonance Sự cộng hưởng chuyển động

quay điện tử

FTIR Fourier Transform Infra-Red Phân tích hồng ngoại biến đổi Fourier

fps Frame per second Số khung hình giây

vii HCCI Homogeneous charge compression

ignition

Động nén cháy hỗn hợp đồng

LO Lubricated oil Dầu bôi trơn

MEP Maximum evaporation rate point Điểm có tốc độ hóa cực đại

NASA National Aeronautics and Space Administration

Cơ quan hàng không, vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ

Pb Chì

PBA Polybutane amine-based additive Phụ gia gốc polybutan amin PEA Polyether amine-based additive Phụ gia gốc polyeste amin

PM Particulate matter Phát thải hạt

PME Palm metyl ester Metyl este dầu cọ

OH Gốc hiđroxit

R Ngôn ngữ lập trình R

SI Spark ignition Cháy cưỡng (đánh lửa)

SEM Scanning Electron Microscopes Kính hiển vi điện tử quét

tb Trung bình

TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền dẫn

TGA Thermo-Gravimetric Phương pháp phân tích nhiệt

TNCBC Thử nghiệm xác định lượng

cặn buồng cháy động thực

TNCMH Thử nghiệm tạo cặn mô

viii

THUẬT NGỮ VÀ KÍ HIỆU

Kí hiệu Giải thích Đơn vị

a Hệ số phương trình Arrhenius Ai Giá trị thực nghiệm thứ i

𝐴 Giá trị thực nghiệm trung bình

Bi Số Biot

b Hệ số phương trình Arrhenius

C Hằng số khơng thứ nguyên xét đến khuếch tán c Số lượng kích thước riêng phần

d Đường kính hạt soot mm

Da Số Damkohler

Dd Đường kính giọt nhiên liệu mm

dc Đường kính xilanh m

Di Hệ số khuếch tán riêng phần chất i

D0 Kích thước ban đầu giọt mm

Dp Hệ số khuếch tán

dp Đường kính hạt m

𝑑𝑁 𝑑𝑡

Tốc độ kết tụ hạt soot m/s

Ea Năng lượng kích hoạt phản ứng J

f Tần suất va chạm giọt với vách fs Hệ số “hút nhiệt”

g Gia tốc trọng trường m/s2

G’ Hệ số xét đến gia tăng va chạm lực điện từ phân tán

hLF Độ dày lớp chất lỏng mm

k Hằng số Boltzmann

kc Hệ số truyền nhiệt xilanh W/Km

Kn Hệ số dòng trượt

kg Hệ số truyền nhiệt khí thể xilanh W/Km

kp Hệ số mật độ phần tử khí

ix ktn Hệ số kết tụ hạt soot

ka, kb, kt,

kz

Các hệ số thực nghiệm liên quan đến hệ số tốc độ cho phản ứng thay đổi chế

Krc Tiêu chuẩn khơng thứ ngun kích thước giọt

Lh Khoảng cách từ đầu kim đến tâm bề mặt mô hình vách mm

lr Chiều dài độ nhám mm

MR Tổng khối lượng cặn bề mặt vách g

MD Tổng khối lượng giọt nhiên liệu g

Md Khối lượng tích lũy giọt nhiên liệu g

mD Khối lượng giọt nhiên liệu g

N Mật độ số lượng hạt soot

ND Số giọt nhiên liệu va chạm với bề mặt

Num Hệ số đặc trưng cho tác động đồng thời khuếch tán

Nsd Không thứ nguyên hiệu ứng khuếch tán

Nse Không thứ nguyên hiệu ứng điện di

Nst Không thứ nguyên khuếch tán nhiệt Stokes

Nsg Không thứ nguyên xét đến trọng lực

Oh Số không thứ nguyên Ohnesorge p Số lượng nút lưới chiều Pes Số Peclet

Pi Áp suất riêng phần chất i MPa

r Hệ số tương quan

R Tham số tổng hợp liên quan đến hiệu suất thu thập lắng đọng hạt xilanh

Rec Hệ số xét đến đồng dạng đường kính

R2 Tổng bình phương sai số

Stk Không thứ nguyên Stokes

RS Độ nhám bề mặt

T Nhiệt độ xilanh K

x

tc Thời gian tính tốn mơ hình chiều s

tdmax Giá trị kiểm định phân phối Student

tMEP Nhiệt độ MEP oC

tct Nhiệt độ thị oC

tbm Nhiệt độ bề mặt vách oC

tc Nhiệt độ bề mặt cặn oC

tVách Nhiệt độ bề mặt vách oC

T90 Nhiệt độ chưng cất 90% oC

TPA Nhiệt độ chất lỏng trạng thái bám dính hồn tồn oC

Tc Nhiệt độ xilanh oC

Tg Nhiệt độ khí thể xilanh oC

Tsat Nhiệt độ bão hòa oC

Tcrit Nhiệt độ tới hạn oC

Tleid Nhiệt độ Leidenfrost oC

TW Nhiệt độ vách hâm nóng oC

∆t Nhiệt độ thứ cấp (tbm - tMEP) oC

Ucr Vận tốc giọt m/s

v0 Tốc độ tương đối hạt soot m/s

x0 Khoảng cách giới hạn từ bề mặt xilanh mm

xi Các yếu tố đầu vào (điều khiển)

𝑥̅ Sự dịch chuyển chuyển động ngẫu nhiên hạt soot mm yi Thông số tối ưu

We Số không thứ nguyên Weber Wc Khối lượng phân tử C

Wi Đại lượng ngẫu nhiên

α Hệ số đặc trưng cho tạo cặn ban đầu

α Hệ số đặc trưng cho tạo cặn ban đầu xét đến ảnh hưởng

của nhiệt độ bề mặt vách

α Hệ số đặc trưng cho tạo cặn ban đầu xét đến ảnh hưởng

xi

α3 Hệ số đặc trưng cho tạo cặn ban đầu xét đến ảnh hưởng

của dầu bôi trơn

∝ Hệ số liên quan đến đa tán sắc tự nhiên hệ thống

αT Hệ số tỏa nhiệt W/m2K

αbđ Hệ số đặc trưng cho tạo cặn ban đầu giai đoạn đầu

αs Hệ số đặc trưng cho tạo cặn ban đầu giai đoạn sau

β Hệ số đặc trưng cho phát triển cặn

β Hệ số đặc trưng cho phát triển cặn xét đến ảnh hưởng

nhiệt độ bề mặt vách

β Hệ số đặc trưng cho phát triển cặn xét đến ảnh hưởng

nhiên liệu

β Hệ số đặc trưng cho phát triển cặn xét đến ảnh hưởng

dầu bôi trơn

βbđ Hệ số đặc trưng cho phát triển cặn giai đoạn đầu

βs Hệ số đặc trưng cho phát triển cặn giai đoạn sau

𝜎𝑛 Độ lệch ước lượng tập hợp mẫu 𝜀0 Hệ số điện môi

𝜀𝑑 Tốc độ tiêu hao lượng rối

δ Độ dày màng chất lỏng mm

𝜇 Độ nhớt động học Pa s

𝜂0,𝐷 Hiệu suất thu thập hạt khuếch tán Brown 𝜂0,𝐼 Hiệu suất thu thập hạt chế điện di 𝜌 Mật độ hạt

ρp Khối lượng riêng hạt kg/m3

ρnl Khối lượng riêng nhiên liệu kgm-3

∅ Phân lượng thể tích soot

𝜙 Phân lượng thể tích pha lơ lửng

τtt Thời gian tồn giọt nhiên liệu giây

τvc Thời gian va chạm giây

νtrộn Độ nhớt động học nhiên liệu DO hòa trộn với dầu bôi

trơn

mm2/s

xii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cặn lắng vị trí khác buồng cháy

Hình 1.2 Ảnh hưởng nhiên liệu dầu bôi trơn đến lượng cặn tích lũy

Hình 1.3 Lượng kẽm hấp thụ phụ gia dầu bôi trơn

Hình 1.4 Sự phân bố kích thước lỗ xốp cặn buồng cháy

Hình 1.5 Tương quan kích thước lỗ cặn với nhiên liệu có phụ gia

Hình 1.6 Cấu trúc lớp cặn

Hình 1.7 Sự sụt giảm khả dẫn điện cặn tích tụ

Hình 1.8 Độ dẫn nhiệt phụ thuộc độ dày lớp cặn nắp xilanh

Hình 1.9 Sự hình thành cặn bề mặt piston 10

Hình 1.10 Quan hệ nhiệt độ vòi phun sụt giảm dịng nhiên liệu 11

Hình 1.11 Ảnh hưởng dịng chảy chất lỏng đến hình thành cặn 12

Hình 1.12 Tương quan lượng cặn nhiệt độ piston 13

Hình 1.13 Ảnh hưởng tốc độ động đến hình thành cặn 13

Hình 1.14 Sự truyền nhiệt lớp cặn 15

Hình 1.15 Sự tương quan khối lượng cặn lượng phát thải HC 17

Hình 2.1 Sự sơi thời gian tồn giọt chất lỏng 31

Hình 2.2 Mối quan hệ We TW 34

Hình 2.3 Cơ chế hình thành hạt soot buồng cháy 35

Hình 2.4 Cấu trúc hạt cacbon 36

Hình 2.5 Giả thuyết chế hình thành cặn lắng buồng cháy 39

Hình 2.6 Mơ hình chiều 40

Hình 2.7 Giả thuyết chế hình thành loại bỏ cặn buồng cháy 42

Hình 2.8 Hình chiếu SEM cặn xéc măng thứ 46

Hình 2.9 Sơ đồ hộp đen 49

Hình 2.10 Đồ thị phân phối Student 51

Hình 3.1 Quá trình hình thành cặn bề mặt vách buồng cháy động 57

xiii

Hình 3.3 Quá trình nghiên cứu hình thành cặn lắng 60

Hình 3.4 Sơ đồ thử nghiệm tạo cặn mơ hình bề mặt vách buồng cháy 64

Hình 3.5 Bộ thiết bị thử nghiệm TNCMH 65

Hình 3.6 Mơ hình TNCMH 65

Hình 3.7 Trang thiết bị TNCMH 66

Hình 3.8 Đặc tính bay chung nhiên liệu thử nghiệm 69

Hình 3.9 Đặc tính bay giọt nhiên liệu DO đơn kép 70

Hình 3.10 Sự tương quan nhiệt độ Ti TS 71

Hình 3.11 Quá trình đo nhiệt độ bề mặt cặn 72

Hình 3.12 Băng thử động DY41DS 73

Hình 3.13 Bố trí thiết bị động DY41DS 74

Hình 3.14 Tương quan phát triển cặn dựa liệu MR 77

Hình 3.15 Tương quan phát triển cặn dựa liệu tương đối MR /MD 78

Hình 3.16 Tương quan phát triển cặn với liệu tương đối MR /Md 79

Hình 3.17 Tương quan phát triển cặn với liệu tương đối MR /mD 79

Hình 3.18 Sự phát triển cặn DO hỗn hợp DO với SAE30 TNCBC 81

Hình 3.19 So sánh giá trị α β 83

Hình 3.20 Cách thức tương tác hạt nhiên liệu bề mặt vách 84

Hình 4.1 Thiết bị trình thử nghiệm TNCMH 86

Hình 4.2 Đặc tính bay dodecane 88

Hình 4.3 Đặc tính bay nhiên liệu diesel DO 89

Hình 4.4 Đặc tính bay DO, B100, B50, B20 B5 90

Hình 4.5 Đặc tính bay DO, DO+1%L DO+2%L 92

Hình 4.6 Phát triển cặn DO nhiệt độ bề mặt vách khác 93

Hình 4.7 Các dạng phát triển cặn 94

Hình 4.8 Cặn nhiên liệu diesel 1000 9000 giọt có dạng phát triển 95

Hình 4.9 Cặn nhiên liệu diesel 1000 9000 giọt có dạng phát triển 96

xiv

Hình 4.11 Nhiệt độ bề mặt cặn thời gian tồn giọt nhiên liệu 98

Hình 4.12 Giá trị α β mức nhiệt độ thứ cấp khác 100

Hình 4.13 Phát triển cặn τvc = 5s 103

Hình 4.14 Phát triển cặn τvc = 8s 104

Hình 4.15 Sự phát triển cặn DO nhiệt độ khoảng thời gian va chạm 105

Hình 4.16 Cặn B100, B50, B20 B5 3000 8000 giọt với τvc = 5s, 107

Hình 4.17 Cặn B100, B50, B20 B5 3000 8000 giọt với τvc = 8s, 108

Hình 4.18 Cặn DO 3000 8000 giọt τvc = 5s, tbm=306oC 109

Hình 4.19 Nhiệt độ bề mặt cặn B100 DO, thời gian tồn giọt nhiên liệu 110

Hình 4.20 Nhiệt độ bề mặt cặn B100, B50, B20 B5 với τvc = 5s τvc = 8s 112

Hình 4.21 Lượng cặn DO, DO+1%L, DO+2%L TNCMH 116

Hình 4.22 Nhiệt độ bề mặt cặn TNCMH 117

Hình 4.23 So sánh giá trị α3 β3 118

xv

Hình PL 15 Hình ảnh giảng viên nhà khoa học Bộ môn Máy tàu thủy chứng kiến trình thử nghiệm TNCMH 33/PL Hình PL 16 Hình ảnh sinh viên, giảng viên nhà khoa học Bộ môn Máy tàu thủy chứng kiến trình thử nghiệm TNCMH 33/PL

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Cặn hình thành piston động diesel khác

Bảng 3.1 Sự ảnh hưởng số We đến chế phân rã [115] 62

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cảm biến WRET-01 66

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật điều khiển nhiệt độ gia nhiệt cho piston 66

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật nhiệt kế Beta 1760/IR 1600 67

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật cân điện tử vi lượng ABS 220-4N 67

Bảng 3.6 Thơng số kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét Jeol SEM 5410 LV 67

Bảng 3.7 Thông số camera Canon 70D 68

Bảng 3.8 Điều kiện thử nghiệm TNCMH 72

Bảng 3.9 Các thơng số động DY41DS 73

Bảng 3.10 Hệ số tương quan 76

Bảng 3.11 Kết kiểm định mơ hình hồi quy R TNCMH 77

Bảng 3.12 Kết kiểm định mơ hình hồi quy R TNCBC 80

Bảng 4.1 Điều kiện thử nghiệm TNCMH 87

Bảng 4.2 Hệ số α β nhiệt độ bề mặt vách khác 99

Bảng 4.3 Giá trị 𝛼2và β2 113

xvi

xvii MỞ ĐẦU i Lý chọn đề tài

Một nghiên cứu quan trọng việc sử dụng nhiên liệu động diesel nghiên cứu tạo cặn lắng buồng cháy động Quá trình tạo cặn lắng buồng cháy động tượng phức tạp gây nhiều vấn đề khác giảm hiệu suất, tăng lượng phát thải gây hư hỏng động diesel Do việc nghiên cứu chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống hay diesel sinh học cần thiết, điều giúp tìm biện pháp phù hợp nhằm ngăn ngừa hình thành cặn lắng, để đảm bảo việc sử dụng động lâu dài

Các nghiên cứu cặn động tiến hành nhằm tìm hiểu tác động cặn đến động cách thức hình thành, phát triển chúng Hầu hết nghiên cứu cặn thực cách sử dụng kết thống kê từ khảo sát kiểm tra động thực Thử nghiệm động thực thực theo hai cách: thử nghiệm bệ thử thử nghiệm phương tiện Cả hai cách đòi hỏi thời gian dài khoảng cách di chuyển xa dẫn tới chi phí thử nghiệm cao thường gây hư hỏng cho động trình thử nghiệm cặn lắng Việc nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm đơn giản hơn, tiết kiệm chi phí mà đáp ứng yêu cầu đặt khảo sát, kiểm tra hình thành cặn đánh giá yếu tố hình thành nên chúng cần thiết

Những vấn đề đặt lý để NCS lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động diesel”

Luận án tập trung nghiên cứu chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động diesel thông qua thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy thiết lập nhằm đánh giá ảnh hưởng yếu tố tiên (nhiệt độ bề mặt vách, loại nhiên liệu, …) đến tích tụ cặn lắng bề mặt vách buồng cháy xây dựng mơ hình tốn để tiên lượng xu hướng hình thành phát triển cặn lắng theo thời gian

ii Mục tiêu đề tài

a) Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động diesel sử dụng số nhiên liệu phổ biến Việt Nam diesel diesel sinh học

xviii

- Xác định phân tích yếu tố ảnh hưởng đến hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động diesel

c) Mục tiêu thực nghiệm

- Xây dựng mơ hình thực nghiệm xác định tạo cặn lắng bề mặt vách gia nhiệt;

- Xây dựng mô hình tốn để đánh giá xu hướng hình thành phát triển cặn lắng theo thời gian

iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài

a) Đối tượng nghiên cứu:

- Nhiên liệu diesel sẵn có thị trường Việt Nam: diesel diesel sinh học; - Một số loại động diesel cỡ nhỏ điển hình (kết cấu buồng cháy điều kiện làm việc);

b) Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu cơ chế hình thành cặn lắng giọt nhiên liệu lỏng tương tác với vách buồng cháy động diesel thông qua mơ hình tạo cặn bề mặt vách gia nhiệt;

- Dựa sở tượng vật lý (hóa hơi, lắng đọng,…), nghiên cứu tập trung vào chế hình thành cặn lắng bề mặt vách gia nhiệt xét đến tham số nhiệt độ thành phần nhiên liệu

iv Phương pháp nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu tổng quan cơng trình công bố gần giới liên quan đến chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động làm sở định hướng nội dung chi tiết nghiên cứu;

- Nghiên cứu lý thuyết chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động cơ;

- Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm để xây dựng đánh giá tính đắn mơ hình thực nghiệm Dùng lý thuyết thống kê để xây dụng mơ hình tốn mơ tả tiên lượng lượng cặn lắng hình thành theo thời gian;

xix v Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài

- Góp phần làm rõ chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động diesel sử dụng loại nhiên liệu khác có sẵn Việt Nam; - Từ kết nghiên cứu, xây dựng giải pháp tổng thể cho nhà sản xuất người vận hành để giảm thiểu lượng cặn lắng hình thành buồng cháy động

vi Điểm luận án

- Là nghiên cứu Việt Nam chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động diesel;

- Xây dựng mơ hình thực nghiệm đơn giản tiết kiệm chi phí mà đảm bảo tính đắn việc xác định tạo cặn lắng buồng cháy động diesel;

- Xây dựng mơ hình tốn học mơ tả xu hướng hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động

vii Bố cục luận án

Mở đầu

Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương Cơ sở lý thuyết hình thành cặn lắng buồng cháy động diesel

Chương Xây dựng mơ hình tạo cặn bề mặt vách buồng cháy Chương Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận

Hướng phát triển

Các cơng trình cơng bố Tài liệu tham khảo

1

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cặn lắng buồng cháy động

1.1.1 Đặc điểm cặn lắng

Cặn lắng (deposit) hay cặn lắng cacbon hỗn hợp không đồng gồm tro, soot chất hữu dạng keo [5][6] Nó bao gồm tạp chất cặn tích tụ chi tiết buồng cháy động nắp xilanh, piston, xupap, đầu vịi phun (Hình 1.1) [7]

Hình 1.1 Cặn lắng vị trí khác buồng cháy

2

Xét mức độ hư hại cho động cơ, cặn bám chi tiết, đặc biệt đỉnh piston xilanh, gây kẹt xéc măng mài mịn, gây cản trở hoạt động bình thường động [13][14] Cặn sinh buồng cháy gây hư hại nghiêm trọng với động diesel buồng cháy thống làm việc chế độ tải thấp thời gian dài [15] Trên động đại, cặn buồng cháy làm tăng lượng HC chưa cháy trình hấp phụ giải hấp phụ (ngược q trình hấp phụ) khí lớp cặn xốp Lượng phát thải NOx tăng lên tác dụng cách nhiệt giữ

nhiệt cặn, làm tăng nhiệt độ khí thể bên buồng cháy [16] Ngày nay, động đại, chi tiết có độ xác cao hệ thống phun nhiên liệu, ảnh hưởng cặn lắng đến đặc tính làm việc hệ thống rõ rệt Chỉ cần lượng nhỏ cặn lắng ảnh hưởng xấu tới tính làm việc động

1.1.1.1 Nguồn gốc cặn lắng

Hai thành phần đóng góp nhiều vào việc tạo cặn buồng cháy nhiên liệu dầu bơi trơn Tuy nhiên, lượng cặn lắng cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác loại động cơ, chế độ làm việc vị trí buồng cháy Theo Lepperhoff cộng [17], vị trí cặn vùng nhiệt độ cao động chủ yếu quặng khống cịn lại từ q trình bay hay đốt cháy nhiên liệu dầu bôi trơn

Các nghiên cứu khác cho kết khác lượng nhiên liệu dầu bôi trơn cặn Một số nghiên cứu khẳng định dầu bôi trơn nguyên nhân cặn buồng cháy (CCD - Combustion Chamber Deposit) [18][19] Các thành phần dư lượng tro, vật liệu vơ hydrocacbon có nguồn gốc từ dầu bơi trơn tìm thấy cặn chứng tỏ dầu bôi trơn tham gia vào trình tạo cặn

3

Hình 1.2 Ảnh hưởng nhiên liệu dầu bôi trơn đến lượng cặn tích lũy [20] Trong cơng trình khác, Diaby cộng [21] nghiên cứu cặn rãnh xéc măng động diesel bốn xilanh Khi phân tích thành phần hóa học cặn, tác giả thấy khơng có yếu tố liên quan đến thành phần nhiên liệu Nghiên cứu kết luận lượng cặn rãnh xéc măng động diesel chủ yếu cacbon hình thành phân hủy dầu bơi trơn với có mặt nguyên tố kim loại tìm thấy Trong nghiên cứu khác [22][23], soot tạo từ việc đốt cháy khuếch tán nhiên liệu diesel chiếm 20% cặn, lại thành phần có nguồn gốc từ dầu bơi trơn

Trong số loại động diesel sử dụng nhiên liệu để bơi trơn, có xuất ion kim loại cặn [20] Nhiên liệu diesel ngày có chứa nhiều thành phần có tính axit axit béo, với mức độ chưa bão hòa khác thường sử dụng làm phụ gia bôi trơn nhiên liệu diesel Các axit sẵn sàng phản ứng với tạp chất kim loại nhiên liệu để tạo thành muối kim loại Theo Ullmann cộng [24], loại muối kim loại gắn liền với hình thành cặn đầu vòi phun lỗ phun

4

do nhiên liệu hydrocacbon đóng vai trị quan trọng việc hình thành cặn bề mặt rãnh xéc măng

Hình 1.3 Lượng kẽm hấp thụ phụ gia dầu bôi trơn [26]

Về ảnh hưởng nhiên liệu đến tạo cặn vòi phun, Leedham cộng [25] cho với lượng nhỏ kim loại ảnh hưởng đến chế hình thành cặn Kết thử nghiệm động nghiên cứu nhiên liệu gốc không định hình thành cặn Tuy nhiên, có tham gia lượng nhỏ kẽm lượng cặn hình thành đáng kể Các chất phụ gia dạng este khơng ảnh hưởng đến nồng độ kẽm có nhiên liệu, chất phụ gia bôi trơn dạng axit có ảnh hưởng đến hấp thụ kẽm (Hình 1.3) Chì (Pb) kẽm (Zn) kim loại dễ bị hấp thụ vào nhiên liệu, kim loại khác không phát [20]

Khi nghiên cứu ảnh hưởng nhiên liệu tới việc hình thành cặn, Ebert [27] cho nhiên liệu cháy không hết, kết hợp với dầu cácte bị oxi hóa lắng đọng để hình thành cặn dạng bùn Nghiên cứu Cloud cộng [28] cho lưu huỳnh chuyển thành lưu huỳnh triơxít thâm nhập vào dầu bôi trơn để tạo cặn dạng bùn cuối sản sinh cặn dạng sơn (lacquer) dạng vecni (varnish) Như vậy, từ nghiên cứu cơng bố, thấy có nhiều yếu tố nhiên liệu dầu bôi trơn tham gia trình tạo cặn buồng cháy

1.1.1.2 Cấu trúc cặn lắng

5

thúc đẩy chế lưu trữ nhiên liệu đóng vai trị quan trọng mức độ phát thải HC [8] Hơn nữa, khối lượng cặn cịn có mối liên hệ mật thiết với lượng phát thải HC đề cập lý thuyết Eilts [15] Như vậy, đặc tính cặn có tác động trực tiếp đến hiệu ứng khác buồng cháy thay đổi truyền nhiệt phát thải HC

Tùy theo nhiệt độ vị trí hình thành, cặn có cấu trúc khác Nagao cộng [30] cho lượng hình thái cặn thay đổi theo nhiệt độ vách buồng cháy Nếu nhiệt độ vách cao (> 550oC), lớp cặn hình thành mỏng, mềm, khơ dễ

bong nên bị thổi lực đẩy dịng khí thể buồng cháy Về thành phần, cặn trường hợp chủ yếu cacbon Ở nhiệt độ thấp (<200oC), cặn bám chặt

vào thành buồng cháy làm ẩm nhiên liệu Thành phần cặn gồm nhiên liệu, chất kết dính cacbon Lepperhoff cộng [17] đưa kết luận tương tự trên, có khác chút vùng nhiệt độ cao Ở nhiệt độ cao (> 300oC), lượng cặn nhỏ có màu sắc khó quan sát tạo lớp cặn mỏng đặc trưng

Tuy nhiên, mức nhiệt độ thấp (<200oC), dễ dàng quan sát thấy vùng vật liệu tối bao

gồm cacbon màu đen, hydrocacbon ướt soot

Hình 1.4 Sự phân bố kích thước lỗ xốp cặn buồng cháy [29]

Zerda cộng [29] chứng minh hình thái loại cặn khác thay đổi theo vị trí buồng cháy Diện tích bề mặt tổng số lỗ phụ thuộc

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 ,2 ,3 ,3 ,3 ,4 ,4 ,5 ,5 ,5 ,6 ,6 ,7 ,7 ,7 ,8 ,8 ,9 ,9 ,9 TH Ể TÍCH CỦA L Ỗ /ĐƠN V Ị KH Ố I L ƯỢ N G CẶ N [CC/N M/G ]

BỀ RỘNG CỦA LỖ [NM]

6

vào vị trí cặn, bóc tách cặn khỏi bề mặt nắp xilanh, đỉnh piston xupap nạp (Hình 1.4) Cấu trúc cặn nắp xilanh thường xốp so với cặn đỉnh piston Tương tự vậy, cặn xupap nạp có độ xốp nhỏ so với cặn vị trí khác Kích thước lỗ xốp cặn nắp xilanh lớn nhất, đỉnh piston xupap nạp

Hình 1.5 Tương quan kích thước lỗ cặn với nhiên liệu có phụ gia [29]

Kết khảo sát ảnh hưởng chất phụ gia tới cấu trúc cặn (Hình 1.5), nồng độ chất phụ gia PEA-1 (polyether amin-based) PBA-1 (polybutane amin-based) cho thấy tăng nồng độ chất phụ gia diện tích bề mặt giảm, lượng cặn tăng nhẹ Nguyên nhân chất phụ gia thành phần lấp đầy chặn lỗ cặn [29]

Hình 1.6 Cấu trúc lớp cặn [30]

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 ,2 0 ,2 ,3 0 ,3 ,3 ,3 ,3 ,4 0 ,4 ,4 ,4 ,4 ,5 0 ,5 ,5 ,5 ,5 ,6 0 ,6 ,6 ,6 ,6 ,7 0 ,7 ,7 ,7 ,7 ,8 0 ,8 ,8 ,8 ,8 ,9 0 ,9 ,9 ,9 ,9 ,0 THỂ T ÍCH CỦ A L Ỗ/ĐƠN V Ị KHỐ I L Ư Ợ N G CẶ N [CC /N M /G ]

BỀ RỘNG CỦA LỖ [NM]

7

Theo nghiên cứu Nagao cộng [30] cho có hai hình thái CCD khác xác định nhiệt độ cao Hình 1.6

Lớp bám sát bề mặt kim loại (lớp dưới), hình thành từ ngưng tụ hợp chất dễ bay từ nhiên liệu dầu bơi trơn Cặn lớp có cấu trúc giống sơn mài (lacquer) khó để loại bỏ Lớp chứa thành phần chất béo cao so với lớp tiếp theo, có cấu trúc giống than Cặn lớp đồng ln trì kết dính

Lớp thứ hai (lớp trên) có kết hợp phân tử có khuynh hướng liên kết lỏng lẻo dễ bóc tách Lớp mang tính chất cacbon có cấu trúc hóa học hydrocacbon thơm giống soot, thường phủ lớp chất lỏng nhớt hay polyme

1.1.1.3 Tính chất cặn lắng

Độ xốp cặn lắng buồng cháy có ảnh hưởng lớn tới tính dẫn nhiệt, dẫn điện nhiệt dung, từ tạo lớp cách nhiệt với phần kim loại gia tăng khả trữ nhiệt

Hình 1.7 Sự sụt giảm khả dẫn điện cặn tích tụ [31]

8

thể giải thích gia tăng nồng độ nhóm chất béo giảm chất thơm đa vòng soot, dẫn đến suy giảm khả dẫn điện cặn

Kết mối quan hệ độ dẫn nhiệt cặn lượng cặn tích lũy (Hình 1.8) Guralp [7] cộng tính tốn thơng qua kết hợp kết thực nghiệm cơng thức tính độ dẫn nhiệt Kết luận rút có tương quan tốt độ dày lớp cặn khả dẫn nhiệt lớp cặn buồng cháy hai vị trí nắp xilanh động nén cháy hỗn hợp đồng (HCCI) Lớp cặn dày tính dẫn nhiệt độ xốp thành phần HC tạo thành lớp khác liên tục thay đổi

Nishiwaki cộng [32] xác định độ dẫn nhiệt khuếch tán cặn động cháy cưỡng động nén cháy dựa mơ hình chiều khơng ổn định lớp cặn điều kiện nhiệt độ kim loại không đổi Kết cho thấy hai loại động cơ, tính dẫn nhiệt phụ thuộc vào tải Ngoài ra, với động cháy cưỡng bức, lượng cặn buồng cháy phụ thuộc vào hệ số dư lượng khơng khí tốc độ động Ngược lại, động nén cháy, nghiên cứu khơng đưa yếu tố có ảnh hưởng đến tính dẫn nhiệt cặn

Hình 1.8 Độ dẫn nhiệt phụ thuộc độ dày lớp cặn nắp xilanh [7] 1.1.2 Yếu tố hình thành cặn lắng

9

sự chuẩn bị hịa trộn, gradient nồng độ khí thể gần vách,… [7][17] Tuy nhiên, tùy thuộc kiểu động điều kiện khai thác dẫn đến mức độ tạo thành cặn lắng khác nhau, Bảng 1.1 Các số liệu Sevast’yanov [33] đưa khảo sát cặn hình thành piston động diesel đầu kéo tàu hỏa chạy với loại dầu khác

Bảng 1.1 Cặn hình thành piston động diesel khác [33]

Động Loại dầu Khối lượng cặn (g) hình thành piston động tàu hỏa sau 100000 km hoạt động Đỉnh piston Rãnh xéc măng Rãnh dẫn dầu làm mát

2D100 M-12 0,7 13,0 7,7

2D100 M-12V 10,8 12,5 3,3

10D100 M-14V 12,6 14,6 6,4

11D45 M-14V 15,6 25,4 52,8

11D45 M-14Vts 14,2 20,4 1,5

Các nghiên cứu khác hình thành cặn buồng cháy động yếu tố hình thành lớp nhiên liệu lỏng, nhiệt độ bề mặt thành buồng cháy, hệ số dư lượng khơng khí, điều kiện vận hành động cơ, thành phần nhiên liệu dầu bôi trơn ảnh hưởng tới q trình tích tụ phát triển cặn lắng

1.1.2.1 Quá trình hình thành lớp màng nhiên liệu lỏng

Lớp màng nhiên liệu lỏng bề mặt vách buồng cháy nguyên nhân tạo cặn lắng Lớp màng có tác dụng lớp trung gian hình thành từ nhiên liệu, dầu bôi trơn thông qua va chạm, ngưng tụ tạo dòng chảy chất lỏng chi tiết bên buồng cháy

10

có ảnh hưởng đến lượng cặn bám dính bề mặt vách Khi thời gian khai thác động tăng, lượng cặn tích lũy khu vực phun nhiên liệu tăng lên

Do nhiệt độ áp suất buồng cháy cao nên điểm sôi hydrocacbon nhiên liệu dầu bôi trơn cao Tùy thuộc vào chất lượng hòa trộn hỗn hợp khơng khí/nhiên liệu q trình cháy, phần số không bị đốt cháy, chúng tương tác với vách có nhiệt độ thấp ngưng tụ hình thành lớp màng lỏng bề mặt vách Hơn nữa, lớp màng lỏng liên quan đến trình khác tham gia vào tạo cặn Đối với lớp màng lỏng nhiên liệu, nhiên liệu lắng lại phần cịn lại q trình đốt cháy khơng hồn tồn phần nhiên liệu tích lũy thêm trình phun va chạm trực tiếp [7] Nhiệt độ sôi nhiên liệu tham số quan trọng để đánh giá xu hướng hình thành cặn q trình ngưng tụ Nhiên liệu có nhiệt độ sôi cao thường dễ ngưng tụ hơn, dẫn đến khả hình thành cặn lớn so với nhiên liệu có nhiệt độ sơi thấp

11

Hình 1.10 Quan hệ nhiệt độ vịi phun sụt giảm dòng nhiên liệu [35] Kết nghiên cứu Kinoshita cộng [35] Hình 1.10 cho thấy hình thành cặn lỗ phun làm giảm tốc độ dòng nhiên liệu phun vào buồng cháy Càng nhiều cặn tốc độ dòng nhiên liệu thấp Kết thực nghiệm cho thấy nhiệt độ vòi phun gần với nhiệt độ T90 làm giảm tốc độ dòng nhiên liệu lượng cặn hình thành nhiều Như vậy, nhiệt độ vách có ảnh hưởng mạnh đến tạo cặn, chế tạo cặn chúng khác so với q trình tạo cặn thơng qua phun ngưng tụ

12

Hình 1.11 Ảnh hưởng dòng chảy chất lỏng đến hình thành cặn [17] Tóm lại, hình thành lớp màng chất lỏng, lượng cặn tích lũy động hoạt động khác vị trí khác buồng cháy có chế hình thành nhiệt độ bề mặt vách khác

1.1.2.2 Nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy

Nhiệt độ vách yếu tố quan trọng định khả hình thành cặn lắng buồng cháy động Nghiên cứu Ye cộng [8] cho nhiệt độ lửa nhiệt độ bề mặt xilanh yếu tố quan trọng để hình thành cặn xilanh Nhiệt độ cao lửa buồng cháy gây trình cacbon hóa mạnh Các chi tiết khác buồng cháy có nhiệt độ vách khác tương tác với thành phần tạo cặn theo cách khác

13

Hình 1.12 Tương quan lượng cặn nhiệt độ piston [17]

1.1.2.3 Điều kiện khai thác động

Nhiều nghiên cứu tiến hành để khảo sát tác động điều kiện khai thác động đến hình thành cặn lắng buồng cháy động Nagao cộng [30] thấy rằng, tích tụ cặn khơng bị ảnh hưởng giảm tốc độ động từ 1200 vòng/phút đến 600 vòng/phút số lượng nhiên liệu tăng gấp đôi đơn vị thời gian (Hình 1.13)

Hình 1.13 Ảnh hưởng tốc độ động đến hình thành cặn [30]

1.1.2.4 Nhiên liệu dầu bôi trơn

14

này cho thấy phụ gia có mặt mình, chúng tạo sản phẩm phân hủy nên không tạo cặn Tuy nhiên, kết hợp chất phụ gia gây lượng cặn định Thật vậy, kết hợp chất làm nhiên liệu diesel axit béo xem yếu tố then chốt để hình thành cặn polyme, điều rõ ràng có tham gia axit formic [19]

Diaby cộng [21] nghiên cứu ảnh hưởng dầu bơi trơn tới q trình tạo cặn động diesel xi lanh, họ nhận thấy ảnh hưởng suy thối dầu bơi trơn lên hình thành cặn lắng rãnh xéc măng Thử nghiệm sử dụng dầu bôi trơn 5W-30 nhiên liệu dầu diesel lưu huỳnh thấp Khoảng 6% phụ gia xeri (được cung cấp Rhodia Electronics and Catalysis) dạng hạt nano xeri oxit phân tán dung môi hữu thêm vào nhiên liệu để đánh giá tham gia nhiên liệu hình thành cặn lắng Kết cho thấy, lớp cặn với cấu trúc vecni hình thành chủ yếu xuống cấp dầu bơi trơn Phân tích SEM, EDX, TGA, quang phổ tán sắc, quang phổ khối quang phổ FTIR sử dụng để nghiên cứu đặc tính vật lý hóa học cặn Kết phân tích tính chất hóa học cặn rãnh xéc măng cho thấy cặn cacbon hình thành chủ yếu từ thối hố chất bơi trơn Cặn có tỷ lệ đáng kể nguyên tố kim loại sinh từ mòn động Qua nghiên cứu thấy dầu bơi trơn có vai trị quan trọng việc hình thành cặn

1.1.3 Các tác động xấu cặn lắng đến động

1.1.3.1 Sự truyền nhiệt buồng cháy

Điều kiện bề mặt vách buồng cháy đóng vai trị kiểm sốt tỷ lệ tạo cặn buồng cháy Nhiên liệu cháy không hết bám dính bề mặt vách buồng cháy tham gia vào trình gia nhiệt, bay để tạo cặn bề mặt vách

Khi lớp cặn hình thành, đóng vai trị lớp cách nhiệt gây ảnh hưởng đến khả thoát nhiệt buồng cháy Nếu lượng cặn lớn gây thay đổi lớn nhiệt độ bề mặt mật độ dịng nhiệt Lớp cặn có khả dẫn nhiệt thấp tác dụng cách nhiệt tiền tố cặn nên làm giảm tốc độ truyền nhiệt làm chậm khả thoát nhiệt từ buồng cháy, đồng thời nhiệt độ bề mặt cặn (tcặn) cao

hơn so với nhiệt độ vách (tvách) Hình 1.15 Lượng nhiệt tỏa khác biệt

15

cặn bám vách buồng cháy cấu trúc xốp có chứa thành phần khơng bay bên cặn [34]

Hình 1.14 Sự truyền nhiệt lớp cặn [34]

Sự gia tăng nhiệt độ bề mặt cặn khiến gradient nhiệt độ khí thể giảm [17] Kết bề mặt xilanh buồng cháy q nóng, gây kích nổ động làm nhiên liệu biến chất nên tạo nhiều cặn hơn, đồng thời làm gia tăng nhiệt độ lửa khí thải [7]

1.1.3.2 Q trình phun nhiên liệu

Các lỗ phun vòi phun nhiên liệu thường xuyên tiếp xúc với khí cháy soot nhiệt độ cao bên buồng cháy, đồng thời chế nhiệt tham gia vào trình tạo cặn lắng đầu vịi phun Lớp cặn lắng đầu vòi phun lỗ phun làm thay đổi hình dạng chùm tia phun [37] lượng nhiên liệu cấp cho chu trình [35] Hơn nữa, cặn lắng cịn làm giảm thơng số động học vịi phun, gây trễ việc đóng kim phun, có tác động xấu thời gian phun ngắn Ngoài ra, chế độ toàn tải áp suất phun cao, cặn lắng bên vịi phun làm giảm lượng nhiên liệu cấp dẫn đến giảm cơng suất động [24]

1.1.3.3 Q trình cháy

16

đáng kể đến giai đoạn cháy trễ [8] Hơn nữa, thay đổi điều kiện vùng biên sát vách nên cặn lắng cịn tác động mạnh lên diễn biến q trình cháy động [7]

Các ảnh hưởng nêu dẫn đến số dạng cháy bất thường trình cháy động Thứ nhất, điểm nóng nhỏ tạo cặn lắng gây cháy khơng kiểm sốt bề mặt dẫn đến kích nổ [29] Thứ hai, q trình cháy bất thường ảnh hưởng hoàn nhiệt cách nhiệt địi hỏi nhiên liệu có số cetane cao [36] làm giảm công suất động [29] Thứ ba, tượng cháy bề mặt động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu, tượng xảy hỗn hợp môi chất công tác gồm nhiên liệu khơng khí nạp gia nhiệt xupap bị nhiệt, nguyên nhân cặn lắng bám bề mặt xupap, tượng cháy bề mặt gây tượng kích nổ [38] Một tác dụng điển hình gây cặn tượng kích nổ, khí biến thiên áp suất cao kèm theo xung động sóng áp suất đám cháy với với thành vách xilanh tạo nên tiếng va đập, gây tiếng ồn, rung động lớn động Xu hướng kích nổ tăng nhanh chóng lượng cặn tích tụ vách buồng cháy gia tăng [39]

1.1.3.4 Tỷ số nén

17

1.1.3.5 Phát thải

Hình 1.15 Sự tương quan khối lượng cặn lượng phát thải HC [15] Liên quan đến vấn đề ô nhiễm phát thải, cặn lắng đỉnh piston bề mặt nắp xilanh [39] có ảnh hưởng tiêu cực đến phát thải hydrocacbon (HC) phát thải dạng hạt (PM) ngồi mơi trường Các nhà nghiên cứu cho chế hấp phụ giải hấp phụ hydrocarbon gây cặn làm gia tăng lượng phát thải ý muốn [36] Theo Eilts [15], mức HC cao thải trình cháy thành vách buồng cháy trạng thái ướt mức, trì trạng thái ướt hay khơ vách buồng cháy nguyên nhân giải thích cho hình thành phát triển cặn buồng cháy Hình 1.16 cho thấy mối tương quan gia tăng phát thải HC với lượng cặn tích lũy vách buồng cháy động [15]

Sự tích tụ cặn buồng cháy dẫn đến gia tăng nitơ ơxít (NOx) [40][41]

Khi lớp cặn tích lũy dày khả cách nhiệt tăng lên làm cho nhiệt độ xilanh tăng, điều làm nhiệt độ khí thể tăng cao trình cháy, tức khả hình thành NOX lớn [31]

18

[40] Sự hình thành cặn buồng cháy động ảnh hưởng định đến gia tăng phát thải soot động

1.1.3.6 Các hư hỏng động

Sự hình thành cặn lắng có khả gây hư hỏng cho chi tiết bên buồng cháy động Khi buồng cháy có lớp cặn, động hoạt động thời gian dài gây hư hỏng học khởi động nguội va chạm piston nắp xilanh [42] Trong động diesel, cắn lặng dẫn đến mài mịn xước mặt gương xilanh

Khi động cũ, chi tiết mịn nhiều dẫn tới lượng dầu bơi trơn rò lọt vào buồng cháy tăng lên làm gia tăng cặn lắng hình thành từ dầu bơi trơn phụ gia [43] nên hư hỏng nghiêm trọng xảy

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu cặn lắng động

Các nghiên cứu cặn động tiến hành cách khoảng 50 năm trước Các nghiên cứu tiến hành nhằm tìm hiểu tác động cặn lắng đến động cách thức phát triển cặn lắng động Cặn buồng cháy chứng minh hình thành qua ba giai đoạn khác nhau:

(1) Sự ngưng tụ nhiên liệu cháy khơng hồn toàn vách buồng cháy; (2) Sự tác động giọt nhiên liệu chưa cháy;

(3) Dòng chảy nhiên liệu (tại xupap nạp, đầu vòi phun lỗ phun)

Hiện tại, có ba hướng nghiên cứu cặn nhà nghiên cứu thực hiện, bao gồm:

(1) Ảnh hưởng cặn lên động cơ; (2) Các yếu tố hình thành cặn; (3) Đặc tính cặn

19

Đặc tính cặn nghiên cứu để tìm hiểu thêm tính chất nhiệt cấu trúc Độ xốp cặn có liên quan chặt chẽ đến lượng khí thải tổn thất nhiệt Hơn nữa, cấu trúc cặn thành phần cho phép chuẩn đốn mài mịn hư hỏng động

Hầu hết nghiên cứu cặn thực cách sử dụng kiểm tra động thực Thử nghiệm động thực thực theo hai cách: thử nghiệm bệ thử thử nghiệm phương tiện Cả hai cách đòi hỏi thời gian dài khoảng cách di chuyển xa Một số nghiên cứu thực nghiệm cặn bệ thử động yêu cầu thời gian hoạt động tối thiểu khoảng 200 hoạt động [44][43][37][9] Trong nghiên cứu khác, chẳng hạn Hutching [45] tiến hành nghiên cứu việc kiểm soát cặn động có lượng phát thải nhỏ thời gian 360 hoạt động Khi nghiên cứu thực nghiệm phương tiện giới, để có lượng cặn đáng kể xem xét yếu tố ảnh hưởng cần quãng đường di chuyển đủ dài Tarkowski [46] thực nghiên cứu xác định ảnh hưởng loại nhiên liệu đến thành phần cặn buồng cháy động diesel với quãng đường di chuyển 70000 km Như vậy, thấy thời gian dài số kilomet di chuyển nhiều khiến chi phí hai loại thử nghiệm cao gây hư hỏng động trình thử nghiệm tạo cặn lắng

20

Trong nghiên cứu cặn lắng buồng cháy động cơ, vấn đề trình bay hơi, q trình làm nóng, tạo cặn phản ứng hóa học (nhiệt phân, trùng hợp, oxi hóa,…) đề cập đến Trong số vấn đề trên, đặc tính bay đề cập rộng rãi nghiên cứu lý thuyết, mô thực nghiệm [6][44] [49][50][51] Trong giai đoạn trước sau cháy, trình bay lắng đọng loại nhiên liệu quan trọng Do nhiệt độ vách buồng cháy tương đối thấp, điều kiện đó, nhiệt lượng tích lũy nhiên liệu cịn lại bám bề mặt buồng cháy trình gia nhiệt trình bay tạo thành cặn bề mặt Như đề cập Eilts [15], cặn hình thành chủ yếu từ nhiên liệu lắng đọng bề mặt vách trạng thái lỏng bay khơng hồn tồn Tuy nhiên, trước xem xét trình hình thành cặn cách chi tiết, ta cần hiểu trình bay thành phần dễ bay trình sở xác định lượng nhiên liệu lại tham gia vào tạo cặn Một số nghiên cứu mối quan hệ đặc tính bay nhiên liệu khiết nhiên liệu nhiều thành phần tạo cặn nghiên cứu đặc tính bay nhiên liệu với mơ hình tạo giọt Elkotb cộng [47] hay nghiên cứu đặc tính hóa nhiên liệu sinh học điều kiện nhiệt độ cao Morin cộng [48] sở để hỗ trợ trình nghiên cứu hình thành cặn

21

thành cặn lắng hay chế tạo cặn lắng cần thiết khả thi Một phương pháp đơn giản gọi thử nghiệm tạo cặn lắng mơ hình vách buồng cháy cơng cụ để xây dựng thử nghiệm tạo cặn bề mặt vách gia nhiệt Dữ liệu thu từ thử nghiệm sở để nghiên cứu chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động sử dụng nhiên liệu diesel nhiên liệu diesel sinh học va chạm tác động phần nhiên liệu chưa cháy hết bề mặt vách Mơ hình thử nghiệm bước nghiên cứu ban đầu việc phát triển phương pháp đơn giản để nghiên cứu cặn lắng động loại nhiên liệu khác

Dựa vào lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để xây dựng mơ hình thực nghiệm đơn giản khả thi nhằm đạt mục tiêu nghiên cứu mà không cần thực thử nghiệm tạo cặn lắng phức tạp động Phương pháp trở nên quan trọng nhiên liệu sử dụng động nhiên liệu sinh học, loại nhiên liệu có xu hướng tích tụ cặn buồng cháy nhiều so với nhiên liệu diesel thông thường Phương pháp giúp giảm thời gian chi phí tốn thử nghiệm, đồng thời giảm nguy gây hư hỏng động lượng cặn tích lũy lớn sử dụng nhiên liệu diesel sinh học

22

học nhiên liệu diesel sinh học pha trộn dầu bôi trơn nghiên cứu, đánh giá thảo luận luận án Bên cạnh đó, loại nhiên liệu có khả tạo cặn lắng đề xuất nghiên cứu

Quá trình đốt cháy động thực tế liên quan đến nhiệt lượng, trình bay cháy nhiên liệu Tuy nhiên, nghiên cứu tạo cặn mơ hình vách buồng cháy, q trình có hạn chế thử nghiệm tiến hành điều kiện khơng có q trình cháy Vì vậy, tạo cặn bề mặt vách buồng cháy đề cập đến tạo cặn lắng va chạm nhiên liệu cháy không hết với bề mặt vách Các trình chế tạo cặn đề xuất [17], hình thành liên kết nén hạt hấp phụ thành phần khí thể bị bỏ qua Tuy nhiên, trình khác hình thành màng lỏng phản ứng hydrocacbon, đề cập đến nghiên cứu

1.3 Kết luận chương

Quá trình tạo cặn lắng buồng cháy động tượng phức tạp gây nhiều vấn đề khác cho động giảm hiệu suất, tăng lượng phát thải dẫn đến hư hỏng động diesel Có nhiều nguyên nhân sinh cặn lắng buồng cháy động diesel, nguyên nhân chủ yếu cháy khơng hồn tồn nhiên liệu diesel, bên cạnh dầu bơi trơn, nhiên liệu kết hợp hai nguyên nhân cặn buồng cháy Sự phát triển cặn lắng bề mặt vách buồng cháy phụ thuộc vào trạng thái tương tác giọt nhiên liệu, nhiệt độ bề mặt vách, loại nhiên liệu, trạng thái cặn lắng ban đầu, giai đoạn đầu trình lắng đọng, điều kiện chồng chất chế cạnh tranh suốt trình hình thành cặn tác dụng làm mát, tác dụng truyền nhiệt hiệu ứng phản ứng hóa học Như vậy, yếu tố nhiệt độ bề mặt vách, thành phần nhiên liệu có mặt dầu bơi trơn nhiên liệu có tác động định đến hình thành gia tăng lượng cặn tích lũy phận buồng cháy động

23

24

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỰ HÌNH THÀNH CẶN LẮNG TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1 Cơ sở lý thuyết hình thành cặn lắng buồng cháy động

2.1.1 Lý thuyết hình thành lắng đọng hạt

Sự hình thành cặn buồng cháy giải thích dựa chế sau: khuếch tán Brown, nhiệt điện, quang điện, quán tính lắng đọng trọng lực Các chế đặc trưng đại lượng khơng thứ ngun, tỉ số lực gây lắng đọng hạt ma sát chất lỏng môi trường liên tục Để ước tính tác động chế, tính tốn hiệu thu chúng Hiệu thu gom tỉ lệ khối lượng cặn thu khối lượng soot tạo khu vực buồng cháy nghiên cứu bao phủ xilanh theo hướng lưu lượng khí vào

Khuếch tán Brown chế lắng đọng quan trọng để ngưng tụ kết tụ soot bề mặt vách làm mát hệ thống buồng cháy, Kneer cộng [52] đề xuất phương trình (2.1)

𝜂0,𝐷 = (1 + 𝑅) − 1 + 𝑅

(2.1)

Trong đó:

𝜂0,𝐷 𝑙à hiệu suất thu thập lắng đọng hạt xilanh tác dụng đơn đường kính xilanh với giả định dịng chảy dịng có thế;

R tham số tổng hợp 2𝑥0/𝑑𝑐, tỉ số khoảng cách giới hạn từ bề mặt xilanh 𝜃 = 2𝜋 đường kính xilanh mà hạt kết tụ lại khuếch tán

Có thể tính tốn gần 𝜂0,𝐷 cách áp dụng biểu thức [53] Theo đó,

R xác định từ phương trình (2.2), 𝑥 dịch chuyển chuyển động ngẫu nhiên khoảng thời gian t (s)

𝑥 = √4𝐷𝑝𝑡 𝜋

(2.2)

Sử dụng biểu thức Einstein-Stokes tính hệ số khuếch tán Dp ước tính thời gian

t cho Rec>1 (trong Langmuir xem xét Rec<1), tham số thu thập R tính theo

biểu thức sau:

1 2𝑅 =

𝑥0 𝑑𝑐 =

1 2(

3,52𝐷𝑝 𝑣0𝑑𝑐 )

25

Để ước tính thời gian t, giả thiết hạt khuếch tán dịng chảy có độ nhớt đến xilanh với góc từ 300 đến 1500 có tốc độ tiếp xúc nhiên liệu

khí Lấy kết phương trình (2.3) áp dụng vào phương trình (2.1) hiệu suất thu thập cho vận chuyển hạt phân tán đến bề mặt xilanh tính tốn cho dịng chảy Tỷ số Dp = v0/dc phương trình (2.3) không thứ nguyên Nsd hiệu

ứng khuếch tán phương trình (2.4)

𝑁𝑠𝑑 = 𝐶𝑘𝑇 3𝜋𝜇𝑑𝑝𝑑𝑐𝑣0

(2.4)

Sự điện di chuyển động hạt có kích thước nhỏ 0,1 µm chịu ảnh hưởng lực tĩnh điện hạt tích điện buồng cháy Các hạt dòng chảy bên buồng cháy bị suy yếu khuếch tán ion vào bề mặt hạt (sự khuếch tán ion) trao đổi điện tử bề mặt lỏng rắn, sau tách thành hai pha (cơ chế điện phân) Theo công bố Dennis [54], điện tích tối đa giảm nhanh xuống 10e cho hạt có kích thước nhỏ 0,1 µm Xét khía cạnh học giới hạn vật lý cho thấy lực tĩnh điện hệ thống buồng cháy yếu Tham số khơng thứ ngun cho điện di có dạng [48]:

𝑁𝑠𝑒 = 𝐶𝑄

2

3𝜋2𝜇𝜀

0𝑑𝑝𝑑𝑐2𝑣0

(2.5)

Đối với tác động quán tính, việc so sánh hiệu thu thập thực nghiệm lý thuyết dựa cơng thức thực nghiệm khác nhau, chẳng hạn công thức đưa Langmuir Blodgett [53]:

𝜂0,𝐼 = 𝑆𝑡𝑘

2

(𝑆𝑡𝑘 + 0,25)2

(2.6)

Biểu thức Stokes không thứ nguyên cho thời gian nghỉ: Stk, kí hiệu

của tham số qn tính khơng thứ ngun tính theo phương trình (2.7) Nó đặc trưng cho tỷ số lực cần thiết để ngăn chặn hạt hình cầu khoảng cách đặc trưng chướng ngại vật (kích thước đặc trưng xét xilanh bán kính (dc/2))

với ma sát chất lỏng vận tốc tương đối v0 [55]:

𝑆𝑡𝑘 = 𝑁𝑠𝑖 =𝐶𝜌𝑝𝑑𝑝

2𝑣

0

18𝜇𝑑𝑐

(2.7)

26

trình (2.8) Đối với phạm vi kích thước giả định cho hạt tro bay Nsg có độ lớn tối thiểu

nhỏ giá trị tương ứng cho quán tính va chạm

𝑁𝑠𝑔 =𝐶𝜌𝑝𝑑𝑝

2𝑔

18𝜇𝑣0

(2.8)

Khuếch tán nhiệt (thermophoresis) sinh gradient nhiệt độ khối khí cháy gần bề mặt làm mát [56] Các hạt vùng chuyển tiếp bị hấp dẫn vách chuyển động quán tính khơng ổn định phân bố khơng đồng phân tử khí xung quanh Đối với dịng trượt (Kn ≤ 1) sức hút khuếch tán nhiệt mạnh

hơn so với vùng liên tục (Kn ≫ 1) Đại lượng khuếch tán nhiệt không thứ nguyên Nst

được định nghĩa tỷ số lực khuếch tán nhiệt với lực ma sát chất lỏng tốc độ v0

𝑁𝑠𝑡 = (𝑇𝑔− 𝑇𝑐 𝑇𝑔 ) (

𝜇

𝐶𝜌𝑑𝑝𝑣0) ( 𝑘𝑔 2𝑘𝑔+ 𝑘𝑐)

(2.9)

Hiệu suất thu thập tính tốn dựa hiệu suất thu thập khuếch tán coi hệ số "hút nhiệt" fs đề xuất Rosner [56] Hệ số cho phép điều chỉnh

tuyến tính vận chuyển khối lượng khuếch tán, đặc trưng Num,0 cho tác động đồng

thời khuếch tán nhiệt (Num):

𝑁𝑢𝑚 = 𝑁𝑢𝑚,0𝑓𝑠 (2.10)

𝑓𝑠 = 𝑃𝑒𝑠

1 − 𝑒𝑃𝑒𝑠 (2.11)

Pes số Peclet tính tốn từ tốc độ dời nhiệt (𝛼𝑇𝐷)𝑝∇𝑇/𝑇 lớp biên xung

quanh hạt vật cản, số khuếch tán Dp Sự khuếch tán nhiệt (𝛼𝑇𝐷)𝑝 tốc

độ chuyển dời tính Talbot [57]:

(𝛼𝑇𝐷)𝑝 =

2𝐶𝑠𝑣 (𝑘𝑘𝑔

𝑝 + 𝐶𝑡𝐾𝑛) [1 + 𝐾𝑛(𝐴 + 𝐵𝑒

−𝐶𝑅𝜆 ]

(1 + 3𝐶𝑚𝐾𝑛) (1 +

𝑘𝑔

𝑘𝑝 + 2𝐶𝑡𝐾𝑛)

( 𝑘𝑔

2𝑘𝑔 + 𝑘𝑐) (2.12)

2.1.2 Lý thuyết hình thành màng lỏng giọt tương tác với vách

2.1.2.1 Sự hình thành màng lỏng nhiên liệu bề mặt vách không gia nhiệt

27

đến vách dẫn đến tỷ lệ nhiên liệu bám dính giảm diện tích lớp màng nhiên liệu khơng đổi, độ dày trung bình lớp màng nhiên liệu giảm Mặt khác, độ dày màng lỏng nhiên liệu chứng minh thông số quan trọng trình tương tác chùm tia phun với vách Nó dao động từ vài micron đến vài milimet tùy thuộc vào đặc tính phân rã chùm tia nhiên liệu điều kiện bề mặt vách Độ dày màng mỏng thường biểu diễn tham số khơng thứ ngun 𝛿, tính tỷ số độ dày lớp chất lỏng hLF kích

thước ban đầu giọt D0:

𝛿 = ℎ𝐿𝐹 𝐷0

(2.13)

Kết nghiên cứu Vander Wal [60] đặc tính bề mặt vách có tác động đáng kể đến chiều dày lớp màng mỏng nhiên liệu Mức độ phụ thuộc Tropea Marengo [61] phân mức độ:

- Lớp màng mỏng (𝑙𝑟

𝐷0 < 𝛿 < 3𝑅𝑠

0,16): trạng thái tương tác giọt nhiên

liệu phụ thuộc vào đặc tính hình học bề mặt vách (trong lr chiều dài

của độ nhám; RS độ nhám bề mặt)

- Lớp màng mỏng (3𝑅𝑠0,16 < 𝛿 < 1,5): trạng thái tương tác giọt nhiên liệu

ít phụ thuộc vào đặc tính hình học bề mặt vách

- Lớp màng dày (1,5 < 𝛿 < 4): trạng thái tương tác giọt nhiên liệu khơng phụ thuộc vào đặc tính hình học bề mặt vách mà phụ thuộc vào độ dày lớp màng

- Lớp màng dày (tạo thành vũng) (𝛿 > 4): trạng thái tương tác giọt nhiên liệu khơng phụ thuộc vào đặc tính hình học bề mặt vách độ dày lớp màng

Sự hình thành màng lỏng nhiên liệu gây tương tác phức tạp chùm tia phun với lớp chất lỏng, lớp chất lỏng tác động đến số lượng lớn tính chất trình tương tác chùm tia phun với vách bao gồm đặc tính giọt thứ cấp bắn tóe nhiên liệu Các nghiên cứu thực nghiệm lớp màng nhiên liệu dày trạng thái bắn tóe giọt nhiên liệu thứ cấp mạnh hơn, ngược lại giọt thứ cấp tiếp xúc với bề mặt vách khơ khơng xảy bắn tóe

28 𝑈𝑐𝑟 ≫ 18 (𝜎

𝜌)

0.25

𝜗18 𝑓

8 (2.14)

(trong đó: 𝜗 độ nhớt động học, 𝜌 khối lượng riêng nhiên liệu) Khi kích thước giọt nhiên liệu đơn tính biểu thức:

𝐾𝑐𝑟 = 𝑊𝑒 𝑂ℎ−0.4 ≫ (2.15)

Do đó, giả định nhóm khơng thứ ngun hợp hạt đơn kiểm sốt bắn tóe giọt đơn mà có ảnh hưởng đến màng lỏng nhiên liệu tồn trước Khi lượng bắn tóe thỏa mãn yêu cầu kết hợp số không thứ nguyên Weber (We) Ohnesorge (Oh) phù hợp để định lượng điều kiện phân rã giọt tác động lên bề mặt vách ướt Cossali cộng [63] thiết lập tiêu chuẩn cho bắn tóe giọt nhiên liệu tương tác lớp màng lỏng nhiên liệu tồn sẵn:

𝐾𝑐𝑟 = 2100 + 5880𝛿1.44 (2.16)

Với 0,1 < 𝛿 < 1; 10−3 < 𝑂ℎ; R

s = 5.10-5 Trong nghiên cứu gần Motzkus

cộng [64], phương trình điều chỉnh sau: hệ số 5880 thay 2000, để phù hợp với liệu thực nghiệm Tương tự vậy, Rioboo [65] tiến hành nghiên cứu bắt đầu bắn tóe giọt nhiên liệu tương tác với bề mặt vách ướt Kết thực nghiệm thu cho thấy phụ thuộc vào thông số: chiều dày lớp màng lỏng không thứ nguyên (𝛿) tham số K Tiêu chuẩn chuyển đổi cho phân rã giọt đề xuất Kcr = 2100 phù hợp với phương trình 2.16

chất lỏng có độ nhớt thấp Tuy nhiên, theo Vander Wal cộng [60], ranh giới phân định vùng bắn tóe vùng khơng bắn tóe giọt tương tác với lớp màng mỏng chất lỏng bao phủ bề mặt vách thể qua mối quan hệ sau:

𝑊𝑒0,585 𝑂ℎ−0,17 = 63 (2.17)

Các kết nghiên cứu khẳng định hình thành màng lỏng nhiên liệu bề mặt vách gây thay đổi đáng kể đến đặc tính bắn tóe giọt tương tác với vách Tuy nhiên, có số nghiên cứu khẳng định ranh giới bắn tóe hay khơng bắn tóe giọt tương tác khơng có quan hệ với độ dày màng lỏng hình thành bề mặt vách

29

có thay đổi đáng kể trạng thái giọt tương tác lớp màng mỏng chất lỏng mỏng Dựa kết cơng bố trên, phương trình tiêu chuẩn chuyển đổi đề xuất để thiết lập mối quan hệ We Oh với chiều dày lớp màng mỏng chất lỏng bề mặt vách:

𝑊𝑒0,375 𝑂ℎ−0,25 = 25 + 7𝛿1,44 (2.18)

Ngoài ra, phương pháp khác đề xuất nghiên cứu Bai Gosman [67], họ cho chiều dày lớp màng lỏng bề mặt vách không ảnh hưởng tới lắng đọng bắn tóe giọt chất lỏng Thay vào đó, họ đề xuất tiêu chuẩn thông qua cập nhật số thực nghiệm đánh gia tương tác giọt chất lỏng bề mặt vách khô giả định tương tác lớp màng lỏng điều kiện bề mặt qua độ nhám bề mặt:

𝑊𝑒 𝑂ℎ−0.366 = 1320 (2.19)

Rõ ràng quan điểm cần phải cân nhắc xem xét cẩn thẩn độ dày màng lỏng tác động đến độ nhám bề mặt vách

Bảng 2.1 tóm tắt tiêu chuẩn chuyển tiếp tương tác giọt bề mặt vách ướt thiết lập từ nghiên cứu trước Bảng chia thành hai phần: phần thể phương trình theo hệ số K tổng quát, phần hai thể ngưỡng phân rã khác tương ứng với hệ số thực nghiệm số không thứ nguyên We Oh khác

Bảng 1: Tiêu chuẩn chuyển tiếp vùng phân rã giọt tương tác với vách ướt

Thông số K Tác giả Kết thực nghiêm

𝐾𝑐𝑟 = 𝑊𝑒 𝑂ℎ−0.4 Cossali 𝐾𝑐𝑟 = 2100 + 5880𝛿1.44

Motzkus 𝐾𝑐𝑟 = 2100 + 2000𝛿1.44

Rioboo 𝐾𝑐𝑟 = 2100

Okawa 𝐾𝑐𝑟 = 2100

Thông số K hiệu chỉnh

𝐾𝑐𝑟∗ = 𝑊𝑒𝑎 𝑂ℎ𝑏 Bai and

Gosman

30 Vander

Wal

𝑊𝑒 𝑂ℎ−0.290 = 1190,7

Huang and Zhang

𝑊𝑒 𝑂ℎ−0,667 = (25 + 7𝛿1,44)2,667

Tuy nhiên, việc sử dụng tiêu chuẩn cần phải thận trọng số liệu đưa tác giả phù hợp với điều kiện phạm vi định Do đó, việc liệt kê kết nghiên cứu cung cấp công cụ khách quan để so sánh phương pháp tiếp cận khác

Khi vận tốc giọt tương tác tương đối thấp giọt bám dính vào vách nẩy lại thân cịn lượng cuối giai đoạn lan rộng lớp chất lỏng Các tiêu chuẩn chuyển tiếp đề xuất Bai Gosman [67] thể ranh giới bám dính/nẩy lại với We = nẩy lại/lan rộng với We = khảo sát giọt nước tương tác bề mặt vách ướt Tuy nhiên, sau tác giả hiệu chỉnh số We lên tới 20 cho trình chuyển đổi nẩy lên lan rộng xét đến tác động giọt tương tác trước Stanton Rutland [23] có phương pháp tiếp cận tương tự kết thu có khác biệt nhỏ: We = chuyển tiếp bám dính/nẩy lên We = 10 chuyển tiếp nẩy lên/lan rộng

Theo Rioboo cộng [65] nẩy lên thúc đẩy gia tăng sức căng bề mặt chất lỏng góc tiếp xúc giọt với bề mặt vách Trong đó, Sommerfeld Huber [68] kết luận độ nhám bề mặt vách làm thay đổi chế nẩy lên hạt Tuy nhiên, vấn đề thực có ảnh hưởng đến trạng thái tương tác giọt với bề mặt vách mà chế lan rộng bắt đầu chế kết thúc tức mà bề mặt vách khơng tồn tồn lớp màng lỏng hay điều kiện bề mặt vách khơ

2.1.2.2 Sự hình thành màng lỏng nhiên liệu vách gia nhiệt

Xét tương tác chùm tia phun với vách gia nhiệt hiệu ứng nhiệt tác động đến chế thủy động giọt tương tác Giọt được gia nhiệt khí nóng bề mặt vách, nhận nhiệt nóng lên

31

xảy Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, lý thuyết hai chế bay tương tác với vách gia nhiệt tập trung nghiên cứu chủ điểm: 1) Cơ chế truyền nhiệt xảy hạt chất lỏng lắng xuống bề mặt vách gia nhiệt 2) Sự bay giọt phân tán môi trường khí nóng

Cơ chế truyền nhiệt:

Theo lý thuyết sôi cổ điển Dhir [69], Rein [70], Faghri Zhang [71], q trình sơi (đường cong sôi) giọt chất lỏng rơi, tương tác với bề mặt vách gia nhiệt nằm ngang bao phủ lớp chất lỏng liên tục có giai đoạn khác nhau: 1) sôi đối lưu tự nhiên, 2) sôi bên giọt, 3) sôi chuyển tiếp 4) sôi màng Đường cong sôi thời gian tồn giọt chất lỏng thể Hình 2.1

Hình 2.1 Sự sơi thời gian tồn giọt chất lỏng [72]

Ở vùng I, nhiệt độ nhiệt độ bão hòa chất lỏng khơng có dạng bong bóng Cơ chế truyền nhiệt đối lưu tự nhiên, khơng thay đổi pha

Khi nhiệt độ bề mặt nâng lên (trên nhiệt độ bão hòa), hệ thống vào giai đoạn sôi bên giọt (vùng II) Điều kèm với xuất bong bóng vị trí định (thường xác định vị trí bên trong) gia tăng mật độ dòng nhiệt đạt thông lượng nhiệt tới hạn

32

cản trở mật độ dòng nhiệt hai pha lắng đọng cục nhiệt độ Leidenfrost Kết nhiệt độ bề mặt tăng thời gian bay tăng lên mật độ dòng nhiệt giảm Một đặc điểm khác giai đoạn trạng thái không ổn định màng dẫn đến bong bóng vỡ khỏi bề mặt, bùng nổ vùng tiếp giáp pha khí - lỏng dẫn đến hình thành giọt nhỏ

Khi nhiệt độ vách gia nhiệt đến mức độ đủ lớn để trì màng ổn định, giọt lúc tách hoàn toàn khỏi bề mặt vách Điểm - gọi điểm nhiệt độ Leidenfrost - đánh dấu khởi đầu giai đoạn sôi màng (vùng IV) đặc trưng giá trị thông lượng nhiệt cực tiểu Sự truyền nhiệt diễn chủ yếu cách truyền qua màng Do đó, nhiệt độ bề mặt vách tăng lên, mật độ dòng nhiệt tăng cường gradient nhiệt chất lỏng bề mặt cao

Theo lý thuyết này, Bai Gosman [67] bổ sung thêm hai nhiệt độ đặc trưng: nhiệt độ vùng bám dính (xét cho vùng bên giọt tương tác, giọt có bám dính với phần chất lỏng bên có lượng tương tác thấp); nhiệt độ vùng nẩy lên (xét cho vùng giọt tương tác, giọt tương tác đẩy lên lượng tương tác thấp) Mặt khác, giả thuyết đơn giản Naber Farrel [73] đề xuất kết hợp chế truyền nhiệt với chế thủy động học Hai vùng (I II) có nhiệt độ thấp (tức giai đoạn sơi đối lưu sơi bên nhân) có liên quan đến chế làm ướt, giai đoạn sôi màng liên quan đến chế không ướt Trong chế độ chuyển tiếp, tiếp xúc giọt bề mặt giả định không liên tục

Hình 2.1 thể định tính đường cong sơi thời gian tồn giọt, đồng thời cho thấy ranh giới vùng chế truyền nhiệt Tuy nhiên, giá trị định lượng (như giá trị xác Tcr, Tsat, TLeid) phụ thuộc vào tính chất

trình tương tác [74] Nếu xét cho giọt nhiên liệu tự bốc cháy nên xem xét đến nhiệt độ nhiệt độ bề mặt vách cao [70]

Các nghiên cứu trước khẳng định rằng: đường cong sôi chất lỏng, nhiệt độ Leidenfrost xem điểm nhiệt độ nhạy cảm Trái ngược với nhiệt độ bão hòa, nhiệt độ Leidenfrost nhạy cảm với điều kiện tương tác, đặc tính hình học bề mặt [75], tính chất chất lỏng [76], góc tương tác [77] áp suất xung quanh [78]

Cơ chế bay hơi:

Godsave Spalding [79] người đề xuất mơ hình bay dựa nguyên tắc D2 cho giọt đơn Kể từ đó, lý thuyết nhiều tác giả xem

33

giọt đơn Mặt khác, Abramzon Sirignano [82] mở rộng phạm vi ứng dụng cách đề xuất mơ hình bay giọt phun Các tác giả chứng minh hiệu ứng đối lưu thông số có liên quan để xem xét

Trong đó, nhiều nghiên cứu so sánh trực tiếp kết tính tốn phép đo thực nghiệm với mức tương quan tốt [83], hay kết nghiên cứu Barata [84] bay nhiên liệu sinh học Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu gần quan tâm nhiều đến vấn đề liên quan đến gia nhiệt tức thời bề mặt thống phía vách [85] phân bố nhiệt độ bên hạt [86] [87] dọc theo bề mặt [88]

Các nghiên cứu thực với chất lỏng khiết (đơn thành phần) Tuy nhiên, hầu hết nhiên liệu sử dụng động chất lỏng đa thành phần phức tạp Trên thực tế, xăng dầu nhiên liệu sinh học chứa hàng trăm thành phần hóa học khác Nếu xét đến tất thành phần nhiên liệu tham vọng để đạt mục tiêu nghiên cứu chế bay Tuy nhiên, nghiên cứu Long cộng [89] theo giá trị nhiệt khối lượng quan sát trình bay nhiên liệu cụ thể cách sử dụng mơ hình hợp chất bao gồm số lượng tương đối nhỏ thành phần Phân tích bay chất lỏng đa thành phần trở thành chủ đề quan tâm nhà nghiên cứu Ví dụ, Bhattacharya [90] tiến hành nghiên cứu lý thuyết nhiên liệu hydrocacbon hai thành phần mơi trường khí xung quanh nhiệt độ cao, Maqua [87] đo phân bố nhiệt độ giọt hai thành phần điều kiện nhiệt khác Gần hơn, Strotos [91] đề xuất mơ hình số chất lỏng hydrocacbon hai thành phần nhỏ lên bề mặt vách gia nhiệt xác nhận dựa liệu thực nghiệm Các nghiên cứu gần xét thêm thơng số điều kiện dịng chảy, nhiệt độ nồng độ nhiên liệu nghiên cứu chế bay nhiên liệu đa thành phần

Mặt khác, Sazhin tiến hành nghiên cứu thực nghiệm mơ hình bay giọt đa thành phần dựa giải pháp phân tích dẫn nhiệt khuếch tán chất lượng chất tùy ý [85] Gần đây, xu hướng tiếp tục phát triển số nhóm nghiên cứu khác, nghiên cứu [92][93][93] bổ sung làm rõ chế bay giọt nhiên liệu đa thành phần

34

Hình 2.2 Mối quan hệ We TW [77]

Theo nghiên cứu Wachters Westerling (1966) ranh giới chế tương tác giọt chất lỏng với bề mặt vách gia nhiệt 400K tùy thuộc vào số We, giọt tương tác nẩy lên số We < 30, giọt bị phá vỡ trải rộng bề mặt We > 80 Tiếp sau đó, nghiên cứu Naber Farrel [73] thực nhỏ giọt chất lỏng lên bề mặt vách kim loại gia nhiệt mức độ khác nhau, nhiệt độ bề mặt vách thuộc vào khoảng nhiệt độ từ điểm bão hòa chất lỏng đến nhiệt độ Leidenfrost cho thấy có tương quan đơn giản We TW Các tác giả kết luận

rằng giọt chất lỏng bị phá vỡ môi trường gia nhiệt ứng với We = 24 2.1.3 Lý thuyết chế hình thành soot

35

cứu gần hình thành soot hỗn hợp khí propan trộn trước giàu soot buồng cháy áp suất cao (0,45-1,0 MPa) bình thể tích khơng đổi cho thấy có nhiều khác biệt rõ rệt [95] Sự mâu thuẫn kết nghiên cứu với nghiên cứu lửa phòng thí nghiệm phân tích

Cơ chế hình thành soot từ pha lửa động diesel mô tả sơ Hình 2.3 Soot dạng khối cầu gồm nhiều hạt hình cầu riêng lẻ xilanh động diesel, trong lửa trộn trước, dạng hình học tồn hạt hình thành thường chuỗi mạch tổng hợp Các mạch hình thành trình tổng hợp, với thời gian cư trú khoảng 100 ms Thời gian cư trú tương đối ngắn (1-10 ms) [97] với phát triển ban đầu kết tụ nhanh áp suất tốc độ hòa trộn cao

Sự hình thành hạt phản ứng trùng hợp cacbon hóa giọt chất lỏng ghi nhận thí nghiệm [98] Nếu thiết bị phun nhiên liệu điều chỉnh cách, đóng góp chế pha lỏng vào tổng lượng phát thải hạt động diesel (ngoại trừ tải nhẹ) khơng đáng kể Với q trình hình thành soot mơ tả Hình 2.2, q trình phá vỡ soot đồng thời xảy khu vực lửa có chất oxy hố Như Fenimore Jones [99] nhận định, điều quan trọng hệ thống lửa trộn trước giàu nhiên liệu Chúng đóng vai trị lớn động diesel, thường hoạt động tốc độ cân tổng thể

Hình 2.3 Cơ chế hình thành hạt soot buồng cháy

Khi nghiên cứu chế hình thành soot động diesel, phân tử nhiên liệu điển hình có từ 12-22 nguyên tử C tỉ lệ H/C khoảng Do đó, hình thành hạt soot điển hình có chứa khoảng 105 ngun tử cacbon có tỉ lệ H/C

khoảng 0,1 Các nguyên tử cacbon tập hợp lại thành mảng hình lục giác, gọi tiểu cầu [100] Như minh họa Hình 2.4, khoảng cách lớp trung bình 3,55Å, lớn chút so với thể graphite Các tiểu cầu xếp thành

Nhiệt phân

Tạo thành hạt

•Phát triển bề mặt • Sự kết tụ

36

các lớp để hình thành tinh thể Thơng thường có 2-5 tiểu cầu tinh thể 103

tinh thể xếp có trật tự hạt soot hình cầu [101] Các tinh thể xếp theo kiểu turbo tĩnh, với mặt phẳng song song với bề mặt hạt Cấu trúc turbo tĩnh đặc trưng than chì nhiệt phân cho nguyên nhân cản trở lớn bất thường tới oxi hóa Trong thời gian cư trú dài, hạt soot hình cầu kết tụ thành chuỗi mạch C phân nhánh khơng phân nhánh

Hình 2.4 Cấu trúc hạt cacbon[101]

Sự phân hủy nhiệt

Với hầu hết hydrocacbon, phân hủy xếp lại phân tử nguyên tử phân tử nhiên liệu xảy trước hình thành soot Các q trình thường dẫn đến hydrocacbon bão hịa, có khối lượng phân tử thấp gốc, chúng thường gọi pyrolytic, đặc biệt chúng diễn mơi trường khơng có oxy Các phản ứng nhiệt phân nói chung phản ứng thu nhiệt, tốc độ phản ứng phụ thuộc nhiệt độ Sự phân hủy thường diễn chế gốc tự do, dù nồng độ O, O2 OH nhỏ làm tăng đáng kể trình bổ sung cho

hình thành gốc tự thông qua phản ứng phân nhánh

Sự tạo mầm hay tạo hạt

Sự tạo mầm trình hình thành soot liên quan đến hình thành phơi phát triển nhanh phản ứng phân hủy phản ứng khác Do đó, tiền chất hidrocarbon cho hạt nhân soot phải đủ ổn định để chống lại cân nhiệt độ cao hệ thống đốt, phản ứng đủ để tính đến tốc độ mà hạt soot hình thành (thời gian đặc trưng ≤ 1𝑚𝑠) Glassman [102] Thomas [103] đề xuất cấu trúc liên hợp cực cho tiền tố trực tiếp trình tạo mầm Các phân tử nhiên liệu từ chất liên hợp cực hình thành cách trực tiếp, chẳng hạn chất thơm, nên tốc độ tạo hạt nhanh

Sự phát triển soot

37

sung nhiều polyme có khối lượng nhỏ [96] Các polyaxetilen nhỏ trải qua trình trùng hợp nhiều hơn, chế nêu phần trước (hình thành nhân) Do kết hợp ưu polyme lớn hơn, tỷ lệ H/C hạt soot (ban đầu ~ 0,4 đường kính 15Å) giảm xuống giá trị phát triển Điều cho thấy hầu hết polyaxetilen thêm vào phải có khối lượng phân tử cao q trình tách H diễn

Sự kết tụ

Các hạt soot nhỏ, hạt phát triển thơng qua bổ sung từ pha khí, thể qua hợp Do mật độ hạt soot thấp so với hidrocacbon pha khí giai đoạn phát triển, nên làm tăng đường kính trung bình hạt giai đoạn [104] Khi kết tụ xảy hạt nhanh chóng tạo thành dạng hình cầu Quá trình hạt soot nhỏ hình cầu hình thành hạt hình cầu lớn hơn, gọi hợp Sự kết tụ, diễn hạt nhỏ có tốc độ phát triển cao Như đề cập phần trước, điều xảy với hạt có đường kính 100Å áp suất thấp hệ thống trộn trước

Khi tốc độ tăng trưởng chậm suy giảm hidrocacbon pha khí tính hoạt động hạt, hợp dẫn đến chuỗi hạt soot hình cầu Quá trình này, địi hỏi mơ tả tốn học khác với động tụ gọi tập hợp

Sự thiêu kết

Sau trình phát triển hạt, chúng tiếp tục thiêu kết hạt soot dạng cầu dẫn đến hình thành chuỗi Thực tế cho thấy cấu trúc khơng tìm thấy loại soot lấy mẫu buồng cháy động diesel trình cháy động diesel diễn ngắn để trình hình thành soot hoàn thành Wersborg cộng [104] nhận thấy khoảng 20% hạt khu vực xảy thiêu kết tác nhân Chúng tác nhân nằm chuỗi hạt, cho biết hình dạng cụm giống tác nhân cụ thể Do khơng có tăng trưởng [105] tạo nhân trình thiêu kết, tốc độ thiêu kết tỉ lệ thuận với bình phương mật độ hạt

Sự oxi hóa

38

di chuyển phân tử C từ hạt soot 10 lần va chạm, chúng xuất phát từ tiêu chí cho phát thải soot

2.1.4 Giả thuyết chế hình thành cặn lắng buồng cháy động

2.1.4.1 Giả thuyết thứ a, Nội dung giả thuyết

Từ kết luận rút từ nghiên cứu trước xây dựng mơ hình q trình hình thành cặn lắng buồng cháy động Cơ chế đề xuất trình bày Hình 2.5, lửa phía trước gần vách buồng cháy động vào thời điểm cuối chu trình, bắt đầu nhiệt truyền cho nguồn lạnh, làm chậm tốc độ phản ứng ngăn không cho lửa lan truyền xung quanh để tới vách buồng cháy Kết lượng hỗn hợp môi chất nhiên liệu khơng khí khu vực lửa tắt tức thời khơng đủ nhiệt độ cao để q trình oxi hóa xảy hồn tồn Các phản ứng cháy khơng hồn toàn dẫn tới sản phẩm cháy thu sản phẩm bay thấp, hidrocacbon bị oxi hóa phần chúng có khả ngưng tụ bề mặt vách chúng coi tiền tố cặn

Như Hình 2.6, khu vực có tiền tố cặn hình thành khơng phải khu vực liền kề bề mặt vách mà có khoảng cách nhỏ với vách để nhiệt độ đủ cao cho số phản ứng diễn Mật độ dòng nhiệt khuếch tán đối lưu mang tiền tố cặn khỏi khu vực chúng hình thành, vào tận khí bên trong, nơi chúng có khả bị oxi hóa thành sản phẩm cháy cân hướng tới bề mặt vách, nơi mà chúng ngưng tụ

Nếu lượng tiền tố cặn đủ để hình thành thơng qua phản ứng oxi hóa phần vận chuyển đến bề mặt vách, áp suất riêng chất vách vượt áp suất nhiệt độ vách, cho phép ngưng tụ diễn Ngược lại chất ngưng tụ vách lớp cặn không liên kết hóa học với phần cặn cịn lại, hóa áp suất riêng phần pha khí thấp áp suất

39

Hình 2.5 Giả thuyết chế hình thành cặn lắng buồng cháy [14]

Bên cạnh số q trình khác góp phần vào hình thành cặn vách, hấp thụ phản ứng không đồng Mặc dù hiệu ứng không xét đến mơ hình này, dựa chứng thực nghiệm cho thấy ngưng tụ đóng vai trị chế hình thành cặn lắng, bên cạnh khơng có chứng tương ứng cho thấy hấp thụ phản ứng khơng đóng góp vào hình thành cặn buồng cháy

Mơ hình khẳng định hình thành cặn buồng cháy phụ thuộc vào bốn trình: hình thành tiền tố cặn từ thành phần nhiên liệu oxy khu vực lửa tắt tức thời, ngưng tụ bay tiền tố cặn vách buồng cháy bề mặt lớp cặn phản ứng trùng hợp bên cấu trúc lớp cặn Sự cân động trình này, với xuất liên tiếp trình loại bỏ cặn theo chế hóa học học xác định lượng tỉ lệ cặn từ loại nhiên liệu cụ thể điều kiện hoạt động cụ thể động

b, Mơ hình khơng thứ nguyên thông số đặc trưng

40

Hình 2.6 Mơ hình chiều [14]

Nếu xem xét chất khuếch tán phản ứng cách đơn lẻ (ví dụ tiền tố cặn có khối lượng phân tử cao tạo q trình oxi hóa phần nhiên liệu chưa cháy) lớp lửa bị dập tắt gần với vách lạnh động nơi mà xảy ngưng tụ bay hơi, q trình mơ tả gần phương trình (giả định đối lưu không đáng kể)[14]:

𝜕𝑃𝑖 𝜕𝑡 = 𝐷𝑖

𝜕2𝑃𝑖

𝜕𝑥2 − 𝑘𝑟,𝑖(𝑥, 𝑡)𝑃𝑖+ 𝑘𝑓,𝑖(𝑥, 𝑡) (2.27)

Trong Pi áp suất riêng phần chất i, Di hệ số khuếch tán chất i vào

trong hỗn hợp xung quanh (ở giả định độc lập với vị trí), kf, kr

số tỉ lệ để hình thành loại bỏ chất, chúng phụ thuộc vào vị trí thời gian x tọa độ khơng gian vng góc với bề mặt vách buồng cháy (hệ thống giả định chiều Hình 2.5) Các điều kiện biên phù hợp cho phương trình tất gradient tiến khơng khoảng cách lớn so với vách (nghĩa khí cháy trung tâm), với điều kiện biên dịng chất lỏng ngưng tụ hóa vách buồng cháy, sử dụng mối quan hệ Clasius-Clapeyron áp suất hóa chất nhiệt độ T:

𝐷𝑖𝜕𝑃𝑖

𝜕𝑥 = 𝑘𝑐(𝑃𝑣,𝑖(𝑇) − 𝑃𝑖) = 𝑘𝑐(𝑃𝑣,𝑖(𝑇)𝑒

−∆𝐻𝑣

𝑅 (

1

𝑇−

1

𝑇0)− 𝑃

𝑖) (2.28)

Trong kc số tỉ lệ ngưng tụ hóa hơi, Pv,i(To) áp suất

41

tại To) T nhiệt độ vách Các phương trình cần bổ sung phản ứng lớp

cặn chế loại bỏ cặn ngoại trừ hóa

Việc khơng thứ ngun hóa phương trình trên, sử dụng bề rộng lớp lửa tắt chiều dài đặc trưng thời gian khuếch tán qua lớp lửa tắt, L2/D

i,

là thời gian đặc trưng, dẫn tới phương trình chiều dài không thứ nguyên 𝜁, thời gian 𝜏 nồng độ chất 𝜃:

𝜕𝜃 𝜕𝜏 =

𝜕2𝜃

𝜕𝜉2 − 𝐷𝑎𝑟𝜃 + 𝐷𝑎𝑓 (2.29)

𝜕𝜃

𝜕𝜉 = 𝐵𝑖 (𝑒

−∆𝐻𝑣

𝑅 (

1

𝑇−

1

𝑇0)− 𝜃) (2.30)

Có hai loại khơng thứ ngun phương trình số Damkohler, Dar = kr,iL2/Di

và Daf = kf,iL2/Di tỉ số tốc độ phản ứng với tốc độ khuếch tán; số Biot, Bi = kcL/Di

là tỉ số khối lượng chuyển đổi ngưng tụ hóa với khối lượng chuyển đổi khuếch tán vách Độ lớn hai số xác định quy trình chiếm ưu hình thành cặn; ví dụ, Daf, Dai Birất lớn so với thành phần khác

(như khuếch tán chậm phản ứng lớp lửa tắt ngưng tụ hóa nhanh khuếch tán vách), tốc độ hình thành cặn xác định thời gian cần thiết để chất khuếch tán vào vách, số Bi nhỏ, hình thành cặn bị giới hạn tốc độ ngưng tụ vách Biết số đặc trưng lớn nhỏ cho phép phân tích đơn giản hình thành cặn cách nhiều q trình liên quan có ảnh hưởng không đáng kể Sử dụng giá trị tiêu biểu cho nhiên liệu hydrocacbon lớp lửa tắt động L = 1mm, Di = - cm2 / s, ki = 10-1000 s-1 (đại diện cho tỷ lệ oxy hoá phần),

có thể xác định phạm vi cho số Damkohler 0,05 <Da <10, điều cho thấy

phản ứng trình khuếch tán cân chặt chẽ điều kiện động

2.1.4.2 Giả thuyết thứ hai a, Cơ chế tạo cặn lắng

42

Lepperhoff cộng [17] đề xuất chế tạo cặn lắng buồng cháy động bao gồm chế hình thành loại bỏ minh họa Hình 2.7 (A) Hình 2.7 (B)

(A) Cơ chế hình thành cặn lắng

(B) Cơ chế loại bỏ cặn lắng

Hình 2.7 Giả thuyết chế hình thành loại bỏ cặn buồng cháy [17] Cơ chế hình thành cặn lắng diễn theo thời gian hoạt động động chế bị ảnh hưởng thông số nhiệt độ, gradient nhiệt, điều kiện nồng độ dòng chảy gradient nồng độ thành phần tạo cặn Các thành phần chia thành hai nhóm: (i) Các phân tử chất lỏng dạng khí theo sau dịng khí thể; (ii) Các hạt khơng thể theo hướng dịng khí thể

 Q trình hình thành màng lỏng

43

Trong trường hợp ngưng tụ, trình chủ yếu chịu ảnh hưởng điều kiện vách buồng cháy Gradient nhiệt độ gần vách làm mát gây khuếch tán nhiệt thành phần khí có khối lượng phân tử cao (gọi khí nặng) Hiệu ứng làm nồng độ thành phần khí nặng gần vách tăng Những thành phần khí có nhiệt độ sôi cao, chủ yếu hydrocarbon Các thành phần khí ngưng tụ hấp thụ bề mặt vách vách có nhiệt độ thấp Sự hình thành cặn bắt đầu hydrocacbon có nhiệt độ sơi cao

Sự hình thành lớp nhiên liệu thơng qua va chạm nhiên liệu góp phần hình thành cặn bề mặt vách nơi mà chúng đóng vai trị chất kết dính hạt buồng cháy Do đó, khu vực tiếp xúc trực tiếp với q trình phun có khả tích tụ lớp cặn cao

 Sự gắn kết, tạo lập nêm chặt hạt

Gradient nhiệt độ gần vách làm mát dẫn đến lượng lớn phần tử di chuyển gradient nhiệt độ mang theo hạt tới vách Sự gia gradient nhiệt độ làm cho phần tử di chuyển vùng mạnh Hiệu ứng gây gia tăng nồng độ hạt gần vách có nhiệt độ thấp Các hạt gắn kết tác động lẫn có lượng chất kết dính vách Tiếp theo hạt hợp gắn chặt vào lớp chất lỏng bề mặt Sự nêm chặt hạt vào vách ảnh hưởng phần tử di chuyển gradient nhiệt độ

Khơng có hạt cacbon dính chặt vào vách khơ khơng có chất kết dính Để tạo lên cặn lắng, cần phải có tương tác bề mặt vách hạt Sự tương tác hình thành suốt trình tạo lớp màng lỏng bề mặt vách Lớp cặn dày lên liên tục chất kết dính bổ sung gắn kết hạt Khi đạt đến độ dày định, hiệu ứng cô lập diễn Nó làm lực liên kết bề mặt vách lớp màng lỏng nhiên liệu giảm nên hạn chế khả lắng đọng hạt

 Sự hấp phụ thành phần khí

Việc tạo lập nén chặt hạt tạo thành cấu trúc cặn với hàm lượng soot cao Độ rỗng cặn đóng vai trị quan trọng việc hấp phụ thành phần khí Các thành phần khí khuếch tán qua lớp xốp cặn hấp phụ bị ngưng tụ khoảng nhiệt thấp Điều dẫn đến gia tăng mật độ lớp bổ sung liên tục thành phần khí

 Phản ứng hydrocacbon

44

liệu tích lũy vách bay nhiệt khí thể bao quanh phần cịn lại bám vách có cấu trúc dạng sơn mài [44]

 Độ nén lớp

Q trình nén động có ảnh hưởng đáng kể đến chế hình thành cặn Nó làm thay đổi cấu trúc cặn, làm cho cấu trúc cặn trở lên nhỏ gọn Hơn nữa, ảnh hưởng đến hình thành lớp cặn Sau lần tương tác ban đầu, chất tạo cặn tích lũy sau đặc lại thành cặn khơ dễ dàng loại bỏ số nguyên nhân học rung động, lực phun lực cản dịng khí [30]

b, Cơ chế loại bỏ

Lepperhoff cộng [17] đề xuất chế loại bỏ trình hình thành cặn buồng cháy động Các chế là:

Q trình oxi hóa soot hydrocarbon nhiệt độ cao khí thể lớp cặn Sự bay phần dễ bay nhiệt độ tăng

Sự giải hấp phụ thành phần khí bề mặt cặn gia tăng nhiệt độ Mài mòn lực dính thấp

Phá vỡ áp lực, chủ yếu phần cặn có cấu trúc xốp Rửa dòng chất lỏng để loại bỏ tiền thân cặn

Các chế lúc xếp theo thứ tự Sự diện chế trước phụ thuộc vào hoạt động động điều kiện buồng cháy Thành phần cặn lắng đọng loại bỏ chủ yếu chế vật lý, học hóa học

Cơ chế vật lý bao gồm bay hơi, giải hấp phụ rửa trôi thành phần dễ bay khí Sự bay giải hấp phụ khởi đầu gia tăng nhiệt độ tác động cách nhiệt thân lớp cặn

Cơ chế học bao gồm mài mịn tồn phần phần lớp cặn phá hủy tiền tố cặn Mài mòn diễn lực tác động lớn lực liên kết thân cặn Các tác động phá vỡ bắt đầu thay đổi nhiệt độ, khiến lớp cặn bề mặt vách mở rộng Những phần mở rộng không đồng gây lực kéo giúp thực chế phá vỡ

45

một môi trường giàu oxy, nhiệt độ thời gian định Q trình oxi hóa bắt đầu nhiệt độ 200oC hydrocacbon khoảng 500oC với cacbon Trong buồng

cháy động nhiệt độ khí thể vách buồng cháy nằm vùng nhiệt độ đó, trình oxi hóa ln diễn

2.2 Phương pháp nghiên cứu cặn lắng buồng cháy động

2.2.1 Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp trực tiếp dễ dàng để nghiên cứu cặn quan sát hình ảnh cặn [99][107] Việc cân đong trực tiếp khối lượng cặn bám vách buồng cháy tiến hành phổ biến để định lượng cặn buồng cháy Phương pháp phân tích thành phần cấu trúc vi lượng cặn thực nghiên cứu sâu Một số phương pháp nghiên cứu phổ biến mô tả

2.2.1.1 Phương pháp nghiên cứu thành phần cặn lắng

a, Phương pháp phân tích nhiệt (Thermo-gravimetric - TGA)

TGA sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực để nghiên cứu phân huỷ quy luật hao tán khối lượng theo thay đổi nhiệt độ Sử dụng TGA, thành phần khác cặn lắng tách phương pháp nhiệt [103][108] Các chất dễ bay bị hoá phân giải nhiệt mẫu cặn điều kiện khơng bị oxi hóa Hàm lượng cacbon tạp chất khác thu mơi trường oxi hóa

b, Phân tích hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)

Phân tích Fourier Transform Infra-Red (FTIR) sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực để phân tích đặc tính chức hóa học mẫu Có thể dùng phân tích FTIR để so sánh mẫu cặn khác đánh giá yếu tố ảnh hưởng [109] Dữ liệu chi tiết thay đổi thành phần cặn buồng cháy động thu thơng qua phân tích quang phổ hồng ngoại, FTIR khơng thể thiếu nghiên cứu cặn

c, Phân tích thành phần hóa học

Phân tích hóa học phương pháp trực tiếp để nghiên cứu thành phần mẫu vật, sử dụng nghiên cứu trình tạo cặn Bằng cách phân tích thành phần cặn cho phép xác định hàm lượng chất có cặn

46

2.2.1.2 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc cặn lắng

Nghiên cứu trạng thái bề mặt cấu trúc xốp bên cặn để hiểu rõ cấu trúc chi tiết chúng Trên giới nay, để nghiên cứu cấu trúc cặn sử dụng phương pháp sau:

a, Sử dụng kính hiển vi điện tử

Đây công nghệ mới, kính hiển vi điện tử có đóng góp to lớn nhiều lĩnh vực nghiên cứu Loại phổ biến sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) [21][42] kính hiển vi điện tử truyền dẫn (TEM)[111][112] Đối với cặn buồng cháy động cơ, hình thái bề mặt chúng biết thơng qua hình ảnh thu từ kính hiển vi điện tử

Hình 2.8 Hình chiếu SEM cặn xéc măng thứ [21]

Hình 2.8 cho thấy kết điển hình TEM SEM Hình 2.8 (a) cho thấy hình ảnh bóng mờ cặn Bề mặt dường đánh bóng chuyển động xéc măng Hình 2.8 (b) cho thấy mặt cắt ngang cặn Điều có ý nghĩa để nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hình thành cặn

b, Sự hấp thụ khí

Rất khó để quan sát cấu trúc bên cặn từ bề mặt Hấp thụ phương pháp sử dụng phổ biến để nghiên cứu cấu trúc bên mẫu sử dụng rộng rãi việc nghiên cứu cấu trúc bên cặn [112] Cấu trúc bên cặn, kích cỡ lỗ thơng số khác thu gián tiếp hấp thụ khí

c, Phổ Raman

47

Nhiều phương pháp khác sử dụng nghiên cứu cặn, ví dụ nhiễu xạ tia X, phân tán tia X hấp thụ Mossbauer [46] chúng phương pháp nghiên cứu đại giúp ta có nhìn rõ ràng cấu trúc bên cặn

Thông qua phương pháp nghiên cứu cấu trúc với nghiên cứu thành phần cho phép nghiên cứu đặc tính cặn để làm sở đưa biện pháp giảm tốc độ tạo cặn buồng cháy động

2.2.2 Phương pháp số

Một mục tiêu phương pháp nghiên cứu khảo sát chế hóa học q trình hình thành cặn lắng buồng cháy cách chi tiết, phù hợp với điều kiện liên quan đến động Vì khơng thể đo nồng độ chất có lớp lửa tắt buồng cháy động Mơ hình số sử dụng để mô tả mối liên hệ điều kiện thí nghiệm sẵn có hệ thống động

Phân tích số tạo kết nối mơ hình thực nghiệm động thực với yêu cầu nghiêm ngặt mô số Mơ hình phải có khả bao phủ loạt điều kiện vật lý, với phạm vi từ trình trạng thái ổn định đến trạng thái bất ổn định từ áp suất thấp đến áp suất cao Để cung cấp thông tin chi tiết hình thành cặn lắng, mơ hình cần bao gồm trình cạnh tranh chuyển đổi khuếch tán đối lưu, tạo thành sản phẩm khử chất thông qua phản ứng hóa học tương tác biên dịng lắng đọng

Để mơ hình hệ thống thí nghiệm buồng cháy lửa phẳng giống chu trình thực động cơ, cần phải cho phép luồng khí luân chuyển qua ranh giới Việc xác định thành phần hóa học tỷ lệ hình thành tiền chất cặn mục tiêu phương pháp nghiên cứu này, phản ứng hố học phải mơ cách xác có thể, điều bao gồm việc tích hợp hệ thống lên tới hàng trăm phản ứng bản, với năm mươi đến trăm chất hóa học riêng biệt [113, 114]

Mơ hình mơ phải có khả tính tốn tất q trình thông qua lan truyền lửa dập tắt lửa, yêu cầu phải giải gradient nhiệt độ nồng độ chất qua tồn miền tính tốn Với u cầu mơ tả xác hệ thống vật lý, mơ hình phải đáp ứng yêu cầu thời gian tính tốn tương đối nhỏ, số lượng lớn điều kiện hoạt động khác xét đến

2.2.3 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm

48

cực Cơ sở toán học lý thuyết qui hoạch thực nghiệm toán học xác suất thống kê với hai lĩnh vực quan trọng phân tích phương sai phân tích hồi qui [1]

Qui hoạch thực nghiệm tập hợp tác động nhằm đưa chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thơng tin mơ đến việc tạo mơ hình toán, xác định điều kiện tối ưu), điều kiện chưa hiểu biết đầy đủ chế đối tượng [2]

Có thể nói, lý thuyết qui hoạch thực nghiệm từ đời thu hút quan tâm nhận nhiều đóng góp hồn thiện nhà khoa học Những ưu điểm rõ rệt phương pháp so với thực nghiệm cổ điển [1][2]:

- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết;

- Hàm lượng thông tin nhiều rõ rệt, nhờ đánh giá vai trò qua lại yếu tố ảnh hưởng chúng đến hàm mục tiêu Nhận mơ hình tốn học thống kê thực nghiệm theo tiêu chuẩn thống kê, đánh giá sai số trình thực nghiệm theo tiêu chuẩn thống kê cho phép xét ảnh hưởng yếu tố với mức độ tin cậy cần thiết

- Cho phép xác định điều kiện tối ưu đa yếu tố đối tượng nghiên cứu cách xác cơng cụ tốn học, thay cho cách giải gần đúng, tìm tối ưu cục thực nghiệm thụ động

2.2.3.1 Phân tích hồi quy

Là phương pháp sử dụng rộng rãi nghiên cứu kỹ thuật nhằm mục đích xây dựng mơ hình tốn thích hợp Phương pháp phân tích hồi qui cho phép xác định yếu tố ảnh hưởng đến thông số đầu với mục đích tìm mơ hình tốn tìm giá trị tối ưu yếu tố ảnh hưởng gọi kế hoạch hóa thực nghiệm cực trị [2]

Một thuận lợi phương pháp thực nghiệm cực trị tìm giá trị tối ưu hàm, chưa nghiên cứu toàn hàm Đối tượng nghiên cứu coi hệ thống điều khiển biểu diễn “hộp đen” (Hình 2.9)

Giá trị Yj (j = 1, 2, …m) thể đặc điểm nghiên cứu hay cịn gọi thơng số tối

ưu Các yếu tố xi (i = 1, 2, …m) yếu tố điều khiển được, không ngẫu nhiên, không phụ

thuộc lẫn

Tác dụng vào “hộp đen” cịn có đại lượng ngẫu nhiên Wn (n = 1, 2, …q) gọi

49

Hình 2.9 Sơ đồ hộp đen

Khi giữ nguyên yếu tố điều khiển xi (i = 1, 2, …m) thông số mang

đặc điểm ngẫu nhiên

Do khơng nói quan hệ Yi thông số xi (i = 1, 2, m) mà phải

xét mối quan hệ kỳ vọng toán học có điều kiện: m1 [Yj (x1, x2, xm) thông

số nghiên cứu với yếu tố điều khiển Dạng tổng quát mối liên quan là:

m1 [Y(x1, x2, xm)] =  (x1, x2, xm) (2.33)

Phương trình (2.33) phương trình tối ưu Cịn mặt tương ứng khơng gian (m + 1) gọi mặt tối ưu

Mỗi yếu tố điều khiển nhận giá trị khác gọi mức Ví dụ: có m yếu tố, yếu tố thay đổi p mức số lượng thí nghiệm pm

Lý thuyết kế hoạch hóa thực nghiệm chứng minh để đạt mục đích đặt khơng cần tiến hành tất thí nghiệm mà thực số thí nghiệm

2.2.3.2 Quy trình quy hoạch thực nghiệm

Các bước tiến hành:

Bước 1- Lập bảng ghi chép tài liệu ban đầu: + Xác định nhiệm vụ chọn thông số tối ưu; + Chọn yếu tố ảnh hưởng;

+ Tính tốn tài liệu sơ

Bước 2- Thực kế hoạch thực nghiệm: + Lập ma trận thực nghiệm;

+ Chuẩn bị thiết bị, phương tiện đo Bước 3- Sai số thí nghiệm:

ĐỐI TƯỢNG

NGHIÊN CỨU

W1 W2 Wq

x1

x2

xm

y1

y2

50

+ Sai số hệ thống: xác định số lượng, cách đưa bảng hiệu đính số dụng cụ, sửa đổi, hoàn chỉnh phương pháp đo;

+ Sai số ngẫu nhiên: loại sai số trước ngun nhân khơng thể tính với bảng hiệu đính Cách xử lý đại lượng ngẫu nhiên đo lường tiến hành thông qua định luật lý thuyết sác xuất, toán thống kê

Bước 4- Mối liên hệ đại lượng quan sát:

Khi thí nghiệm thu n trị số hàm số m trị số biến số Mỗi cặp chúng có hàm số phân bố riêng trị số x, Sự liên hệ tiêu, tượng, đại lượng khảo sát tạo nên q trình cơng nghệ máy, hàm số trị số đại lượng ứng với trị số đại lượng hàm liên hệ, trị số đại lượng độc lập ứng với trị số số đại lượng biến đổi khác, đại lượng biến đổi biến động quanh giá trị trung bình

2.2.3.3 Phân tích xử lý liệu thực nghiệm a, Xử lý số liệu thực nghiệm

Trong trình thực nghiệm với mơ hình thực nghiệm nhận cặp số liệu thực nghiệm (xk, yk) Mục tiêu đặt cần tổng quát hóa cặp số liệu thực

nghiệm phương trình tốn học thích hợp phương trình thực nghiệm tìm xem quy luật trình hay tượng

Trong trình thực thử nghiệm, giá trị ghi nhận số trường hợp ảnh hưởng nhiều yếu tố “bất thường” (ghi số liệu sai, điều kiện thí nghiệm khơng đúng,…) mà số liệu ghi nhận khơng hợp lý Do đó, trước tiến hành phân tích tập hợp mẫu cần thiết phải đánh giá tính hợp lý Phương pháp thường sử dụng loại trừ giá trị lớn hay nhỏ bất thường dựa kiểm định giá trị tdmax với phân phối Student (Hình 2.10) [3]

- Kiểm định giá trị tdmax với phân phối Student:

Giả sử có tập hợp n số liệu thực nghiệm cho đại lượng nghiên cứu Ai (i = 1,

n) Khi độ lệch ước lượng tập hợp mẫu 𝜎𝑛:

𝜎𝑛 = √∑ (𝐴𝑖 − 𝐴)

2 𝑛

𝑖=1

𝑛 −

(2.34)

Giá trị thực nghiệm Ai xem lớn bất thường bị loại khỏi

tập hợp xét điều kiện sau xảy ra:

51 ⟹ 𝑡𝑑𝑚𝑎𝑥 =𝑑𝑚𝑎𝑥

𝜎𝑛 (2.36)

t1, t2 tra bảng phân phối Student với 𝛼1 = 5% 𝛼2 = 1%; bậc tự (n-2)

Nếu tdmax < t1 giá trị Ai bình thường

Nếu tdmax > t2 giá trị Ai bất bình thường (loại)

Nếu t1 <tdmax < t2 giá trị Ai nghi ngờ

Hình 2.10 Đồ thị phân phối Student [3] - Kiểm tra mẫu:

Trước tiến hành phân tích giá trị đại lượng nghiên cứu thực nghiệm cần phải tiến hành kiểm tra tính thơng kê cho mẫu Gọi n số giá trị quan sát thực nghiệm cho đại lượng nghiên cứu Một tập hợp mẫu nghiên cứu có giá trị thỏa mãn điều kiện thống kê [2][3]:

𝜈 = 𝜎𝑛

𝐴 < [𝜈]

(2.37)

Trong 𝜈 hệ số biến động, [𝜈] giá trị biến động cho phép phụ thuộc vào lĩnh vực tiêu thực nghiệm

b, Lựa chọn mô hình hồi qui

Để lựa chọn mơ hình hồi quy thích hợp với số liệu mục tiêu nghiên cứu, ta tiến hành theo bước sau [2]:

52

- Bước 2: Kiểm tra vi phạm giả thiết mơ hình hồi quy Bước bao gồm việc tiến hành kiểm định vấn đề đa cộng tuyến, phương sai thay đổi, tự tương quan, phân bố không chuẩn sai số khắc phục vi phạm phát - Bước 3: Chọn dạng hàm hồi quy Dạng hàm hồi quy xác định dựa kiến thức chuyên ngành liên quan đến số liệu dựa vào dạng hàm sử dụng nghiên cứu trước Bên cạnh đó, xác định dạng hàm hồi quy thông qua việc khảo sát đồ thị biểu diễn sư mối quan hệ biến độc lập biến phụ thuộc Chẳng hạn đồ thị, chấm tương ứng với quan sát tập số liệu nằm tập trung hai bên đường thẳng đó, chọn dạng hàm hồi quy tuyến tính Cịn chấm lại nằm hai bên đường cong dựa vào dạng đường cong mà đưa dạng hàm hồi quy phi tuyến phù hợp

- Bước 4: Áp dụng tiêu chuẩn để đánh giá lựa chọn mơ hình Hệ số xác định thước đo thường dùng để đánh giá chất lượng mơ hình hồi quy Nếu hệ số xác định có giá trị lớn 50% coi mơ hình phù hợp với tập số liệu Còn hệ số xác định nhỏ 30% khẳng định mơ hình khơng phù hợp nên tìm mơ hình khác

c, Kiểm định mơ hình hồi qui [1][4]

- Hệ số xác định R2 (tổng bình phương sai số):

    2 ˆ n i i E R n T T i i y y SS SS R

SS SS y y

         

2 0 1

R   (2.38)

Trong đó, tổng bình phương đầy đủ:

n

2

T YY i

i

SS S (y y)



   (2.39)

Tổng bình phương hồi quy:

n

2

R i

i

ˆ

SS (y y)



  (2.40)

Tổng bình phương phần dư (các sai số):

n

2

E i i

i

ˆ

SS (y y )



  (2.41)

R2 tiến gần đến mơ hình tốt

53

- Nếu hai mơ hình hồi quy chứa danh sách biến độc lập khác hệ xác định hai mơ hình (có thể nhau) khơng giúp kết luận mơ hình tốt hơn;

- Có thể loại bỏ bớt số biến khỏi phương trình hồi quy làm giảm hệ số xác định, song thực chất lại khơng giảm đáng kể chất lượng mơ hình

- Hệ số xác định R2 hiệu chỉnh [1][4]:

Khi số liệu quan sát n nhỏ, giá trị R2 hiệu chỉnh sau (k=1: hồi quy đơn):

 

2 1 1

1 n R R n k    

  (2.42)

Khi n lớn R2R2, R2R2

Hệ số R2 hiệu chỉnh cho biết mức độ % biến thiên biến phụ thuộc

giải thích biến độc lập Hệ số cao tốt biến độc lập giải thích nhiều biến phụ thuộc

Ngồi hệ số xác định, cịn có số tiêu chuẩn khác dùng để đánh giá mơ hình hồi quy như:

- Tiêu chuẩn log-hợp lý (log-likelihood) [3]:

L = −n 2lnσ

2−n

2ln(2π) − 2∑ ui

2 n

i=1

(2.43)

Có thể chứng minh L có phân phối tiệm cận với phân phối bình phương Giá trị L lớn (tương ứng với xác suất ý nghĩa nhỏ) tốt, cho thấy mơ hình xét khác biệt với mơ hình xét khác biệt với mơ hình “tầm thường” (là mơ hình cho khơng có quan hệ biến độc lập biến phụ thuộc)

- Tiêu chuẩn AIC (Akaike info criterion) [3]:

AIC = (SSR n ) e

2k/n (2.44)

trong k số tham số mơ hình hồi quy Nếu xét đến số liệu thời gian nên dùng tiêu chuẩn để đánh giá mơ hình Giá trị AIC nhỏ mơ hình phù hợp với số liệu

- Tiêu chuẩn Schwarz (Schwarz criterion) [3]:

SC = (SSR n ) n

54

trong k tham số mơ hình hồi quy Nếu ý đến độ phức tạp mơ hình khơng thể khơng xét tới tiêu chuẩn Giá trị SC nhỏ mơ hình phù hợp với số liệu

- Tiêu chuẩn F (F criterion) [3]:

F = 𝑅

2/𝑘

(1 − 𝑅2)/(𝑛 − 𝑘 − 1) (2.46)

trong R2 hệ số xác định mơ hình hồi quy, k tham số mơ hình,

n số lượng quan sát số liệu Tỷ số có phân phối xấp xỉ phân phối Fisher với bậc tự (k, n-k-1) Qua xác định xác suất ý nghĩa (p-value) tương ứng, dùng so sánh với mức ý nghĩa cho (thường 5%) để đưa kết luận chấp nhận hay bác bỏ giả thuyết

- Hệ số tương quan (r) [2][4]:

Hệ số tương quan (r) số thống kê đo lường mối liên hệ tương quan hai biến số, số giọt nhiên liệu (x) khối lượng cặn tích lũy (y) Hệ số tương quan có giá trị từ -1 đến Hệ số tương quan (hay gần 0) có nghĩa hai biến số khơng có liên hệ với nhau; ngược lại hệ số -1 hay có nghĩa hai biến số có mối liên hệ tuyệt đối Nếu giá trị hệ số tương quan âm (r <0) có nghĩa x tăng cao y giảm (và ngược lại, x giảm y tăng); giá trị hệ số tương quan dương (r > 0) có nghĩa x tăng cao y tăng, x tăng cao y cũng giảm theo

Trong thơng kế có nhiều loại hệ số tương quan, loại hệ số tương quan Pearson sử dụng phổ biến Cho hai biến số x, y từ n mẫu, hệ số tương quan Pearson tính cơng thức:

𝑟 = ∑ (𝑥𝑖− 𝑥̅)(𝑦𝑖 − 𝑦̅)

𝑛 𝑖=1

√∑𝑛 (𝑥𝑖 − 𝑥̅)2

𝑖=1 ∑𝑛𝑖=1(𝑦𝑖− 𝑦̅)

2 (2.47)

2.2.3.4 Sử dụng phần mềm R để xác định kiểm định mơ hình hồi quy a, Lựa chọn mơ hình hồi quy R

55

số R2, hệ số R2 điều chỉnh, giá trị Sig bảng Anova (phân tích phương sai) để đánh

giá phù hợp mơ hình, giá trị Sig bảng Coefficients để đánh giá hệ số hồi quy có ý nghĩa không, đồng thời cho biết giá trị hệ số tương quan biến độc lập biến phụ thuộc [4]

Các dạng mơ hình hồi quy R:

Linear (đường thẳng): 𝑌 = 𝛼 + 𝛽𝑋 (2.48)

Logarithmic (hàm logarit): 𝑌 = 𝛼 + 𝛽ln (𝑋) (2.49)

Inverse (nghịch đảo): 𝑌 = 𝛼 + 𝛽/𝑋 (2.50)

Quadratic (bậc hai): 𝑌 = 𝛼 + 𝛽1𝑋 + 𝛽2𝑋2 (2.51) Cubic (bậc ba): 𝑌 = 𝛼 + 𝛽1𝑋 + 𝛽2𝑋2+ 𝛽3𝑋3 (2.52)

Power (hàm mũ): 𝑌 = 𝛼𝑋𝛽 (2.53)

Compound (lũy thừa): 𝑌 = 𝛼𝛽𝑋 (2.54)

S-curve: 𝑌 = 𝑒𝛼+𝛽/𝑋 (2.55)

Logistic:

𝑌 =

1

𝑢+ 𝛼𝑋𝛽

(2.56)

Growth: 𝑌 = 𝑒𝛼+𝛽𝑋 (2.57)

Exponential: 𝑌 = 𝛼𝑒𝛽𝑋 (2.58)

Trong đó: 𝛼 𝛽 hệ số hồi quy, X biến độc lập, Y biến phụ thuộc Để xác định mơ hình hồi quy thích hợp cho liệu thu từ thực nghiệm ta khảo sát mơ hình hồi quy ứng với liệu gói Robust base package phần mềm R, đồng thời dùng gói ggplot2 package để vẽ đồ thị tán xạ đường hồi quy Như kết hợp với quan sát trực quan đồ thị dựa vào tiêu chí kiểm định mơ hình ta có mơ hình phù hợp

b, Tiêu chí đánh giá mơ hình hồi quy

56

Giá trị Sig (P – value) bảng Anova dùng để đánh giá phù hợp (tồn tại) mơ hình Giá trị Sig nhỏ (thường nhỏ 5%) mơ hình tồn điều kiện độ tin cậy chấp nhận 5% [4]

Giá trị Sig bảng Coefficients cho biết hệ số hồi quy có ý nghĩa hay khơng, với độ tin cậy 95% Sig < 5% có ý nghĩa [4]

Hệ số tương quan cho biết mức độ tương quan biến phụ thuộc biến độc lập (thường sử dụng hệ số tương quan Pearson)

2.3 Kết luận chương

Cơ chế hình thành cặn lắng buồng cháy động theo giả thuyết đề xuất Hình 2.3 tập trung vào miêu tả trình hình thành tiền tố cặn thơng qua bốn q trình (phản ứng, vận động khuếch tán đối lưu, ngưng tụ bốc hơi, phản ứng bên lớp lắng đọng) Tuy nhiên, việc nghiên cứu chế hình thành cặn lắng buồng cháy theo hướng phân tích thành phần chuỗi phản ứng oxi hóa tiền tố cặn vùng lửa tắt phức tạp không khả thi điều kiện Việt Nam

Từ chế đưa Hình 2.4 thấy điều kiện nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy, trạng thái ướt/khô bề mặt cặn giai đoạn đầu hình thành, khả hóa nhiên liệu điều kiện nhiệt độ buồng cháy đóng vai trị then chốt việc tạo cặn

57

CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM TẠO CẶN LẮNG TRÊN VÁCH BUỒNG CHÁY

3.1 Đặt vấn đề

3.1.1 Giới thiệu chung

58

Trong động diesel, nhiên liệu phun va chạm với vách buồng cháy tránh khỏi Nguyên nhân làm gia tăng va chạm nhiên liệu phun với bề mặt vách buồng cháy động có nhiệt độ cao [14]:

Áp suất phun cao làm gia tăng khả xuyên sâu chùm tia phun Thời gian cháy trễ dài thời gian phun nhiên liệu

Khoảng cách vòi phun đỉnh piston ngắn động cao tốc cỡ nhỏ Các giọt nhiên liệu không đốt cháy hoàn toàn (chẳng hạn nhiên liệu diesel sinh học)

Khi chùm tia nhiên liệu tác động lên bề mặt vách buồng cháy động cơ, lớp mỏng nhiên liệu lỏng hình thành bề mặt Lượng nhiên liệu bám dính diễn biến tương tác với vách buồng cháy phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt vách Hơn nữa, nhiệt độ vách định số lượng thành phần chất cao phân tử khơng ổn định nhiên liệu bám dính Lớp màng chất lỏng mỏng bề mặt có nhiệt độ cao tương tác xảy giai đoạn sôi Trong giai đoạn này, giọt nhiên liệu di chuyển hỗn loạn nên va đập vào khu vực bề mặt vách khác buồng cháy bị đẩy ngồi q trình thải động Lớp màng lỏng bám dính bề mặt vách trải qua trình vật lý (sôi truyền nhiệt, bay hơi, nén chặt,…) hóa học (nhiệt phân, trùng hợp,…) điều kiện nhiệt độ cao [14]

Kết nghiên cứu Grissom [103] cho thấy chùm tia nhiên liệu tương tác với bề mặt vách trạng thái khác bao gồm vách khô (tất chùm tia phun bay phía vùng tương tác); vách ướt (hình thành màng lỏng mỏng bề mặt) và chế Leidenfrost (hình thành màng mỏng bề mặt) Do đó, tương tác hạt nhiên liệu với bề mặt vách đặc tính bay nhiên liệu đóng vai trị quan trọng để tạo lập màng lỏng nhiên liệu – điều kiện tiên hình thành cặn lắng bề mặt vách Đó sở cần thiết lập thử nghiệm đặc tính bay nhiên liệu trước thử nghiệm tạo cặn

59

Trong trình hoạt động, lớp cặn liên tục tích lũy bao phủ bề mặt vách buồng cháy Tuy nhiên, động thực, sau thời gian định, lượng cặn tích lũy bề mặt dừng mức mà tỷ lệ cặn hình thành tỷ lệ cặn bị loại bỏ cân

Hình 3.2 Q trình tích tụ cặn lắng bề mặt vách [103]

Tạo cặn động tượng phức tạp khó để quan sát phát triển chế hình thành động thực Vì thế, phương pháp đơn giản hóa thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy đề xuất nghiên cứu Về bản, phương pháp trình lặp giọt nhiên liệu liên tục tương tác với bề mặt vách buồng cháy dẫn đến tích tụ cặn bề mặt vách

Sự lặp lại q trình cặn tích lũy phương pháp tương tự trình lắng đọng cặn va chạm nhiên liệu phun với bề mặt vách buồng cháy động mơ tả Hình 3.2

Lần 01

Lần 02

60 3.1.2 Mục tiêu

Mục đích thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy (TNCMH) để mô tả diễn biến tạo cặn lắng bề mặt vách buồng cháy động để nghiên cứu chế hình thành phát triển cặn lắng yếu tố ảnh hưởng hình thành cặn

Hình 3.3 thể tiến trình nghiên cứu thực nghiệm hình thành phát triển cặn lắng Mơ hình TNCMH xây dựng nhằm mục tiêu xây dựng mơ hình thực nghiệm đơn giản hơn, chi phí mà đảm bảo mục tiêu nghiên cứu đề tài Bên cạnh mơ hình thử nghiệm xác định lượng cặn buồng cháy động thực (TNCBC) xây dựng nhằm đánh giá tính đắn mơ hình TNCMH

Hình 3.3 Quá trình nghiên cứu hình thành cặn lắng

Các kết TNCMH phát triển cặn lắng, nhiệt độ bề mặt cặn, thành phần đặc tính Trong nghiên cứu này, mơ hình TNCMH sử dụng để đánh giá yếu tố khác ảnh hưởng đến hình thành cặn bề mặt vách nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy, trạng thái ướt hay khô bề mặt vách, thành phần nhiên liệu lượng dầu bôi trơn

61

triển cặn lắng bề mặt vách nhiệt độ bề mặt vách, trạng thái chồng chất tương tác giọt nhiên liệu, thành phần nhiên liệu điều kiện bề mặt vách… mà không xét đến thay đổi áp suất, đặc tính chùm tia phun đặc tính tải động

Các thử nghiệm mơ hình thực nghiệm TNCMH có khả mô tả tượng vật lý số tượng hóa học chế hình thành cặn lắng, đồng thời tính đắn mơ hình đánh giá thơng qua so sánh xu hướng hình thành phát triển cặn lắng với thử nghiệm xác định lượng cặn buồng cháy động thực, sở khoa học để khẳng định tính khả thi mơ hình

3.1.3 Cơ sở thiết kế

Khi phun nhiên liệu trực tiếp vào xilanh động cơ, hai trình vật lý xảy tương tác tia phun với vách hình thành màng mỏng Cả hai q trình ảnh hưởng đến hiệu suất cháy hình thành chất nhiễm Tương tác tia phun – vách xảy hay không phụ thuộc vào độ dài chùm tia phun khoảng cách vòi phun vách buồng cháy Tùy thuộc vào nhiệt độ vách buồng cháy số lượng chất lỏng đọng lại vách tương tác tia phun - vách có tác động tiêu cực, tích cực (Hình 3.4) [119]

Hình 3.4 Tương tác chùm tia nhiên liệu với vách buồng cháy[119]

62

môi trường khí xung quanh đóng vai trị quan trọng chế phân rã thứ cấp Quá trình phân rã thể thông qua số Weber

Arcoumanis cộng [115] phát triển nghiên cứu Wierzba [116] chế phân rã giọt phụ thuộc vào giá trị số We khác nhau, số We nằm khoảng 100-1000 phân rã diễn theo quy luật, phân rã hỗn loạn số We ≥ 1000

Từ Bảng 3.1 cho thấy, số We thấp (We ≈ 12), giọt biến dạng mà không phân rã Khi số We tăng lên (12 ≤ We < 45), chùm tia phun xuất chế phân rã bổ sung dạng túi túi màng hình nheo Trong chế phân rã này, giọt nhiên liệu dao động với biên độ lớn dẫn đến phân rã thành giọt nhỏ xảy hai phương thức phân bố kích thước giọt; We ≥ 45 chế phân

rã thành giọt nhỏ diễn nhanh chí số We ≥ 1000, phân rã xảy miệng vòi phun [115]

Bảng 3.1 Sự ảnh hưởng số We đến chế phân rã [115]

Theo kết nghiên cứu Westerling [74] Farrel [73] để trì lớp màng lỏng bề mặt giọt nhiên liệu tương tác với bề mặt vách gia nhiệt cần trì số We thỏa mãn: 80<We<150

63

Hình Tác động số We nhiệt độ vách gia nhiệt đến trạng thái tương tác giọt [117]

Như vậy, đánh giá mối tương quan số We với hình thái giọt nhiên liệu tương tác với vách buồng cháy động mơ hình tạo giọt bề mặt vách gia nhiệt cho thấy với We = 110 phù hợp để lựa chọn thông số đầu vào tiêu chuẩn xây dựng mơ hình thực nghiệm tạo giọt nhiên liệu tương tác với kim loại gia nhiệt Đó sở khẳng định tương đồng xét chế sơi truyền nhiệt hình thành màng lỏng giọt nhiên liệu bề mặt vách gia nhiệt mơ hình thực nghiệm TNCMH TNCBC thiết lập luận án Kết tính thơng số mơ hình TNCMH thể Bảng PL6

3.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm

3.2.1 Thiết lập mơ hình

64

Hình 3.6 Sơ đồ thử nghiệm tạo cặn mơ hình bề mặt vách buồng cháy Tấm hợp kim nhơm (AC9A) (với kết cấu kích thước Hình PL5) sử dụng bề mặt vách buồng cháy động Tấm gia nhiệt điện nhiệt độ bề mặt điều khiển điều khiển nhiệt độ Nhiệt độ bề mặt đo cặp nhiệt ngẫu, đầu đo nằm tâm phía Hình 3.7 Nhiệt độ đo cặp nhiệt ngẫu thường không chuẩn với nhiệt độ bề mặt thực nhiệt từ bề mặt Vì vậy, nhiệt kế hồng ngoại sử dụng để đo nhiệt độ bề mặt xác Đầu kim phun nhiên liệu nằm cách điểm tâm 80 mm (Lh) để tránh làm nóng nhiên liệu

trước thử nghiệm, hạn chế lỗi xảy thiếu hụt lượng giọt lớn trình va chạm đảm bảo số Weber = 110 Khoảng thời gian va chạm (τvc) kiểm soát

cách điều chỉnh van tiết lưu Số giọt va chạm (ND) xác định cách sử dụng

một máy dò laze hồng ngoại thiết bị đếm

1 Tấm hợp kim nhôm; 2 Bộ gia nhiệt;

3 Cảm biến phát giọt; 4 Kim tạo giọt;

5 Van tiết lưu;

6 Ống dẫn nhiên liệu; 7 Két nhiên liệu; 8 Cảm biến nhiệt độ; 9 Bộ điều khiển nhiệt độ; 10 Bộ hâm nhiên liệu; 11 Bộ thu tín hiệu phát giọt;

65

Hình 3.7 Bộ thiết bị thử nghiệm TNCMH

66

Hình 3.9 Trang thiết bị TNCMH 3.2.2 Trang thiết bị

3.2.2.1 Cảm biến nhiệt độ

Thông số cảm biến nhiệt độ WRET-01 (K – type) (Bảng 3.2) Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cảm biến WRET-01

Nội dung Thông số

Mã đầu dò WRNT-01

Kiểu cảm biến nhiệt K

Vật liệu Ni, Cr, Si, Co

Chiều dài dây 1m

Dải đo nhiệt độ 0oC – 600oC

Độ xác ±0,5%

3.2.2.2 Bộ điều khiển nhiệt độ gia nhiệt cho

Thông số điều khiển nhiệt độ relay hiển thị Led đoạn, cài đặt nhiệt độ cần đóng ngắt, điện áp làm việc 220VAC Thông số module điều khiển Bảng 3.3

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật điều khiển nhiệt độ gia nhiệt cho piston

Nội dung Thông số

Phạm vi nhiệt độ 200oC – 500oC

Độ phân giải 1oC

Độ xác ±0,5%

Thiết lập backlash 0,5oC – 20oC

Tốc độ lấy mẫu 1s

Nguồn cấp cho mạch 220VAC

67

3.2.2.3 Nhiệt kế hồng ngoại

Nhiệt kế hồng ngoại Beta 1760/IR 1600 sử dụng để đo nhiệt độ bề mặt cặn lắng q trình thử nghiệm Thơng số kỹ thuật nhiệt kế trình bày Bảng 3.4

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật nhiệt kế Beta 1760/IR 1600

Nội dung Thông số

Phạm vi nhiệt độ Từ -50oC đến +1600oC

Độ xác ±1,5%

Độ phân giải 0,1oC

Khả lạp lại 1oC

Thời gian phản ứng 500ms

Khoảng cách tới điểm 50:1 Nhiệt độ hoạt động 0oC-50oC

Giá đỡ kết nối với tripod Có

3.2.2.4 Cân điện tử vi lượng

Cân điện tử ABS 220-4N sử dụng để có cân khối lượng cặn lắng q trình thử nghiệm Thơng số kỹ thuật cân điện tử vi lượng trình bày Bảng 3.5

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật cân điện tử vi lượng ABS 220-4N

Nội dung Thông số

Khả đọc 0,00001g

Độ lặp lại 0,0002g

Độ tuyến tính ±0,0003g

Tải tối đa 220g

Thời gian ổn định 3s

Màn hình hiển thị LCD

Điều kiện môi trường 10 – 30oC

Có lồng kính chắn gió

Mặt đĩa cân Thép khơng gỉ

Nguồn điện AC 220V-50Hz

3.2.2.5 Kính hiển vi điện tử quét

Kính hiển vi điện tử quét Jeol SEM 5410 LV sử dụng để chụp ảnh cấu trúc bên cặn lắng Thơng số kỹ thuật kính hiển vi điện tử trình bày Bảng 3.6

Bảng 3.6 Thơng số kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét Jeol SEM 5410 LV

Nội dung Thông số

68

Điện gia tốc 0,5 – 30kV: bước tăng 0,1kV – 30kV: bước tăng 5kV

Độ phóng đại 15 đến 200000 lần (25 bước nhảy) Tín hiệu hình ảnh

Chế độ chân không cao (H-Vac)

- Hình ảnh điện tử thứ cấp (SEI)

- Hình ảnh điện tử tán xạ ngược (BEI) - Hình ảnh điện tử tán xạ ngược (BEI): ảnh thành phần, hình học ảnh bóng

Chế độ chân khơng thấp (L-Vac)

- Hình ảnh điện tử tán xạ ngược (BEI): ảnh thành phần, hình học ảnh bóng

3.2.2.6 Máy quay chụp hình

Để xác định thời gian tồn giọt nhiên liệu, thời gian bay hơi, cần thiết phải thấy diễn biến trình giọt nhiên liệu rơi xuống bề mặt vách bay nhiên liệu thơng qua hình ảnh thu máy quay chụp hình Canon 70D với thơng số kỹ thuật trình bày Bảng 3.7

Bảng 3.7 Thơng số camera Canon 70D

Nội dung Thông số

Cảm biến CMOS APS-C

Độ phân giải 20PM

ISO 100-12800

Tốc độ chụp hình 7fps

Quay phim FHD 60fps, SD 240fps

3.2.3 Quy trình chế độ thử nghiệm

3.2.3.1 Thử nghiệm bay

Thử nghiệm bay (TNBH) nhằm xác định đặc tính bay loại nhiên liệu tham gia thử nghiệm Nhiên liệu sử dụng TNBH dodecane (DDC: C12H26) tất loại nhiên liệu thử nghiệm TNCMH

Số lượng giọt nhiên liệu xét đến thử nghiệm 100 giọt cho loại nhiên liệu Khối lượng giọt đơn nhiên liệu (mD) đường kính

(Dd) tính tốn đánh giá tương quan với khối lượng riêng nhiên liệu

(ρnl) Khối lượng giọt loại nhiên liệu khác khối lượng riêng

nhiên liệu không giống Đường kính giọt nhiên liệu xác định gần thơng qua đường kính miệng kim phun

Phạm vi nhiệt độ thử nghiệm bay phụ thuộc vào loại nhiên liệu thử nghiệm khả cấp nhiệt thiết bị gia nhiệt cho bề mặt vách Khoảng nhiệt tối đa thiết bị suốt trình thử nghiệm khoảng 125oC đến 410oC Dao động

69

thiết bị gia nhiệt Sau nhiệt độ yêu cầu thiết lập, giọt nhiên liệu nhỏ từ đầu kim phun để va chạm với bề mặt vách Đối với mức nhiệt, ba lần thử nghiệm tiến hành để đảm bảo độ tin cậy liệu Để hiểu diễn biến hóa giọt nhiên liệu bề mặt vách, tương tác giọt dầu bề mặt quan sát ghi lại máy quay

Thời gian tồn giọt (τtt) nhiên liệu DDC đánh giá

khoảng thời gian từ giọt dầu bắt đầu chạm vào bề mặt vách kết thúc giọt nhỏ bay hết Tuy nhiên, xét với nhiên liệu đa thành phần thời gian ghi nhận nhiên liệu cịn lại phần khó bay bay Đối với nhiên liệu thử nghiệm, mối tương quan thời gian tồn giọt nhiên liệu nhiệt độ bề mặt vách cho thấy đặc tính bay đặc trưng loại

Hình 3.10 Đặc tính bay chung nhiên liệu thử nghiệm

Đặc tính bay (Hình 3.10) loại nhiên liệu đặc trưng ba yếu tố bao gồm thời gian tồn giọt số nhiệt độ bề mặt vách định, điểm tốc độ bay tối đa (MEP) diễn biến tương tác giọt với bề mặt vách

Các liệu thu từ TNBH nhiên liệu sở định nhiệt độ bề mặt giải thích trình xảy nghiên cứu hình thành cặn lắng nhiên liệu sau Bên cạnh sở để thiết lập thời gian va chạm giọt nhiên liệu với bề mặt vách thử nghiệm TNCMH

70

nhiệt độ bề mặt thấp nhiệt độ MEP Hình 3.11A1 (giọt dạng thấu kính)

Hình 3.11A2 (giọt nhiên liệu sơi mạnh) Do hình thành nhiên liệu sau

vượt nhiệt độ MEP, giọt nhiên liệu đơn bay với hình dạng giọt hình cầu tách từ bề mặt vách Hình 3.11A3

Hình 3.11 Đặc tính bay giọt nhiên liệu DO đơn kép

Nhiệt độ thứ cấp xem điều kiện quan trọng thử nghiệm, thể mức nhiệt độ nhiệt độ sơi nhiên liệu lỏng Nó thường sử dụng đề cập đến việc truyền nhiệt sôi lắng đọng bề mặt vách kim loại Do nhiên liệu nhiều thành phần sử dụng nghiên cứu này, nhiệt độ thứ cấp xác định theo biểu thức:

∆t= tbm - tMEP (3.1)

Trong tbm nhiệt độ bề mặt vách, tMEP nhiệt độ điểm có tốc độ bay tối

đa

Thông qua nhiệt độ hiệu ứng nhiệt trình bay lắng đọng nhiên liệu bề mặt vách nghiên cứu mô tả rõ ràng

3.2.3.2 Thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy (TNCMH)

71

bề mặt vách ảnh hưởng đến kết liệu thu lần thử nghiệm nên bề mặt vách cần làm mát vệ sinh trước tiến hành thử nghiệm Tổng số giọt nhiên liệu thử nghiệm TNCMH 19000 giọt cho loại nhiên liệu

Lượng cặn 1000 giọt sau cân bảo quản tủ hút chân không chống ẩm để đảm bảo độ tin cậy mẫu, sau trình thử nghiệm kết thúc mẫu gửi phân tích thành phần

Dữ liệu cho nhiệt độ bề mặt tối đa tối thiểu cặn (tc [oC]) khoảng thời

gian va chạm thu thập cách sử dụng nhiệt kế hồng ngoại (Beta 1760/IR1600) với phát xạ 0,90 để kiểm soát tác động việc thay đổi nhiệt trình lắng đọng Trong nhiệt độ bề mặt vách kim loại liên quan đến nhiệt độ thị (tct [°C]) thu cặp nhiệt ngẫu nhiệt độ bề mặt (tbm [°C]) đo qua nhiệt

kế hồng ngoại Mối tương quan tct tbm sở xác định nhiệt độ bề mặt vách

(Hình 3.12)

Hình 3.12 Sự tương quan nhiệt độ tct tbm

72

Hình 3.13 Quá trình đo nhiệt độ bề mặt cặn Điều kiện thử nghiệm TNCMH trình bày Bảng 3.8

Bảng 3.8 Điều kiện thử nghiệm TNCMH

Thí nghiệm Loại

nhiên liệu

Thời gian va chạm giọt

với vách

Nhiệt độ bề mặt vách

𝝉𝒗𝒄 (s) tbm (oC)

Ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt vách

buồng cháy DO

270; 306; 327; 352; 367

Ảnh hưởng thành phần nhiên liệu

DO 306; 352

B100

5 352

B50 B20 B5 Đánh giá tính khả

thi mơ hình

TNCMH; Ảnh

hưởng lượng dầu bôi trơn

DO

8 270

DO + 1%L DO + 2%L

3.3 Mô hình thực nghiệm đối chứng TNCBC

73

hướng hình thành cặn lắng dựa hàm hồi quy (bộ hệ số hàm hồi quy) thu từ hai mơ hình sở khoa học tin cậy để khẳng định tính khả thi đắn mơ hình nghiên cứu

3.3.1 Mơ hình trang thiết bị

Đối tượng thử nghiệm lựa chọn động diesel Robin DY41DS với thơng số cho Bảng 3.9 Mơ hình sơ đồ bố trí động băng thử thể Hình 3.14 Hình 3.15 Để đo khối lượng cặn buồng cháy mà không cần tháo dỡ nắp xilanh, chốt nhôm đặt nắp xilanh Bốn cặp nhiệt ngẫu gắn vào chốt để đo nhiệt độ chốt thiết bị gia nhiệt đưa vào bên chốt để kiểm sốt nhiệt độ chốt Vị trí chốt đặt buồng cháy vị trí cho bề mặt chốt mặt nắp xilanh đồng phẳng (Hình 3.15) Một cặp nhiệt ngẫu khác đưa vào nắp xilanh để đo nhiệt độ nắp xilanh gần chốt Thơng số kích thước chốt thể Hình PL2 Hình PL3

Bảng 3.9 Các thơng số động DY41DS

Mô tả Thông số

Loại động Diesel, kỳ, xilanh, làm mát cưỡng khơng khí, phun nhiên liệu trực tiếp

Dung tích xilanh 412 ml

Đường kính x Hành trình piston 82 mm x 78 mm

Tỷ số nén 21:1

Công suất tối đa 6,3 kW 3600 vịng/phút

Mơ men cực đại 19,7 Nm 2400 vòng/phút

74

Nhiên liệu sử dụng thử nghiệm nhiên liệu diesel (DO) theo tiêu chuẩn TCVN 5689:2005 dầu bơi trơn (SAE30) hịa trộn với nhiên liệu DO theo tỉ lệ DO+1%L DO+2%L Tỉ lệ hòa trộn phù hợp với suất tiêu hao dầu bôi trơn suất tiêu hao nhiên liệu động thực qua sử dụng [100], đồng thời đề xuất dựa nghiên cứu [101, 102] Đặc điểm tính chất nhiên liệu diesel (DO) dầu bơi trơn (SAE30) trình bày Bảng PL1 PL2 phụ lục

Hình 3.15 Bố trí thiết bị động DY41DS 3.3.2 Quy trình thử nghiệm

Trong thử nghiệm này, thiết bị gia nhiệt gắn vào chốt thiết lập với nhiệt độ th = 240oC để trì nhiệt độ chốt tch cao nhiệt độ nắp xilanh khoảng

5-10oC Động trì chế độ tải 50%, hệ số dư lượng khơng khí thiết

lập 2,4, nhiên liệu phun sớm 15 độ GQTK so với ĐCT Tốc độ động thiết lập 1200 vòng/phút thời gian hoạt động liên tục động 20 Sau giờ, chốt rút lượng cặn bám chốt đo Khối lượng chốt đo cân điện tử vi lượng với độ phân giải 0,01mg Lượng cặn xác định khác biệt khối lượng chốt trước sau lần đo

3.4 Phương trình hồi quy hình thành phát triển cặn lắng

75

dựng mơ hình TNCMH dựa tượng vật lý chế tạo cặn lắng với điều kiện then chốt định tạo cặn bề mặt vách Bên cạnh việc xây dựng buồng cháy tích mơ hình thực nghiệm giống buồng cháy động phát huy vai trị nghiên cứu xét đến tham gia biến đổi chất (tức xét đến phản ứng hóa học diễn trình tạo cặn) Vì vậy, việc thiết lập mơ hình tốn phù hợp mơ tả hình thành phát triển cặn lắng từ liệu thực nghiệm hai mơ hình sở đáng tin cậy để đánh giá tính đắn khả thi mơ hình

3.4.1 Mơ hình tốn mơ tả hình thành phát triển cặn lắng mơ hình TNCMH

Có nhiều mối tương quan sử dụng để mô tả phát triển cặn lắng Dựa sở phân tích liệu thực nghiệm thuật tốn xác định hàm hồi quy ngơn ngữ R thu có bốn phương trình hồi quy mơ tả tương quan liệu thực nghiệm thu ảnh hưởng đến phát triển cặn gồm phương trình (3.1), (3.2), (3.3) (3.4) Tất dựa liệu thô, tổng khối lượng cặn bề mặt vách (MR), tổng khối lượng giọt nhiên liệu (MD), khối lượng tích lũy

của giọt nhiên liệu (Md) khối lượng giọt nhiên liệu đơn (mD)

𝑀𝑅 = 𝛼𝑁𝐷 (3.1)

𝑀𝑅

𝑀𝐷 = 𝛼𝑁𝐷

𝛽 (3.2)

𝑀𝑅

𝑀𝑑 = 𝛼𝑁𝐷

𝛽 (3.3)

𝑀𝑅

𝑚𝐷 = 𝛼𝑁𝐷

𝛽

(3.4)

Trong đó:

MR = tổng khối lượng cặn bề mặt vách [g];

MD = tổng khối lượng giọt nhiên liệu [g];

Md = khối lượng tích lũy giọt nhiên liệu [g];

mD = khối lượng giọt nhiên liệu đơn [g];

ND = số giọt tương tác;

76 α =hệ số đặc trưng cho tạo cặn ban đầu; β = hệ số đặc trưng cho phát triển cặn

Các mối tương quan phát triển cặn mô tả phương trình (3.1), (3.2), (3.3) (3.4) sử dụng để phối hợp liệu thu nghiên cứu này, thể Hình 3.16, 3.17, 3.18 3.19 Các mối tương quan số liệu thu thơng qua phương pháp hồi quy tuyến tính đơn giản tính tốn cách sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, trừ mối tương quan nêu Hình 3.16, để có lượng cặn không cho số giọt nhiên liệu giọt, mối tương quan Hình 3.16 thu thơng qua phương trình tuyến tính đơn giản liên quan đến điểm gốc với điểm liệu trung bình cho nhiên liệu thử nghiệm

Để so sánh tương quan đó, giá trị hệ số tương quan (r) tính tốn đưa ra Bảng 3.10 cho phương trình (3.2), (3.3) (3.4) Các giá trị tuyến tính kỳ vọng liệu ứng với phương trình hồi quy xác lập cho phép đánh giá mức độ mô hình phản ánh giá trị quan sát, tức giá trị tiên lượng gần với giá trị quan sát mức độ Các giá trị r gần với giá trị +1 -1 cho thấy phương trình hồi quy có mối tương quan tốt với liệu thực nghiệm thu

Bảng 3.10 Hệ số tương quan

Nhiên liệu thử nghiệm

Hệ số tương quan (r) Phương trình

(3.2)

Phương trình (3.3)

Phương trình (3.4)

DO 0,99 -0,99 0,99

DO+1%L 0,99 -0,95 0,99

DO+2%L 0,99 -0,27 0,99

Xét hệ số tương quan, phương trình (3.2) (3.4) cho thấy mối tương quan tốt với liệu thu thử nghiệm với loại nhiên liệu DO, DO + 1% L DO + 2% L so với phương trình (3.3)

77

Bảng 3.11 Kết kiểm định mơ hình hồi quy R với liệu TNCMH Loại kiểm định (1)

(DO)

(2) (DO)

(3) (DO)

(4) (DO)

Phần dư 0,12 0,09 -0.11 -0.05

Hệ số

α 4,6.10-6

5,4.10-6 0,11 0,066

β - 0,52 -0.54 0,50

Pr (>|t|) 0,032 1,62.10-5 0,0153 1,06.10-8

Sai số chuẩn phần dư

0,5431 0,6021 0,5062 0,3027

Kiểm định F 0,029 1,60.10-5 0,0151 1,058.10-8

R2 0,213 0,462 0,213 0,8775

Hình 3.16 Tương quan phát triển cặn dựa liệu MR

78

Hình 3.17 Tương quan phát triển cặn dựa liệu tương đối MR /MD Mặc dù theo tính tốn phương trình (3.2) có hệ số tương quan tốt thực tế kết thực nghiệm so với việc tính tốn theo phương trình có sai khác khoảng định So với liệu thực nghiệm Hình 3.17, với số giọt 12000 lượng cặn DO nhỏ so với DO+1% L Tuy nhiên, số lượng giọt lớn 12000 khác biệt lượng cặn hai loại nhiên liệu gần Hơn nữa, tổng khối lượng giọt nhiên liệu tích lũy sử dụng phương trình khơng đổi suốt lần lặp Như vậy, tương quan mơ tả tính tốn phương trình (3.2) khơng phù hợp chưa mơ tả xác chất tượng tạo cặn

Giá trị hệ số tương quan cho DO + 2% L Bảng 3.10 xa giá trị -1, cho thấy mối tương quan với liệu thực nghiệm thể Hình 3.18 Hơn nữa, gradient âm thu phương trình ứng với loại nhiên liệu thử nghiệm, nên phương trình (3.3) khơng thích hợp để mơ tả gia tăng cặn thời gian thử nghiệm tạo cặn

79

chất lớp hạt nên đặc tính tạo cặn thay đổi thay đổi trường nhiệt độ bề mặt vách

Hình 3.18 Tương quan phát triển cặn với liệu tương đối MR /Md

Hình 3.19 Tương quan phát triển cặn với liệu tương đối MR /mD

80

giá trị mD khơng đổi suốt q trình thử nghiệm phụ thuộc vào tính

chất loại nhiên liệu thử nghiệm điều kiện TNCMH khác

3.4.2 Mơ hình tốn mơ tả hình thành phát triển cặn lắng mơ hình TNCBC

Bảng 3.12 thể kết thu từ kiểm định tiêu chuẩn phần mềm R xét với liệu (Nph M’R/mph) trường hợp dùng nhiên liệu DO, DO+1%L

và DO+2%L TNCBC

Bảng 3.12 Kết kiểm định mơ hình hồi quy R với liệu TNCBC Loại kiểm

định DO DO+1%L DO+2%L

Hệ số tương

quan r 0,78 0,75 0,76

Phần dư -0,13 0,11 0.10

Hệ số

α 1,3.10-3

8,1.10-4 2,3.10-4

β 0,28 0,46 0,38

Pr (>|t|) 2,23.10-7

1,74.10-7 1,05.10-7 Sai số chuẩn

phần dư

0,4315 0,4674 0,4034

Kiểm định F 1,01.10-7 2,34.10-7 1,74.10-7

R2 0,7202 0,7051 0,7177

Kết phân tích xử lý liệu thực nghiệm thu từ thử nghiệm xác định lượng cặn buồng cháy động thực cho thấy phương trình hồi quy (3.5) phù hợp việc mơ tả chế hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động

𝑀′𝑅

𝑚𝑝ℎ = 𝛼𝑁𝑝ℎ

𝛽 (3.5)

Trong đó:

M’R tổng khối lượng cặn bám bề mặt chốt [g]

mph khối lượng nhiên liệu giọt đơn [g/lần phun]

Nph số lần phun = (1/2).(n/60)

81

Hình 3.20 Sự phát triển cặn DO hỗn hợp DO với SAE30 TNCBC Hình 3.20 mơ tả kết thực nghiệm xu hướng hình thành phát triển cặn lắng ứng với loại nhiên liệu khác Trên hình thể phương trình hồi qui tương ứng với cặp hệ số α β mô tả hình thành phát triển cặn lắng theo số lượng giọt nhiên liệu tương tác với bề mặt chốt

3.5 Tính tương đồng mơ hình TNCMH TNCBC

Trong TNCBC, chùm tia nhiên liệu phun liên tục chu kỳ va chạm với bề mặt vách buồng cháy đỉnh piston, số hạt va chạm với vách buồng cháy vận động dịng khí, tiếp xúc với bề mặt chốt Trong q trình đó, bề mặt chốt chủ yếu tiếp xúc với hỗn hợp chất công tác chất khí nhiệt độ cao từ 2000-2500K, điều dẫn đến hình thành hạt soot tiền tố soot PAH chất bôi trơn bay Các thành phần lắng đọng bề mặt nhiệt độ thấp chốt khoảng mười phần nghìn giây trình lặp lặp lại có tính chu kỳ suốt q trình thử nghiệm động Trái lại, TNCMH, kích thước giọt nhiên liệu lớn tiếp xúc với bề mặt vách với tốc độ thấp hình thành lớp màng mỏng nhiên liệu hạt bị oxi hóa chậm lớp nhiên liệu lỏng bám lại bề mặt vách Các thành phần cacbon SOF tạo q trình oxi hóa chậm bám lại tạo thành cặn

82 3.5.1 Sự phát triển cặn lắng

Phương trình hồi quy (3.4) (3.5) sử dụng để mơ tả chế hình thành phát triển cặn lắng TNCMH TNCBC theo thời gian

Phương trình (3.4) áp dụng cho TNCMH với điều kiện: Khối lượng giọt tương tác với bề mặt vách không đổi; Sự hình thành cặn liên tục bề mặt vách; Tần suất va chạm liên tục giọt với bề mặt vách khoảng thời gian va chạm không đổi

Phương trình (3.5) áp dụng cho TNCBC với điều kiện: Lượng nhiên liệu phun không đổi đợt; Sự hình thành cặn liên tục bề mặt chốt thu cặn lắng; Tần suất liên tục q trình phun nhiên liệu với tốc độ khơng đổi

Như vậy, phương trình (3.4) (3.5) áp dụng với TNCMH TNCBC có ý nghĩa vật lý dạng hàm hồi quy tương tự Trong TNCBC, tần suất phun nhiên liệu với tốc độ không đổi lượng nhiên liệu không đổi tương tự với va chạm giọt nhiên liệu với tần suất liên tục với khoảng cách khối lượng hạt không đổi giọt TNCMH Sự khác biệt TNCMH tập trung mô tả tốt lắng đọng giọt nhiên liệu đơn Trong trình lặp TNCMH TNCBC, cặn hình thành liên tục bề mặt vách

Do hai phương trình có ý nghĩa vật lý tương tự, nên kết thực nghiệm q trình phát triển cặn mơ hình vách buồng cháy động cần so sánh số tỉ lệ cặn hình thành giai đoạn ban đầu (hệ số α) tốc độ phát triển cặn (hệ số 𝛽) Kết cho thấy, hai thử nghiệm thu xu hướng thay đổi hệ số α 𝛽 tương tự loại nhiên liệu thử nghiệm Tuy nhiên, trình cháy diễn động nên nhiệt độ khí thể cơng tác cao diện tích bề mặt chốt nhỏ TNCBC nên hình thành cặn TNCBC chậm so với TNCMH

Kết thực nghiệm từ TNCMH TNCBC cho phép đánh giá tốc độ hình thành cặn hỗn hợp nhiên liệu pha trộn DO với dầu bôi trơn Trong TNCMH, giá trị 𝛽 DO+2% L DO+1% L 1,01 0,70, cao DO với 𝛽 = 0,50 Tuy nhiên, TNCBC giá trị β thấp TNCMH, cụ thể sử dụng DO+2% L 0,46, DO+1% L 0,38 DO 0,28

83

Hình 3.21 So sánh giá trị α β 3.5.2 Điều kiện thử nghiệm

Các điều kiện thử nghiệm TNCMH TNCBC có số điểm tương đồng TNCMH có điều kiện thử nghiệm tương tự TNCBC điều kiện nhiệt độ bề mặt vách, trạng thái ướt/khô, chế truyền nhiệt sôi số điều kiện khác chế tạo cặn trình thử nghiệm Các so sánh phần thực sở tham khảo thông tin thu từ tài liệu tham khảo [3, 10, 11, 12, 22, 120]

3.5.2.1 Nhiệt độ bề mặt vách trạng thái ướt/khô

Đối với TNCMH, nhiệt độ bề mặt vách thiết lập 270oC Nhiệt độ

nằm phạm vi nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy động diesel Như đề cập tài liệu, nhiệt độ bề mặt buồng cháy động diesel từ 127-327oC

[22], 300- 350oC [120] 200-450oC [3] (tùy thuộc vào loại tình trạng vận hành

động cơ) Nhiệt độ bề mặt vách thiết lập TNCMH chương mô tả nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy động diesel thực Tuy nhiên, nghiên cứu này, nhiệt độ bề mặt TNCBC thiết lập 240oC, khác 30oC so với nhiệt độ bề mặt

84

3.5.2.2 Cơ chế sôi truyền nhiệt

Hình 3.22 Cách thức tương tác hạt nhiên liệu bề mặt vách [120] Xét chế sôi truyền nhiệt, nhiệt độ 270oC thiết lập TNCMH rơi vào

khoảng nhiệt giai đoạn sơi truyền nhiệt có nhân (sự hình thành bóng khí độc lập tách khỏi bề mặt vách di chuyển phía màng giới hạn hai pha lỏng-khí) Các bóng khí chế sơi truyền nhiệt chiếm ưu chế sôi nhiên liệu buồng cháy đề cập Senda [120] chế minh họa Hình 3.22 Các đặc tính bay DO, DO+1% L DO+2% L có mối quan hệ đến chế tạo bóng khí q trình sơi chuyển đổi, giải thích tốc độ giải phóng nhiệt thu sử dụng DO, DO+1% L DO+2% L TNCBC Mặc dù đặc tính bay nhiên liệu thử nghiệm thay đổi trình vận hành động cơ, nhiệt độ bề mặt chốt trì khoảng 240oC đến 250oC tương tự trình sơi truyền

nhiệt tạo nhân q trình tạo cặn TNCBC

3.5.2.3 Cơ chế tạo cặn

85

màng mỏng chất lỏng chế quan trọng hoạt động phương tiện liên kết thành phần có khả tạo cặn khác soot Nếu khơng có nó, khơng có thành phần tạo cặn buồng cháy bám vào thành Đối với chế loại bỏ, q trình oxi hóa hydrocacbon, trình bay thành phần dễ bay hơi, phá huỷ cấu trúc cặn xốp rửa trơi thành phần cịn lại có TNCMH 3.6 Kết luận chương

Xây dựng mô hình thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy TNCMH nhằm thay mơ hình động thực phức tạp có chi phí thử nghiệm cao Mơ hình thực nghiệm khơng mơ tồn diễn biến điều kiện diễn trình hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy động mà tập trung tạo lập chế vật lý điều kiện tiên hình thành cặn lắng giọt nhiên liệu tương tác với bề mặt vách với 80 ≤ 𝑊𝑒 ≤ 150 Mặc dù không xét đến yếu tố áp suất buồng cháy, đặc tính phun nhiên liệu chế độ tải động nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm dựa phương pháp hồi qui cho thấy xu hướng hình thành phát triển cặn lắng mơ hình thực nghiệm TNCMH động thực tương quan tốt Điều chứng tỏ tính đắn mơ hình thực nghiệm xây dựng

Trong nghiên cứu này, việc sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm với ưu phương pháp hồi quy chặt chẽ cơng cụ phân tích thống kê sở để xây dựng mơ hình tốn học phù hợp nhằm mơ tả chế hình thành cặn bề mặt vách buồng cháy Thơng qua xây dựng đánh giá lượng cặn ban đầu (hệ số α) tốc độ hình thành cặn (hệ số β) Đồng thời xây dựng thành cơng mơ hình tốn q trình hình thành cặn thể qua phương trình hồi qui: 𝑀𝑅

𝑚𝐷 = 𝛼𝑁𝐷

𝛽 đối

với mơ hình TNCMH 𝑀𝑅′

𝑚𝑝ℎ = 𝛼𝑁𝑝ℎ

𝛽

mơ hình TNCBC với R2 tương ứng

0,8775 0,7202 sử dụng nhiên liệu DO

Hai phương trình có ý nghĩa vật lý tương tự quan trọng so sánh giá trị α β thu từ liệu thử nghiệm TNCMH TNCBC với mức chênh lệch độ dốc lớn tương ứng 14% 21% Các số α β thu nghiên cứu ảnh hưởng sở khoa học có ý nghĩa để đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy, thành phần nhiên liệu lượng dầu bôi trơn nhiên liệu đến chế hình thành phát triển cặn lắng

86

CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1 Phương pháp quy trình thử nghiệm tạo cặn lắng bề mặt vách buồng cháy

Sự hình thành phát triển cặn lắng vách buồng cháy động chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố nhiệt độ vách buồng cháy, trạng thái tương tác giọt nhiên liệu với vách buồng cháy thành phần, tính chất nhiên liệu dầu bơi trơn Các yếu tố định đến chế hình thành cặn lắng, cụ thể tác động đến khả bay hơi, thời gian tồn thành phần khó bay hơi, tạo lớp màng lỏng bề mặt vách, tác dụng cách nhiệt lớp cặn lắng cấu trúc, tính chất lớp cặn Do nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến chế hình thành phát triển cặn lắng vách buồng cháy thông qua mơ hình TNCMH cần thiết trước đến kết luận chế hình thành cặn lắng động dựa mơ hình toán xây dựng từ kết liệu thực nghiệm

4.1.1 Quy trình điều kiện thử nghiệm

Các nghiên cứu thực nghiệm tiến hành mơ hình TNCMH (Hình 4.1) với điều kiện thử nghiệm trình bày Bảng 4.1 Quy trình thực nghiệm trình bày mục 3.2.3

87

Bảng 4.1 Điều kiện thử nghiệm TNCMH

Nghiên cứu Loại nhiên liệu

Thời gian va chạm

của giọt với vách

Số lượng giọt nhiên liệu tương tác Nhiệt độ bề mặt vách Nhiệt độ MEP

𝝉𝒗𝒄 (s) ND (giọt) tbm (oC) (oC)

Ảnh hưởng nhiệt độ vách buồng cháy

DDC - 100 125 - 410 231

DO

5 19000 270; 306 327; 352

367 357

Ảnh hưởng thành phần nhiên liệu

DO

3 19000 306; 352 357

B100

5 19000 352

361

B50 380

B20 362

B5 357

Ảnh hưởng lượng dầu bôi trơn

DO

8 19000 270

357

DO+1%L 359

DO+2%L 397

4.1.2 Đặc tính bay nhiên liệu thử nghiệm

4.1.2.1 Đặc tính bay Dodecan nhiên liệu diesel

Các đặc tính bay dodecane (DDC: C12H26) (kết phân tích Bảng

PL3) nhiên liệu diesel (DO: QCVN 1:2015/BKHCN) (kết phân tích PL1) thể Hình 4.2 4.3 Thời gian tồn giọt nhiên liệu, điểm tốc độ bay tối đa tình trạng bay ba thơng số thu từ kết thực nghiệm Hình 4.2 cho thấy quãng thời gian bay DDC (là thời gian tồn giọt nhiên liệu) giảm dần nhiệt độ bề mặt tăng Thời gian tồn tối thiểu giọt DDC quan sát thuộc vùng nhiệt độ cao nhiệt độ sôi nhiên liệu (BP = 214,5°C), nhiệt độ gọi điểm tốc độ bay tối đa (MEP) Điểm cho thấy giới hạn khả bám dính giọt nhiên liệu bề mặt vách trình bay Khi nhiệt độ vượt qua điểm này, giọt nhiên liệu bắt đầu tách khỏi bề mặt vách hình thành luồng giọt nhiên liệu tương tác với bề mặt vách

Một điểm đặc trưng khác nhiệt độ Leidenfrost tbm = 287°C Khi nhiệt độ bề

88

hiện qua kí hiệu chấm trịn màu trắng (Hình 4.2 Hình 4.3) Kết thực nghiệm cho thấy khơng cịn nhiên liệu DDC sót lại sau q trình bay

Hình 4.2 Đặc tính bay dodecane

Các đặc tính bay nhiên liệu DO thể Hình 4.3 Thời gian bay trước vùng MEP tương tự với nhiên liệu DDC Tuy nhiên, hydrocacbon đa thành phần có nhiên liệu nên q trình bay có khác biệt so với loại nhiên liệu DDC Nhiệt độ MEP ứng với tbm = 357°C cao

hơn so với nhiệt độ điểm sôi cuối DDC Các điểm Leidenfrost cho DO xác định nhiên liệu đa thành phần có nhiệt độ sơi cao nên thời gian tồn giọt nhiên liệu tiến xa phía bên phải đồ thị Khu vực MEP mở rộng có thời gian tồn giọt nhiên liệu ngắn Kết thực nghiệm cho thấy, vào giai đoạn cuối trình bay hơi, lớp cặn mỏng bám bề mặt vách hình thành thành phần nhiên liệu khác

89

Hình 4.3 Đặc tính bay nhiên liệu diesel DO

4.1.2.2 Đặc tính bay nhiên liệu diesel diesel sinh học

Đặc điểm bay bề mặt vách cho tất loại nhiên liệu tham gia thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng thành phần nhiên liệu đến hình thành cặn thể Hình 4.4 Khoảng thời gian giọt nhiên liệu bay hơi, thời điểm đạt tốc độ bay tối đa (MEP) trạng thái bay loại nhiên liệu yếu tố tập trung mơ tả TNBH

90

Hình 4.4 Đặc tính bay DO, B100, B50, B20 B5

Hình 4.4.C E cho thấy thời gian tồn B50 B5 tương tự DO nhiệt độ bề mặt vách nằm trước vùng MEP Tuy nhiên, B50 nhiệt độ bề mặt vách cao thời gian tồn giọt nhiên liệu lâu gần với nhiệt độ MEP nhiên liệu lại Như vậy, B50 B5 bị ảnh hưởng thành phần DO so với nhiên liệu không pha trộn B100

91

giọt B20 nhiều thành phần DO Thời gian bay B20 B100 giảm nhanh so với DO, B50 B5 nhiệt độ bề mặt tăng lên gần với MEP Như vậy, đặc tính bay nhiên liệu B5, B20 B50 xét nhiệt độ bề mặt vách thấp nhiệt độ MEP mang đặc tính bay DO B100

Nhiệt độ MEP cho loại nhiên liệu thử nghiệm điều kiện thử nghiệm TNCMH thể Bảng 4.1 Nhiệt độ MEP cho DO 357°C, cao nhiệt độ điểm sôi cuối DO (350oC) Với B100, MEP 361°C, cao

so với nhiệt độ T90 B100 Với B50, kỳ vọng có MEP nằm giá trị MEP B100 (361°C) B20 (362°C) Tuy nhiên nhiệt độ MEP B50 cao (380°C) với thời gian bay B50 lâu Nguyên nhân số tính chất B50 thay đổi chút q trình tự oxi hóa điều kiện khí q trình lưu trữ, điều mà khơng kiểm soát nghiên cứu

4.1.2.3 Đặc tính bay nhiên liệu có pha trộn dầu bôi trơn

Để đánh giá khác biệt đặc tính bay nhiên liệu DO, DO+1% L DO+2%L làm sở để giải thích ảnh hưởng thời gian tồn bay giọt nhiên liệu đến hình thành cặn, TNBH tiến hành với nhiên liệu Hình 4.5 thể đặc tính bay DO, DO+1%L DO+2%L

Kết thực nghiệm cho thấy tất loại nhiên liệu thử nghiệm có quãng thời gian tồn nhiệt độ bề mặt vách nhỏ tbm = 280oC Tuy nhiên,

nhiệt độ bề mặt vách tăng lớn tbm = 280oC, nhiệt độ thứ cấp thấp (chênh lệch

92

Hình 4.5 Đặc tính bay DO, DO+1%L DO+2%L

DO+2%L có thời gian tồn giọt nhiên liệu lâu vùng nhiệt độ MEP, DO+1%L DO với thời gian bay hoàn toàn giây thứ 7, thứ thứ Điều diện dầu bôi trơn làm tăng mật độ độ nhớt DO+2%L DO+1%L so với DO Bên cạnh từ kết thực nghiệm này, xu hướng tạo cặn ban đầu dự đoán cho thử nghiệm tạo cặn lắng, DO+2%L kỳ vọng thu lượng cặn nhiều thử nghiệm tạo cặn mơ hình bề mặt vách, DO+1%L DO

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ vách buồng cháy đến hình thành phát triển cặn lắng

93

thời gian va chạm giọt nhiên liệu với bề mặt vách giây, tổng số lượng giọt nhiên liệu thử nghiệm mức nhiệt 19000 giọt Cứ sau 1000 giọt lượng cặn hình thành thu gom cân đo, hình ảnh cặn chụp lại; mẫu cặn phân tích cấu trúc kính hiển vi điện tử quét Đồng thời nhiệt độ bề mặt cặn bề mặt vách ghi lại liên tục nhiệt kế hồng ngoại cặp nhiệt ngẫu để đánh giá tính chất cặn Ngồi ra, từ nghiên cứu này, vùng nhiệt độ có hình thành cặn nhiều hay xác định Điều giúp làm rõ biến động phức tạp trình tạo cặn lắng động thực

4.2.1 Khối lượng cặn lắng tích lũy

Hình 4.6, số giọt thấp 1000 giọt, chưa có sở để kết luận nhiệt độ bề mặt cao lượng cặn hình thành Bên cạnh đó, số giọt nhỏ 3000 giọt, không thu liệu lượng cặn tạo mức nhiệt độ 367oC

Hình 4.6 Phát triển cặn DO nhiệt độ bề mặt vách khác

Khi tần suất tăng, nhiệt độ bề mặt cao có xu hướng tạo cặn so với bề mặt nhiệt độ thấp Ở 19000 giọt, tbm = 270°C, lượng cặn tích lũy MR = 54,8mg, cao

gấp 45 lần so với lượng cặn tích lũy tbm = 367°C với MR = 1,2mg Ở 9000 giọt, tbm =

327°C (thấp 30°C so với MEP), MR = 3,3mg Khi tbm = 352°C (thấp 5°C so với

94

MR = 1,0mg, 70% so với 327°C Ban đầu, số giọt nhiên liệu nhỏ 1000

giọt, lượng cặn tích tụ nhỏ lượng cặn điều kiện 327°C 352°C hình thành Sau đó, với số lượng giọt tương tác lớn 1000 giọt, nhiệt độ bề mặt 270°C cho lượng cặn lớn sau lượng cặn nhiệt độ bề mặt 327°C, 352°C, 367°C 306°C

Hình 4.7 Các dạng phát triển cặn

Từ Hình 4.6 4.7, cho thấy có hai dạng phát triển cặn lắng: dạng có giai đoạn phát triển dạng có giai đoạn phát triển Khi nhiệt độ bề mặt 270°C, 306°C 327°C (thấp nhiệt độ MEP), trình phát triển cặn gồm hai giai đoạn giai đoạn ban đầu (đường chấm) gia đoạn sau (đường liền) Tuy nhiên, điều kiện 352°C 367°C (rất gần nhiệt độ MEP), cặn phát triển theo giai đoạn

Dạng phát triển giai đoạn

95

kiện không chồng chất (τtt <τvc) đạt giai đoạn ban đầu dẫn đến tình trạng cặn

khơ, khiến tồn thành phần khó bay cịn lại bề mặt vách biến hồn tồn thành cặn khơ

Dạng phát triển cặn theo hai giai đoạn

Khi nhiệt độ mặt vách thấp nhiệt độ MEP (ở 270°C, 306°C 327°C) tương tác giọt nhiên liệu với bề mặt vách nằm chế độ sơi truyền nhiệt có nhân nhiệt độ làm lạnh lớn

Từ Hình 4.6 cho thấy lượng cặn tích tụ thu 270°C cao tốc độ phát triển cặn giai đoạn sau thấp so với mức nhiệt 306°C Như mức độ nhiệt độ thấp (270oC) tốc độ hình thành tiền tố cặn chậm

lượng cặn lắng hình thành lớn nhiên liệu không bay giai đoạn ban đầu Các giọt nhiên liệu liên tục va chạm với cặn hình thành, tiền tố cặn lan rộng xung quanh điểm va chạm Hình 4.9 (A B) Sự hình thành lớp cặn chậm mảng cặn sau va chạm bị phân tách nhỏ nên dễ bị oxi hóa

Hình 4.8 Cặn nhiên liệu diesel 1000 9000 giọt có dạng phát triển theo giai đoạn

Khi nhiệt độ bề mặt 306°C 327°C, đặc tính hình thành cặn tương tự giai đoạn đầu (Hình 4.9.C E) Ở giai đoạn sau nhiều nhiên liệu khó bay không vỡ vụn quan sát thấy mức 306oC (Hình 4.9.D) so với mức 327°C (Hình 4.9.F)

96

Thời gian tồn giọt nhiên liệu 327°C khoảng giây Ở giai đoạn ban đầu, nhiệt độ bề mặt cặn cao hơn, quãng thời gian ngắn so với khoảng thời gian sau Tuy nhiên, giai đoạn đầu trình lắng đọng, thời gian tồn giọt nhiên liệu dài hơn, không bị chồng chất điều kiện cặn khơ nên tốc độ hình thành tiền tố cặn chậm Sau đạt 9000 giọt, tình trạng chồng chất điều kiện bề mặt ẩm dẫn đến có nhiều nhiên liệu khó bay bị vỡ vũn Hình 4.9.F làm cho tốc độ tạo cặn lớn

Hình 4.9 Cặn nhiên liệu diesel 1000 9000 giọt có dạng phát triển theo giai đoạn

4.2.2 Cấu trúc lớp cặn

Kết phân tích mẫu cặn kính hiển vi điện tử cho thấy đặc điểm phân bố cấu trúc bên cặn lắng (Hình 4.10) Hình 4.10.A cho thấy cặn thu có cấu trúc hình dạng giống cacbon, đặc trưng màu đen tương tự soot Bên cạnh sản phẩm q trình oxi hóa soot tìm thấy cặn, giống với soot

97

cao phân tử Kết phân tích mẫu cặn cho thấy có phản xạ ánh sáng Hình 4.10.B, điều chứng tỏ cặn có chứa thành phần cặn giống vecni, bề mặt sáng bóng hình ảnh cặn polyme lỏng cao phân tử Ngồi ra, bong bóng khí thu hình ảnh phân tích cho thấy cặn lỏng có bay nhiệt độ cao

Hình 4.10 Cấu trúc cặn DO tbm = 367°C với 19000 giọt 4.2.3 Nhiệt độ lớp cặn

Nhiệt độ bề mặt cặn quãng thời gian tồn giọt nhiên liệu hai yếu tố đóng vai trị quan trọng chế hình thành cặn Từ liệu thực nghiệm thu được, biều đồ nhiệt độ cặn thời gian tồn giọt nhiên liệu suốt trình thực nghiệm lập Hình 4.11 Nhiệt độ bề mặt cặn (tc) khác với

nhiệt độ bề mặt vách (tbm) Nhiệt độ tối thiểu sau tương tác tăng đến cực đại

98

Hình 4.11 Nhiệt độ bề mặt cặn thời gian tồn giọt nhiên liệu

Tác dụng làm mát nhiên liệu lỏng chiếm ưu giai đoạn đầu trình lắng đọng, tạo cặn Nó làm giảm nhiệt độ bề mặt cặn Các q trình trùng hợp oxi hóa diễn tần suất giọt nhiên liệu tăng lên Trong trình oxi hóa, nhiệt giải phóng dẫn đến nhiệt độ bề mặt cặn tăng lên Sau cặn tích lũy, nhiệt độ bề mặt cặn giảm nhẹ độ dẫn nhiệt cặn thấp Điều quan sát rõ ràng giai đoạn sau trình phát triển cặn thiết lập nhiệt độ 270°C Nhiệt độ bề mặt cặn tối đa giảm giai đoạn sau trình tạo cặn nhiệt độ bề mặt thấp nhiệt độ MEP (270°C, 306°C 327°C) Tuy nhiên, nhiệt độ bề mặt gần với nhiệt độ MEP (352°C 367°C), nhiệt độ bề mặt cặn tối đa tăng tỏa nhiệt từ phản ứng oxi hóa

99

trước thời điểm va chạm Cứ hình thành điều kiện tương tác chồng chất trì suốt q trình thử nghiệm Tuy nhiên, nhiệt độ bề mặt đạt 327°C, quãng thời gian tồn ngắn lại gần với thời gian tương tác Do nhiệt độ bề mặt cặn tối đa vượt mức nhiệt độ bề mặt vách, thời gian tồn giọt nhiên liệu giảm trở nên ngắn so với khoảng thời gian va chạm Độ dày lớp cặn tăng lên giai đoạn sau (số giọt lớn 10000 giọt), thời gian tồn giọt nhiên liệu tăng lên tình trạng chồng chất diễn đồng thời Khi nhiệt độ bề mặt 352°C 367°C, nhiệt độ bề mặt cặn có xu hướng trì gần với nhiệt độ bề mặt vách, thời gian tồn giọt nhiên liệu ngắn khoảng va chạm tình trạng khơng chồng chất ln trì

4.2.4 Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng nhiệt độ vách buồng cháy

Kết phân tích liệu quy hoạch thực nghiệm phương pháp hồi quy tuyến tính cho thấy khối lượng cặn tương đối MR/mD tăng tuyến tính theo hàm logarit

với số giọt nhiên liệu va chạm Để mô tả trình phát triển cặn nhiên liệu bề mặt vách, mơ hình hàm hồi quy phù hợp lựa chọn tương tự công thức (3.4)

Các giá trị α1 β1 cho giai đoạn phát triển cặn nêu Bảng 4.2

Các giá trị α1 β1 vùng màu xám bảng cho thấy cặn hình thành

điều kiện khơng chồng chất tình trạng bề mặt khơ, với giá trị β1 thấp (β1 <0,60) cho

thấy phát triển cặn chậm Điều kiện không chồng chất tức thời gian tồn giọt nhiên liệu ngắn thời gian va chạm, điều kiện tạo cặn khơ nghĩa nhiên liệu khơng bay biến đổi hồn tồn thành cặn khơ

Bảng 4.2 Hệ số α β nhiệt độ bề mặt vách khác

Nhiệt độ bề mặt (oC) 𝜶𝟏𝒃đ 𝜷𝟏𝒃đ 𝜶𝟏𝒔 𝜷𝟏𝒔

tbm = 270 6,0.10-5 1,43 1,7.10-1 0,42

tbm = 306 2,0.10-12 3,32 1,8.10-3 0,62

tbm = 327 4,1.10-1 0,04 3,2.10-3 0,57

tbm = 352 2,1.10-2 0,29 2,1.10-2 0,29

tbm = 367 - - 7,5.10-4 0,56

Điều kiện không chồng chất khô

Kết quy hoạch thực nghiệm cho thấy hình thành cặn có mối tương quan chặt chẽ đến hệ số đánh giá phát triển cặn β1, β1 <0,7 tốc độ hình thành cặn chậm,

trong hình thành cặn nhanh β1 ≥0,7 Ở 270°C 306°C, giá trị α1

100

là yếu tố làm cho hệ số α1 nhỏ giai đoạn đầu Đồng thời, nhiệt độ thấp

khiến nhiều nhiên liệu bị lắng đọng lại nên tốc độ phát triển cặn β1 cao giai đoạn đầu

cao

Hình 4.12 Giá trị α β mức nhiệt độ thứ cấp khác

Hình 4.12 cho thấy mối quan hệ tương quan α1 β1 với nhiệt độ thứ cấp

Ứng với cặp giá trị α1 β1 xác định xu hướng hình thành cặn lắng

mức nhiệt bề mặt vách thơng qua khối lượng cặn tương đối tích lũy TNCMH Khi nhiệt độ bề mặt tăng lên, chênh lệch giá trị α1 β1 giai đoạn đầu (đường nét

đứt) giai đoạn sau (đường nét liền) trình phát triển cặn giảm Khi nhiệt độ bề mặt 327°C cho thấy chuyển tiếp trình phát triển cặn Phát triển cặn giai đoạn ban đầu tương tự phát triển cặn nhiệt độ MEP với β1 thấp Tuy

nhiên, giai đoạn sau, phát triển cặn thay đổi với β1 lớn Sự phát triển cặn

ở nhiệt độ bề mặt 327°C giống với phát triển cặn giai đoạn sau với nhiệt độ bề mặt 306°C, với β1 306°C lớn chút so với mức nhiệt 327°C

Ở 352°C 367°C, hai điều kiện nhiệt độ có phát triển cặn thể giá trị α1 β1 Các giá trị α1 β1 cho thấy cặn phát triển theo dạng

101

điều kiện không chồng chất bề mặt khô (được thể kí hiệu mũi tên Hình 4.12)

Với số lượng giọt nhiên liệu tương tác cao hơn, tốc độ phát triển cặn β1 chịu tác

động nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ tăng lên tốc độ phát triển cặn giảm, lượng cặn tích tụ nhỏ Ảnh hưởng β1 rõ ràng nhiệt độ bề mặt 306°C

327°C Ở 2000 giọt, lượng cặn tích lũy 306°C MR = 1,0mg, 66% so với

327°C nhiệt độ bề mặt 306°C thấp Tuy nhiên, giai đoạn sau lắng đọng, tốc độ phát triển cặn cao 306°C (β1 = 0,62) so với 327°C (β1 =

0,42), số giọt tăng lên, khác biệt lượng cặn tích lũy 306°C 327°C giảm Ở 17000 giọt, số lượng cặn tích lũy 306°C MR = 3,8mg, 14% so

với cặn tích lũy 327°C Khi số giọt lớn (ND >> 19000 giọt), 306°C lượng cặn

được dự đốn lớn 327°C

Tóm lại, thử nghiệm tập trung vào đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt vách đến hình thành xu hướng phát triển cặn lắng buồng cháy động diesel thơng qua mơ hình thực nghiệm TNCMH Trong nhiệt độ thứ cấp (tbm –tMEP)

và trạng thái ướt/khô bề mặt vách tạo cặn giọt nhiên liệu nghiên cứu đánh giá Các kết thử nghiệm là:

Nhiệt độ bề mặt vách mô hình thực nghiệm có ảnh hưởng lớn đến trạng thái tương tác giọt nhiên liệu bề mặt vách, thời gian bay trạng thái ướt/khô bề mặt vách Các tác động làm thay đổi tốc độ hình thành phát triển cặn lắng bề mặt vách

Kết thực nghiệm cho thấy khối lượng cặn hình thành lớn nhiệt độ bề mặt vách thấp Ở nhiệt độ 270oC khối lượng cặn tích lũy lớn nhất,

ở nhiệt độ 367oC lượng cặn thu nhỏ

Phân tích theo nhiệt độ bề mặt vách cho thấy có hai loại q trình phát triển cặn lắng: nhiệt bề mặt vách thấp nhiệt độ MEP trình phát triển cặn lắng theo giai đoạn, nhiệt độ cao nhiệt độ MEP q trình phát triển cặn lắng trải qua giai đoạn

102

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần nhiên liệu đến hình thành phát triển cặn lắng

Mục tiêu nghiên cứu nghiên cứu trình hình thành cặn nhiên liệu diesel, diesel sinh học nhiên liệu pha trộn giọt nhiên liệu tương tác với bề mặt vách hợp kim nhôm Kết thu từ thử nghiệm so sánh để đánh giá mức độ ảnh hưởng thành phần nhiên liệu đến tạo loại hình phát triển cặn lắng bề mặt vách

Các loại nhiên liệu thử nghiệm nhiên liệu diesel (DO, Bảng PL1) nhiên liệu diesel sinh học B100 (Bảng PL4) chứa 100% metyl este dầu cọ (PME) nhiên liệu pha trộn B100 (Bảng PL4) với DO với tỷ lệ pha trộn khác Hỗn hợp nhiên liệu diesel sinh học pha trộn nhiên liệu DO với 50%, 20% 5% B100, gọi B50, B20 B5 (Bảng PL5) Nhiệt độ bề mặt vách thiết lập 306°C 352°C với khoảng thời gian va chạm giây, giây giây; tổng số giọt nhiên liệu cho thử nghiệm 19000 giọt

4.3.1 Khối lượng cặn tích lũy

4.3.1.1 Cặn lắng B100, B50, B20 B5

Hình 4.13 mơ tả hình thành phát triển cặn lắng nhiên liệu B100, B50, B20 B5 thời gian tương tác τvc = 5s Khối lượng cặn tích lũy B100

lớn số loại nhiên liệu thử nghiệm với số lượng cặn thu sau 9000 giọt MR = 73,3mg, cao gấp lần so với lượng cặn thu từ nhiên liệu với tỷ lệ pha

trộn thấp (B5) MR = 24,3mg Ở tbm = 352°C, đặc tính bay B100 khiến

thời gian bay giai đoạn đầu (τtt = 6s) dài thời gian tương tác

thiết lập Điều có nghĩa trạng thái ướt bề mặt vách trì gây tích tụ chất tiền tố cặn có khối lượng phân tử cao bề mặt vách giai đoạn đầu trình lắng đọng tạo cặn

Kết Hình 4.13 cho thấy cặn B50 tích lũy so với nhiên liệu thử nghiệm khác trì trạng thái ướt bề mặt vách giai đoạn đầu Ở 9000 giọt, lượng cặn tích lũy cho B50 MR = 18,9mg, giá trị

ít 74% so với B100 Tuy nhiên xét thời gian dài, B50 tích lũy nhiều cặn B20 B5 Điều chứng minh giảm khối lượng cặn khác B50 B20, B50 B5 Ở 9000 giọt, khác biệt cặn lên đến khoảng 64% 22% ta so sánh B50 (MR = 18,9mg) với B20 (MR = 53,1mg) B5 (MR =

24,3mg) Tuy nhiên, số giọt tăng đến 14000 giọt, khác biệt trở nên nhỏ cặn thu B50 (MR = 29,2mg) 53% với so với B20 (MR = 61,7mg)

103

của B5 thấp so với B50 nên giá trị MR/mD cho B5 lớn so với giá trị cho B50

nếu có MR Lượng cặn tích lũy cho B50 vượt lượng cặn tích lũy B20

và B5 số giọt tăng lên lớn (ND >> 20000 giọt) tốc độ phát triển cặn B50

lớn B20

Hình 4.13 Phát triển cặn τvc = 5s

Ở giai đoạn ban đầu, cặn B20 phát triển tương tự B100, số lượng cặn B20 tích tụ lớn B100 Tuy nhiên, sau 4000 giọt, tốc độ phát triển cặn cho B20 thấp B100 Ở 9000 giọt, lượng cặn tích lũy cho B20 MR = 53,1mg, so

với lượng cặn thu B100 (MR = 73,3mg) khoảng 28% Khi xét đến thời gian

bay B20, điều kiện khô rõ ràng hình thành khu vực mà chất tiền tố cặn có khối lượng phân tử lớn tích tụ bề mặt giai đoạn ban đầu Tuy nhiên, tình trạng khơng trì giai đoạn sau hình thành cặn Ở giai đoạn sau B20, điều kiện chồng chất ẩm gây giọt nhiên liệu vỡ vụn trình va chạm Tốc độ phát triển cặn chậm giai đoạn q trình oxi hóa cặn vụn Đối với B5, điều kiện khô liên tục trì dẫn đến lượng cặn tích tụ B20 B5 thu lượng cặn tích tụ 54% so với B20 14000 giọt

Hình 4.14 mơ tả hình thành phát triển cặn thời gian va chạm τvc = 8s

104

Lượng cặn nhỏ 5mg tìm thấy thử nghiệm với tình trạng bề mặt khơ kỳ vọng chiếm ưu trình tạo cặn lắng Đối với B20 lượng cặn tích lũy thu tương đối lớn, 9000 giọt, lượng cặn tích lũy B20 MR = 54,6mg, lớn

hơn lượng cặn trung bình B100, B50 B5 (MR = 2,6mg) khoảng 20 lần Với thiết

lập thời gian bay ngắn so với thời gian va chạm kết B20 bất ngờ Từ kết B20, thấy hình thành cặn giai đoạn ban đầu nguyên nhân dẫn đến kết

105

4.3.2.2 Cặn lắng nhiên liệu DO

Hình 4.15 Sự phát triển cặn DO nhiệt độ khoảng thời gian va chạm khác Các kết cặn DO TNCMH nhiệt độ gần vùng MEP thể Hình 4.15 Ở 9000 giọt, lượng cặn tích lũy thời gian va chạm τvc = 3s

MR = 2,0mg tbm = 352°C lớn 0,5mg so với τvc = 5s (MR = 1,5mg), có nghĩa

là lượng cặn tăng 33% khoảng thởi gian va chạm rút ngắn giây Tuy nhiên, khơng có khác biệt rõ ràng cặn phát triển với τvc = 3s 5s tbm =

352°C Trong thử nghiệm, nhiệt độ bề mặt vách dao động 347°C 352°C, biến động không tác động đáng kể tới phát triển cặn quãng thời gian bay gần không đổi suốt thử nghiệm

Tiếp theo, nhiệt độ bề mặt giảm xuống 306°C, thời gian va chạm ban đầu 5s, nên trì trạng thái ướt bề mặt vách Điều có nghĩa nhiên liệu lỏng va chạm trước tồn va chạm xảy Ở 9000 giọt, τvc = 5s, lượng cặn

tích lũy 306°C MR = 2,5mg, lớn lượng cặn thu 352°C 1mg tổng

khối lượng cặn tích lũy thu nhiệt độ bề mặt 306°C τvc = 3s nhiều khoảng

66% cặn tích lũy τvc = 5s tbm = 352°C Điều có nghĩa lượng cặn tăng

gấp nhiệt độ bề mặt giảm đến 306°C thời gian va chạm rút ngắn giây Sự phát triển cặn DO tbm = 306°C với τvc = 5s nhanh so với cặn tbm = 352°C

106 4.3.2 Tính chất lớp cặn

Từ kết thực nghiệm cho thấy phát triển cặn loại nhiên liệu thử nghiệm chịu tác động trạng thái ướt/khô ban đầu bề mặt vách thành phần nhiên liệu, thành phần nhiên liệu đóng vai trị then chốt Q trình oxi hóa thành phần nhiên liệu B100, B50, B20 B5 yếu tố thiết yếu việc tạo cặn Nhiên liệu diesel sinh học có chứa số tạp chất glyxerin, mono- di-glyxerat tri-glyxerat chất trở thành tiền tố tạo cặn Glyxerat bị oxi hóa ln tồn nhiên liệu sinh học sản sinh hợp chất khác trình oxi hóa bao gồm thành phần khó bay hợp chất cao phân tử Những hợp chất tiền tố cặn B100, B50, B20 B5 thể Hình 4.16 4.17 Tuy nhiên, không chắn cặn tích lũy nhiều tăng thành phần nhiên liệu diesel sinh học nhiên liệu pha trộn Đối với B50 τvc = 5s B20 τvc = 8s, không trường hợp cho thấy tác động rõ ràng việc nhiên

liệu diesel sinh học trạng thái ướt/khô ban đầu bề mặt vách tạo cặn nhiều

107

Hình 4.16 Cặn B100, B50, B20 B5 3000 8000 giọt với τvc = 5s, tbm=325oC Đặc tính cặn thể Hình 4.16 3000 giọt 8000 giọt cho nhiên liệu khác τvc = 5s Nhìn chung, qua phân tích mẫu cặn, số lượng

108

Rõ ràng, dấu vết mảnh vụn quan sát thấy B100, B50, B20 B5 Nó có chồng chất q trình bay trình va chạm thời gian bay mở rộng trạng thái ướt bề mặt vách trì

Hình 4.17 Cặn B100, B50, B20 B5 3000 8000 giọt với τvc = 8s, tbm=352oC Khi thời gian va chạm kéo dài từ τvc = 5s đến τvc = 8s, đặc tính cặn thay

109

ở giai đoạn đầu tạo cặn Cặn B5 khó tách B100 B50 cặn B5 có lớp cặn đặc với tính dẫn nhiệt cao

Hình ảnh lớp cặn DO Hình 4.18 có cấu trúc rắn khó tách Hơn nữa, cặn dư lượng cacbon tạp chất nhỏ khơng có thành phần glyxerin Nói cách khác đặc tính cặn B5 giải thích tương tự đặc tính ban đầu cặn DO thể Hình 4.18

Hình 4.18 Cặn DO 3000 8000 giọt τvc = 5s, tbm=306oC 4.3.3 Cơ chế hình thành cặn lắng

Nhiệt độ bề mặt cặn (tc) nhiệt độ bề mặt vách (tbm) có độ chênh lệch định

110

hình thành cặn Sự chiếm ưu chúng biểu thị theo vùng A, B C Hình 4.19 Trong suốt trình thử nghiệm thời gian bay ước tính biểu diễn hình Các kết thử nghiệm mơ tả hình cho thấy phát triển cặn nhanh B100 phát triển chậm với DO

Trong phát triển nhanh cặn, nhiệt độ bề mặt cặn có xu hướng thấp nhiệt độ bề mặt vách giai đoạn ban đầu tạo cặn thời gian bay ban đầu đảm bảo khơng xảy chồng chất, điều thể kết thu Hình 4.19

Hình 4.19 Nhiệt độ bề mặt cặn B100 DO, thời gian tồn giọt nhiên liệu Đối với B100, hiệu ứng làm mát nhiên liệu lỏng chiếm ưu đầu trình lắng đọng giảm nhiệt độ bề mặt (B100-A) Sau đó, trình oxi hóa bề mặt diễn số giọt tăng (B100-B), nhiệt tỏa làm nhiệt độ bề mặt cặn tăng Khi nhiều cặn tích lũy (B100-C), nhiệt độ bề mặt cặn giảm độ dẫn nhiệt cặn thấp Bên cạnh đó, độ dẫn nhiệt thấp có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng oxi hóa Khi thời gian bay dài tình trạng chồng chất quan sát thấy miền tạo cặn

111

Trong điều kiện khơ trì, khơng có nhiên liệu dạng lỏng tích tụ bề mặt vào thời điểm nhiệt độ bề mặt cặn tối đa đo Do đó, khơng có tác động q trình oxi hóa với nhiên liệu lỏng, q trình oxi hóa cặn có cacbon diễn điều kiện khô

112

Hình 4.20 Nhiệt độ bề mặt cặn B100, B50, B20 B5 với τvc = 5s τvc = 8s Nhiệt độ bề mặt cặn thấp nhiệt độ bề mặt vách truyền nhiệt giảm đáng kể lượng cặn lớn tác dụng lớn nhiệt tỏa oxi hóa chậm Đối với B20 (Hình 4.20.E F), điều kiện không chồng chất giai đoạn đầu tạo cặn, cặn phát triển nhanh chóng Nguyên nhân tốc độ hình thành tiền tố cặn điều kiện lớn so với tốc độ bay Nhiệt độ thấp nhiều so với nhiệt độ bề mặt vách tạo nhiều cặn tích lũy Nó dẫn đến kéo dài thời gian tồn bay điều kiện chồng chất giọt nhiên liệu giai đoạn sau trình tạo cặn

Khi τvc = 8s, trình phát triển cặn chậm, nhiệt độ bề mặt cặn cao nhiệt độ

113

bay ngắn không trì điều kiện chồng chất Hình 4.20.B, D H, cặn hình thành

Đối với B50 Hình 4.20.C D, thời gian bay giảm gần với khoảng thời gian va chạm gây tượng biến động tình trạng chồng chất Tuy nhiên, trạng thái khơng chồng chất chiếm ưu nên cặn hình thành 4.3.4 Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng thành phần nhiên liệu

Các phương trình hồi quy với số 𝛼2, β2 kết thực nghiệm mơ tả

các Hình 4.13, 4.14 4.15 xét điều kiện thử nghiệm với loại nhiên liệu thử nghiệm khác Giá trị lớn hệ số 𝛼2 chứng tỏ khối lượng cặn nhiều tạo giai đoạn đầu thử nghiệm Giá trị 𝛼2 bị ảnh hưởng nhiều tương tác giọt với bề mặt vách nhiệt độ tối đa bề mặt vách Nhiên liệu có khả hình thành cặn nhiều thời gian tương tác giọt nhiên liệu với bề mặt vách ngắn cho giá trị 𝛼2 cao Hệ số β2 đặc trưng cho tốc độ phát triển cặn

lắng Nếu 𝛽2 ≥ 0,70 cặn phát triển nhanh, β2 <0,70 tốc độ phát triển cặn

chậm

Bảng 4.3 thể giá trị 𝛼2 β2 thu qua phân tích tính tốn hồi

quy liệu thực nghiệm loại nhiên liệu thử nghiệm Khơng có giá trị 1000 giọt giới hạn độ nhạy thiết bị đo vi lượng

Bảng 4.3 Giá trị 𝛼2và β2

Nhiên liệu Điều kiện thí nghiệm ND 𝛂𝟐 β2

B100 τvc = 5s, tbm = 352

oC 1000-9000 7,1.10-4 1,07

τvc = 8s, tbm = 352oC 1000-15000 2,0.10-3 0,60

B50 τvc = 5s, tbm = 352

oC 1000-15000 7,5.10-3 0,68

τvc = 8s, tbm = 352oC 1000-11000 1,3.10-2 0,36

B20

τvc = 5s, tbm = 352oC 1000-4000 7,2.10-4 1,12

4000-14000 3,8.10-1 0,36

τvc = 8s, tbm = 352oC 1000-10000 1,5.10-2 0,70

B5 τvc = 5s, tbm = 352

oC 1000-15000 8,7.10-2 0,43

114

Nhiên liệu Điều kiện thí nghiệm ND 𝛂𝟐 β2

DO

τvc = 5s, tbm = 352oC 1000-9000 2,1.10-2 0,29

τvc = 3s, tbm = 352oC 1000-9000 5,2.10-2 0,17

τvc = 5s, tbm = 306oC 2000-17000 1,8.10-3 0,62

Ở giai đoạn ban đầu hình thành cặn, với tỷ lệ pha trộn cao tạo nhiều cặn Tuy nhiên, giai đoạn sau, tỷ lệ pha trộn yếu tố định tốc độ phát triển cặn tổng khối lượng cặn tích lũy Từ kết thu trên, xét thời gian dài hay số giọt lớn, β2 có vai trị quan trọng

và ảnh hưởng nhiều đến trình hình thành phát triển cặn lắng nhiên liệu so với 𝛼2 Trong động thực, cặn lắng bong khỏi bề mặt vách buồng cháy lượng cặn lần phát triển Điều quan trọng phải có giá trị 𝛼2

β2 thấp giai đoạn đầu tạo cặn Tuy nhiên, cặn khó bong

trình hoạt động, hệ số β2 đủ thấp ngăn chặn lượng cặn lớn hình thành

Tóm lại, phân tích đánh giá hình thành phát triển cặn lắng nhiên liệu thử nghiệm TNCMH rút số kết luận sau:

Ở giai đoạn ban đầu q trình tạo cặn, nhiên liệu có tỉ lệ pha trộn diesel sinh học cao không tạo nhiều cặn Lượng cặn tích lũy giai đoạn chịu nhiều ảnh hưởng cách thức tương tác giọt nhiên liệu với bề mặt vách trạng thái ướt/khô nhiệt độ bề mặt vách Đối với giai đoạn sau trình tạo cặn, tỷ lệ pha trộn yếu tố định tốc độ phát triển cặn tổng khối lượng cặn tích lũy

Trạng thái ướt/khơ bề mặt vách khơng phải lý cho phát triển nhanh cặn có góp phần làm tăng lượng cặn tích lũy Duy trì điều kiện khơ làm giảm hình thành cặn bề mặt vách TNCMH cho thấy hỗn hợp nhiên liệu diesel sinh học tạo cặn vách buồng cháy động với trạng thái ướt bề mặt tốc độ phát triển cặn phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn

Khi số giọt lớn, tỷ lệ pha trộn nhiên liệu diesel sinh học lớn tạo cặn với tốc độ cao hơn, điều phù hợp với kết nghiên cứu [40][70][103] Trong động thực, hiệu suất động cơ, tỷ lệ pha trộn nhiên liệu diesel sinh học nhiều gây vấn đề làm hư hại động tăng phát thải môi trường

115

trong TNCMH động thực Do cặn tích lũy hơn, vấn đề nêu giảm thiểu

4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng lượng dầu bôi trơn buồng cháy đến hình thành phát triển cặn lắng

Các nghiên cứu giới gần cặn lắng buồng cháy đưa kết luận dầu bôi trơn động đặc biệt dầu bơi trơn xilanh có tác động lớn đến hình thành phát triển cặn lắng buồng cháy [16, 23, 75] Tuy nhiên nghiên cứu giới tập trung vào nghiên cứu động thực, để nghiên cứu tác động dầu bơi trơn đến hình thành phát triển cặn lắng đòi hỏi thời gian thử nghiệm trực tiếp động lớn (từ 500 đến 1000 hoạt động liên tục) Do để đơn giản giảm chi phí, thời gian thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng dầu bôi trơn đến lượng cặn tích lũy xu hướng phát triển cặn lắng buồng cháy, sử dụng mơ hình thực nghiệm TNCMH nghiên cứu vấn đề hướng nghiên cứu Đồng thời để đảm bảo tính khả thi mơ hình nghiên cứu thực nghiệm, dầu bôi trơn pha trộn với nhiên liệu diesel theo tỉ lệ khác DO+1%L DO+2%L Độ nhớt động học hỗn hợp pha trộn xác định theo công thức [8][103]:

νTrộn = 79,62e-0,0346 X (4.1)

trong đó, νTrộn độ nhớt động học hỗn hợp DO, SAE 30 (Bảng PL3) chất bôi trơn [mm2/s], X phần trăm DO (Bảng PL1) hỗn hợp [%]

4.4.1 Khối lượng cặn tích lũy

Hình 4.21 mơ tả kết thực nghiệm mơ hình TNCMH cho DO, DO+1% L DO+2% L nhiệt độ bề mặt vách tbm= 270oC với khoảng thời gian va

chạm giây

Kết cho thấy lượng cặn tương đối MR/mD cho tất loại nhiên liệu thử

nghiệm tăng tuyến tính với số lượng giọt nhiên liệu tương tác, đồng thời phụ thuộc vào tỉ lệ tăng lượng dầu bơi trơn hịa trộn với nhiên liệu DO

Ở giai đoạn ban đầu (ND < 4000 giọt), khối lượng cặn tích lũy DO+1% L

tương tự DO Ở 1000 giọt, khác biệt lượng cặn tích lũy cho DO+1% L (MR = 11,1mg) DO (MR = 10,9mg) 0,2 mg, lớn xấp xỉ 2% lượng cặn

116

tồn Tuy nhiên giai đoạn sau q trình tạo cặn lắng, số giọt tăng lên (ND >

4000 giọt) khối lượng cặn tích lũy có xu hướng tăng rõ ràng

Hình 4.21 Lượng cặn DO, DO+1%L, DO+2%L TNCMH

Ở 12000 giọt, lượng cặn tích lũy DO+1% L MR = 60,8mg, nhiều 40%

so với DO (MR = 42,7mg) Tiếp theo đó, giai đoạn sau 12000 giọt, lượng cặn thu

sau 1000 giọt nhiên liệu DO+2%L MR = 274,0mg nhiều lần so với

lượng cặn DO+1%L (MR = 60,8mg) Như số giọt nhiên liệu lớn (ND >>

10000 giọt), lượng cặn tích lũy DO+1% tăng mạnh nhanh DO rõ ràng 4.4.2 Nhiệt độ lớp cặn

Hình 4.23 thể phân bổ nhiệt độ bề mặt cặn nhiên liệu DO, DO+1%L DO+2%L thử nghiệm TNCMH Giá trị nhiệt độ bề mặt cặn nhỏ vào thời điểm giọt nhiên liệu vừa xuất nhiệt độ tăng dần giọt nhiên liệu Xu hướng tiếp tục đến khoảng 275oC đạt giá trị cực đại, sau nhiệt

117

điểm chiều dày lớp cặn đủ lớn hạn chế dẫn nhiệt kết xu hướng nhiệt độ giảm

Kết thực nghiệm tác động mạnh dầu bôi trơn đến nhiệt độ bề mặt cặn lắng, nhiên liệu có pha trộn với dầu bôi trơn, số giọt nhiên liệu tăng lên nhiệt độ cặn lớn nhỏ có xu hướng giảm mạnh theo độ tăng tỉ lệ hịa trộn Với DO+1%L có nhiệt độ cặn lớn giảm xuống khoảng 260oC

nhiệt độ nhỏ cặn chạm mức giới hạn thiết bị đo nhiệt hồng ngoại 250oC

khi số giọt đạt đến 19000 giọt Trong đó, DO+2%L cho thấy dải nhiệt độ bề mặt cặn lớn có biên độ dao động thu hẹp giá trị nhiệt độ bề mặt cặn lớn nhỏ giảm mạnh, 12000 giọt chúng giảm xuống mức tới hạn thiết bị đo, điều chứng tỏ cặn với thành phần dầu bôi trơn làm giảm khả truyền nhiệt lớp cặn Độ nhớt chứa chất khó bay làm cho nhiệt độ nhỏ lớp cặn giảm xuống, mặt khác lớp cặn tích lũy nhiều có dầu bơi trơn làm bề dày lớp cặn tăng nhanh dẫn đến giảm hệ số truyền nhiệt cặn kết nhiệt độ lớn cặn giảm xuống so với bề mặt vách cách đáng kể

118

4.4.3 Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng lượng dầu bôi trơn buồng cháy

Mối quan hệ, tương quan số lượng giọt nhiên liệu khối lượng cặn tương đối mơ tả hàm hồi quy Hình 4.21 với hệ số thực nghiệm 𝛼3

𝛽3 tương ứng Giá trị 𝛼3 phương trình phụ thuộc vào điều kiện ban đầu, cịn giá trị 𝛽3 gradient MR/mD theo ND tính tốn theo kết thực nghiệm

Hàm hồi quy cho thấy xu hướng chung hình thành phát triển cặn lắng nhiên liệu DO, DO+1%L DO+2%L

Kết hồi quy liệu thực nghiệm cho thấy giá trị β DO+2%L lớn với 𝛽3 = 1,02, 0,71 0,51 với so với DO+1%L DO tương ứng Do đó, pha trộn nhiên liệu DO với dầu bơi trơn tốc độ phát triển cặn lắng nhanh hơn, tốc độ tăng với tỉ lệ hịa trộn

Hình 4.23 So sánh giá trị α3 β3

Giá trị α3 có xu hướng trái ngược hồn tồn với β3 (Hình 4.22), lượng cặn hình

thành ban đầu DO lớn ứng với giá trị α lớn nhất, DO+1%L DO+2%L Như xét giai đoạn đầu lượng cặn tăng tỉ lệ pha trộn dầu bôi trơn Tuy nhiên, số lượng giọt nhiên liệu tăng lên việc β3 tăng tỉ

lệ pha trộn dầu bôi trơn tăng yếu tố định tốc độ phát triển cặn tổng khối lượng cặn tích lũy sau thử nghiệm

119

một yếu tố việc hình thành gia tăng tích tụ cặn lắng buồng cháy động

Tóm lại, phân tích đánh giá kết thực nghiệm tiến hành thử nghiệm nhiên liệu DO pha trộn với dầu bôi trơn mơ hình TNCMH ta rút số kết luận sau:

Xu hướng hình thành phát triển cặn lắng mơ hình TNCMH mơ tả tương đối tốt qua mơ hình hồi quy với hàm hồi quy:

𝑀𝑅

𝑚𝐷 = 𝛼3𝑁𝐷

𝛽3

Các liệu thực nghiệm cho thấy tỉ lệ pha trộn dầu bơi trơn tăng lên từ 0%L đến 2%L tốc độ phát triển cặn lắng tổng khối lượng cặn tích lũy tăng đáng kể, kết thực nghiệm có tương đồng kết nghiên cứu [8][103]

Nhiệt độ cặn thành phần cặn cho thấy chất dầu bôi trơn có tác động đáng kể đến hình thành cặn lắng tính chất (tính dẫn nhiệt hơn), cấu trúc (cấu trúc đặc hơn) cặn lắng

4.5 Kết luận chương

Các đặc tính bay sở để có liệu trạng thái ướt/khô ban đầu, tương tác vật lý giọt nhiên liệu với bề mặt vách thời gian tồn ước tính giọt nhiên liệu suốt q trình tạo cặn Đồng thời, giải thích nguyên nhân phát triển cặn, đặc tính cặn, quãng biến động thời gian tồn giọt nhiên liệu tượng xung đột q trình hình thành cặn Do đó, đặc tính bay loại nhiên liệu thu nghiên cứu có ý nghĩa định việc giải thích kết thu từ TNCMH

120

lũy nhiệt độ thứ cấp -30oC Do đó, nhiệt độ bề mặt vách yếu tố quan trọng đối

với hình thành phát triển cặn lắng bề mặt vách buồng cháy, việc kiểm soát nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy biện pháp hữu hiệu để giảm hình thành cặn động

Thời gian va chạm nhiệt độ bề mặt vách xác định điều kiện ban đầu tình trạng ướt/khơ bề mặt, chồng chất hay không chồng chất Khi điều kiện không chồng chất cặn khơ làm lượng cặn tích lũy trình tạo cặn giảm xuống, điều kiện chồng chất cặn ẩm làm gia tăng lượng cặn tích tụ Với thời gian va chạm ngắn (τvc= giây), nhiệt độ bề mặt gần với nhiệt độ MEP (tbm = 352°C

tức thấp 5°C so với nhiệt độ MEP) thường có cặn khơ khơng có tình trạng chồng chất; nhiệt độ bề mặt thấp nhiệt độ MEP (tbm = 270°C tức thấp 87°C so với

nhiệt độ MEP) trạng thái chồng chất điều kiện cặn ẩm chiếm ưu Tuy nhiên, tác động điều kiện cặn khô hay ẩm, chồng chất hay không chồng chất thể rõ giai đoạn sau trình phát triển cặn Ở giai đoạn sau, lượng cặn tích lũy nhiệt độ gần MEP giảm đến 97% so với lượng cặn tích lũy nhiệt độ bề mặt thấp MEP Như để giảm lượng cặn hình thành bề mặt vách cần trì điều kiện không chồng chất cặn khô

Nghiên cứu đánh giá tác động thành phần nhiên liệu đến xu hướng hình thành phát triển cặn, thành phần cặn biến động nhiệt độ bề mặt cặn tiến hành TNCMH Kết thực nghiệm cho thấy metyl este dầu cọ (B100) hỗn hợp pha trộn (B50, B20, B5) hình thành cặn lắng điều kiện bề mặt ẩm tốc độ phát triển cặn lắng phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn Ở giai đoạn sau trình phát triển cặn lắng, tỷ lệ pha trộn yếu tố định tốc độ phát triển tổng lượng cặn tích lũy

Dầu bơi trơn với thành phần phụ gia có tính chống oxi hóa, chất tẩy rửa gốc dầu chứa nhiều hidrocacbon thơm cho thấy có tác động đáng kể đến gia tăng khả tạo cặn, tốc độ tạo cặn lẫn vào nhiên liệu động

121

122 KẾT LUẬN

Thử nghiệm bay (TNBH) giọt nhiên liệu đơn liên tiếp tiến hành trước thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy (TNCMH), xác định thời gian tồn giọt nhiên liệu q trình hóa hỗ trợ cho nghiên cứu chế hình thành cặn nhiên liệu buồng cháy động Trong TNCMH, giọt đơn va chạm với bề mặt vách, bay hơi, số thành phần nhiên liệu bị oxi hóa biến đổi thành cặn cacbon Thử nghiệm nhằm có liệu để đánh giá xây dựng lên mơ hình tốn mơ tả xu hướng hình thành phát triển cặn bề mặt vách Kết nghiên cứu rút kết luận chủ yếu sau:

1 Các thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy (TNCMH) có đủ khả thu kết tương tự thử nghiệm xác định lượng cặn buồng cháy động (TNCBC) Các điều kiện thử nghiệm TNCMH tương tự số điều kiện động diesel trường nhiệt độ, độ ẩm, truyền nhiệt… Vì vậy, TNCMH coi mơ hình tương đối đồng dạng nghiên cứu phát triển cặn động thực Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xây dựng mơ hình tốn q trình hình thành cặn thể qua phương trình hồi qui dạng:

𝑀𝑅

𝑚𝐷 = 𝛼𝑁𝐷

𝛽

Các số α β thu nghiên cứu ảnh hưởng sở khoa học có ý nghĩa để đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố đến chế hình thành phát triển cặn lắng đốt cháy nhiên liệu diesel diesel sinh học

3 Sự kết hợp đặc tính hình thành cặn lắng đặc tính bay nhiên liệu nhằm làm sáng tỏ kết thực nghiệm nghiên cứu Các đặc tính bay sở để giải thích nguyên nhân phát triển cặn, đặc tính cặn, quãng biến động thời gian tồn giọt nhiên liệu tượng xung đột trình hình thành cặn

4 Nhiệt độ bề mặt vách yếu tố quan trọng hình thành phát triển cặn lắng bề mặt vách buồng cháy, việc kiểm soát nhiệt độ bề mặt vách buồng cháy biện pháp hữu hiệu để giảm hình thành cặn động

5 Thời gian va chạm nhiệt độ bề mặt vách xác định điều kiện ban đầu trạng thái ướt/khô bề mặt vách, chồng chất hay không chồng chất Do đó, để giảm lượng cặn hình thành bề mặt vách cần trì điều kiện khơng chồng chất cặn khô

123

một yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phát triển cặn tổng lượng cặn tích lũy

7 Dầu bơi trơn có mặt nhiên liệu làm tăng độ nhớt, giảm khả bay hơi, kéo dài thời gian tồn giọt nhiên liệu làm gia tăng lượng cặn lắng hình thành bề mặt vách Do đó, tỉ lệ pha trộn dầu bơi trơn cao xu hướng cặn hình thành, tốc độ phát triển cặn tăng lên

124 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Như đề cập kết luận thứ nhất, điều kiện cho phép việc thiết lập mơ hình thực nghiệm có kể đến yếu tố nhiệt độ, áp suất khí thể, yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy….thì kết thực nghiệm thu có tính thuyết phục với q trình nghiên cứu hình thành cặn lắng buồng cháy động Tuy nhiên với kết nghiên cứu cho phép mở hướng phát triển nâng cấp mơ hình thực nghiệm nhằm tiến tới đánh giá cách toàn diện yếu tố hình thành nên cặn lắng buồng cháy động

125

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ

1 Phạm Văn Việt, Lương Công Nhớ, Trần Quang Vinh “Cặn Lắng Trong Động Cơ Và Các Biện Pháp Phịng Ngừa” Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Đại học Công nghiệp Hà Nội, Số 27, ISSN 1859-3585, 2015

2 Pham Van Viet, Hoang Anh Tuan, Luong Cong Nho, Tran Van Trung Proceedings of the 2016 international conference: “The Effect Of Combustion Chamber Deposits On Heat Transfer And Combustion In A Small Marine Diesel Engines”, Advanced Technology & Sustainable Development, Industrial University of Ho Chi Minh Publishing House, ISBN 978-604-920-040-3, 2016

3 Phạm Văn Việt, Lương Cơng Nhớ, Nguyễn Lan Hương “Nghiên Cứu Q Trình Tạo Cặn Trong Buồng Cháy Động Cơ”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, NXB Hàng hải, Số 50, ISSN 1859-316X, 2017

4 Phạm Văn Việt, Lương Công Nhớ, Trần Quang Vinh, Nguyễn Lan Hương “Phân Tích Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đỉnh Piston Đến Sự Hình Thành Cặn Lắng Buồng Đốt Động Cơ Diesel” Hội nghị KHCN tồn quốc Cơ khí – Động lực, Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, ISBN 978-604-73-5602-7, 2017

5 Pham VanViet, Luong Cong Nho, Tran Quang Vinh, Nguyen Lan Huong, Tran The Nam “Setting Up The Experimental Model To Investigate Deposit Fomation Of Diesel And Biodiesel Fuels On A Wall Surface” Journal of ASIA Maritime & Fisheries Universities Forum, ISSN: 2508-5247, 2017

6 Pham Van Viet, Luong Cong Nho, Tran Quang Vinh “Analysing The Effect Of Lubricant Oil On Combustion Chamber Deposit Formation In Diesel Engines” Journal of Marine Science and Technology No 53, ISSN 1859-316X, Marine Publishing House, 2018

7 Pham Văn Việt, Hồng Anh Tuấn, Lương Cơng Nhớ, Trần Quang Vinh, Phạm Ngọc Tuyền “Nghiên Cứu Sự Hình Thành Cặn Lắng Trong Buồng Cháy Và Sự Suy Thối Của Dầu Bơi Trơn Trong Động Cơ Diesel Thủy Cỡ Nhỏ Sử Dụng Trực Tiếp Dầu Thực Vật” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Giao thơng Vận tải, Số 26-2/2018, ISSN 1859-4263, 2018

126

Lắng Piston Trong Động Cơ Diesel Sử Dụng Nhiên Liệu Sinh Học” Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ IV, Đại học Giao thông vận tải TP HCM, 2018

9 Anh Tuan Hoang, Van Viet Pham “Impact of Jatropha Oil on Engine Performance, Emission Characteristics, Deposit Formation, and Lubricating Oil

Degradation” Combustion Science and Technology,

127 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] N Cảnh, “Quy hoạch thực nghiệm,” Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004

[2] GS TSKH Phạm Văn Lang, Quy hoạch xử lý số liệu thực nghiệm Hà Nội, 2012

[3] N N Kiểng, “Thống kê học nghiên cứu khoa học–,” Nhà xuất Giáo Dục, 1996

[4] V T Nguyễn, Phân tích số liệu tạo biểu đồ R NXB Khoa học kỹ thuật, 2015

Tiếng Anh

[5] G Shu, L Dong, and X Liang, “A review of experimental studies on deposits in the combustion chambers of internal combustion engines,” Int J Engine Res., vol 13, no 4, pp 357–369, 2012

[6] H F Shurvell, A D H Clague, and M C Southby, “Method for the determination of the composition of diesel engine piston deposits by infrared spectroscopy,” Appl Spectrosc., vol 51, no 6, pp 827–835, 1997

[7] O Güralp et al., “Characterizing the Effect of Combustion Chamber Deposits on a Gasoline HCCI Engine,” SAE Tech Pap 2006-01-3277, no 724, 2006

[8] Z Ye, Q Meng, H P Mohamadian, J T Wang, L Chen, and L Zhu, “Investigation of deposit formation mechanisms for engine in-cylinder combustion and exhaust systems using quantitative analysis and sustainability study,” Int J Thermophys., vol 28, no 3, pp 1056–1066, 2007

[9] G T Kalghatgi, A Sutkowski, S Pace, H Schwahn, and B Nierhauve, “ASTM unwashed gum and the propensity of a fuel to form combustion chamber deposits,” SAE Technical Paper, 2000

[10] P Singer and J Rühe, “On the mechanism of deposit formation during thermal oxidation of mineral diesel and diesel/biodiesel blends under accelerated conditions,” Fuel, vol 133, pp 245–252, 2014

[11] J Hoard and P Moilanen, “Exhaust valve seat leakage,” SAE Technical Paper, 1997

[12] G T Kalghatgi and R J Price, “Combustion chamber deposit flaking,” SAE Technical Paper, 2000

[13] S M Muzikus, M I Fedorov, and E I Frolov, “Standard allowable limit for carbon-deposit formation in diesel engines,” Chem Technol Fuels Oils, vol 11, no 10, pp 815–817, 1975

[14] C J O’Brien, “Formation mechanisms of combustion chamber deposits.” Massachusetts Institute of Technology, 2001

[15] P Eilts, “Investigation on deposit formation during low load operation of high supercharged diesel engines,” in Int Symposium COMODIA, 1990, vol 90, pp 517–522

128

combustion models and alternative fuels on two-stroke marine diesel engine performance,” Appl Therm Eng., vol 115, pp 597–606, 2017

[17] G Lepperhoff and M Houben, “Mechanisms of deposit formation in internal combustion engines and heat exchangers,” SAE Technical Paper, 1993

[18] N Fujii, H Miyama, M Koshi, and T Asaba, “Kinetics of ammonia oxidation in shock waves,” in Symposium (International) on Combustion, 1981, vol 18, no 1, pp 873–883

[19] L R Rudnick, Lubricant additives: chemistry and applications CRC press, 2017

[20] M Fukui, T Sato, N Fujita, and M Kitano, “Examination of lubricant oil components affecting the formation of combustion chamber deposit in a two-stroke engine,” JSAE Rev., vol 22, no 3, pp 281–285, 2001

[21] M Diaby, M Sablier, A Le Negrate, M El Fassi, and J Bocquet, “Understanding carbonaceous deposit formation resulting from engine oil degradation,” Carbon N Y., vol 47, no 2, pp 355–366, 2009

[22] J A McGeehan and B J Fontana, “Effect of soot on piston deposits and crankcase oils-Infrared spectrometric technique for analyzing soot,” SAE Technical Paper, 1980

[23] D W Stanton, A M Lippert, R D Reitz, and C Rutland, “Influence of spray-wall interaction and fuel films on cold starting in direct injection diesel engines,” SAE Technical Paper, 1998

[24] J Ullmann, M Geduldig, H Stutzenberger, R Caprotti, and G Balfour, “Investigation into the formation and prevention of internal diesel injector deposits,” SAE Technical Paper, 2008

[25] Y Ra, R D Reitz, M W Jarrett, and T P Shyu, “Effects of piston crevice flows and lubricant oil vaporization on diesel engine deposits,” SAE Technical Paper, 2006

[26] A Leedham, R Caprotti, O Graupner, and T Klaua, “Impact of fuel additives on diesel injector deposits,” SAE Technical Paper, 2004

[27] L B Ebert, Chemistry of engine combustion deposits Springer, 1985

[28] G H Cloud and A J Blackwood, “The Influence of Diesel Fuel Properties on Engine Deposits and Wear,” SAE Technical Paper, 1943

[29] T W Zerda, X Yuan, and S M Moore, “Effects of fuel additives on the microstructure of combustion engine deposits,” Carbon N Y., vol 39, no 10, pp 1589–1597, 2001

[30] F NAGAO, M IKEGAMI, and A TOKUNAGA, “Temperature Dependence of Carbon Deposit in a Diesel Combustion Chamber,” Bull JSME, vol 9, no 35, pp 573–579, 1966

[31] R K Jonkers, M F Bardon, and D P Gardiner, “Techniques for Predicting Combustion Chamber Deposits in a Direct Injection Diesel Engine,” SAE Technical Paper, 2002

[32] K Nishiwaki and M Hafnan, “The determination of thermal properties of engine combustion chamber deposits,” SAE Technical Paper, 2000

129

Loss to The Combustion Chamber Wall with Deposit Adhering to The Wall Surface in DI Diesel Engine First Report: Influence of Deposit on Instantaneous Heat Flux into the Piston Surfaces,” SAE Technical Paper, 2001

[35] M Kinoshita, A Saito, S Matsushita, H Shibata, and Y Niwa, “Study of deposit formation mechanism on gasoline injection nozzle,” JSAE Rev., vol 19, no 4, pp 355–357, 1998

[36] J B Heywood, “Internal combustion engine fundamentals,”, McGraw-Hill Education, 1988

[37] A B Hopwood, S Chynoweth, and G T Kalghatgi, “A Technique to Measure Thermal Diffusivity and Thickness of Combustion Chamber Deposits In-Situ,” SAE Technical Paper, 1998

[38] K Wannatong, N Akarapanyavit, S Siengsanorh, and S Chanchaona, “Combustion and knock characteristics of natural gas diesel dual fuel engine,” SAE Technical Paper, 2007

[39] H A Haidar, “Combustion chamber deposit effects on hydrocarbon emissions from a spark-ignition engine.” Massachusetts Institute of Technology, 1997 [40] S L Bower, T A Litzinger, and V Frottier, “The effect of fuel composition and

engine deposits on emissions from a spark ignition engine,” SAE Technical Paper, 1993

[41] W M Studzinski et al., “A computational and experimental study of combustion chamber deposit effects on NOx emissions,” in Fall Fuels and Lubricants Meeting and Exposition, 1993

[42] X Zhang et al., “Investigating the microstructures of piston carbon deposits in a large-scale marine diesel engine using synchrotron X-ray microtomography,” Fuel, vol 142, pp 173–179, 2015

[43] D Caceres, J R Reisel, A Sklyarov, and A Poehlman, “Exhaust emission deterioration and combustion chamber deposit composition over the life cycle of small utility engines,” J Eng Gas turbines power, vol 125, no 1, pp 358–364, 2003

[44] Ø Buhaug, “Deposit formation on cylinder liner surface in medium-speed engines,” Norwegian University of Science and Technology, 2003

[45] M Hutchings, D Chasan, R Burke, P Odorisio, M Rovani, and W Wang, “Heavy duty diesel deposit control prevention as a cure,” SAE Technical Paper, 1997

[46] P Tarkowski, J Sarzyński, P Budzyński, R Paluch, and M Wiertel, “Influence of the kind of fuel oil on the deposit composition in the diesel engine combustion chamber,” Fuel, vol 80, no 10, pp 1399–1403, 2001

[47] M M Elkotb, S L Aly, and H A Elsalmawy, “Evaporation characteristics of fuel and multifuel droplets,” Combust Flame, vol 85, no 3–4, pp 300–308, 1991

[48] C Morin, C Chauveau, and I Gökalp, “Droplet vaporisation characteristics of vegetable oil derived biofuels at high temperatures,” Exp Therm Fluid Sci., vol 21, no 1–3, pp 41–50, 2000

130

of a multicomponent droplet: theoretical studies on the importance of variable liquid properties,” Int J Heat Mass Transf., vol 36, no 9, pp 2403–2415, 1993 [51] M Renksizbulut and M Bussmann, “Multicomponent droplet evaporation at intermediate Reynolds numbers,” Int J Heat Mass Transf., vol 36, no 11, pp 2827–2835, 1993

[52] W Ranz, “Technical Report No 3,” Contract AT-(30-3)-28, Univ Illinois, 1951 [53] B B Langmuir I, “Mathematical investigation of water droplet trajectories,”

Gen Electr Res Lab., vol Report No., 1945

[54] D T Daly, S A Bannon, D A Fog, and S M Harold, “Mechanism of combustion chamber deposit formation,” SAE Technical Paper, 1994

[55] H Kaufmann, T Nussbaumer, L Baxter, and N Yang, “Deposit formation on a single cylinder during combustion of herbaceous biomass,” Fuel, vol 79, no 2, pp 141–151, 2000

[56] D E Rosner, Transport processes in chemically reacting flow systems Courier Corporation, 2012

[57] L Talbot, R K Cheng, R W Schefer, and D R Willis, “Thermophoresis of particles in a heated boundary layer,” J Fluid Mech., vol 101, no 4, pp 737– 758, 1980

[58] K Ko and M Arai, “Diesel spray impinging on a flat wall, part I: Characteristics of adhered fuel film in an impingement diesel spray,” At Sprays, vol 12, no 5&6, 2002

[59] J Senda, M Ohnishi, T Takahashi, H Fujimoto, A Utsunomiya, and M Wakatabe, “Measurement and modeling on wall wetted fuel film profile and mixture preparation in intake port of SI engine,” SAE Technical Paper, 1999 [60] R L Vander Wal, G M Berger, and S D Mozes, “Droplets splashing upon

films of the same fluid of various depths,” Exp Fluids, vol 40, no 1, pp 33–52, 2006

[61] C Tropea and M Marengo, “The impact of drops on walls and films,” Multiph Sci Technol., vol 11, no 1, 1999

[62] A L Yarin and D A Weiss, “Impact of drops on solid surfaces: self-similar capillary waves, and splashing as a new type of kinematic discontinuity,” J Fluid Mech., vol 283, pp 141–173, 1995

[63] G E Cossali, A Coghe, and M Marengo, “The impact of a single drop on a wetted solid surface,” Exp Fluids, vol 22, no 6, pp 463–472, 1997

[64] C Motzkus, F Gensdarmes, and E Géhin, “Study of the coalescence/splash threshold of droplet impact on liquid films and its relevance in assessing airborne particle release,” J Colloid Interface Sci., vol 362, no 2, pp 540–552, 2011 [65] R Rioboo, C Bauthier, J Conti, M Voue, and J De Coninck, “Experimental

investigation of splash and crown formation during single drop impact on wetted surfaces,” Exp Fluids, vol 35, no 6, pp 648–652, 2003

[66] Q Huang and H Zhang, “A study of different fluid droplets impacting on a liquid film,” Pet Sci., vol 5, no 1, pp 62–66, 2008

[67] C Bai and A D Gosman, “Development of methodology for spray impingement simulation,” SAE Trans., pp 550–568, 1995

131

[69] V K Dhir, “Nucleate and transition boiling heat transfer under pool and external flow conditions,” Int J heat fluid flow, vol 12, no 4, pp 290–314, 1991

[70] M Rein, “Interactions between drops and hot surfaces,” in Drop-Surface Interactions, Springer, 2002, pp 185–217

[71] A Faghri and Y Zhang, Transport phenomena in multiphase systems Elsevier, 2006

[72] J R Welty, C E Wicks, G Rorrer, and R E Wilson, Fundamentals of momentum, heat, and mass transfer John Wiley & Sons, 2009

[73] J D Naber and P V Farrell, “Hydrodynamics of droplet impingement on a heated surface,” SAE Trans., pp 1346–1361, 1993

[74] L H J Wachters and N A J Westerling, “The heat transfer from a hot wall to impinging water drops in the spheroidal state,” Chem Eng Sci., vol 21, no 11, pp 1047–1056, 1966

[75] J D Bernardin and I Mudawar, “The Leidenfrost point: experimental study and assessment of existing models,” J Heat Transfer, vol 121, no 4, pp 894–903, 1999

[76] K J Baumeister and F F Simon, “Leidenfrost temperature—its correlation for liquid metals, cryogens, hydrocarbons, and water,” J Heat Transfer, vol 95, no 2, pp 166–173, 1973

[77] B S Kang and D H Lee, “On the dynamic behavior of a liquid droplet impacting upon an inclined heated surface,” Exp Fluids, vol 29, no 4, pp 380–387, 2000 [78] G S Emmerson, “The effect of pressure and surface material on the Leidenfrost point of discrete drops of water,” Int J Heat Mass Transf., vol 18, no 3, pp 381–386, 1975

[79] G A E Godsave, “Studies of the combustion of drops in a fuel spray—the burning of single drops of fuel,” in Symposium (International) on Combustion, 1953, vol 4, no 1, pp 818–830

[80] T J Schoenbaum, “Liability for damages inoil spill accidents: Evaluating the usa and international law regimes in the light of deepwater horizon,” J Environ Law, vol 24, no 3, pp 395–416, 2012

[81] A H Lefebvre and V G McDonell, Atomization and sprays CRC press, 2017 [82] B Abramzon and W A Sirignano, “Droplet vaporization model for spray

combustion calculations,” Int J Heat Mass Transf., vol 32, no 9, pp 1605– 1618, 1989

[83] X.-Q Chen and J C F Pereira, “Prediction of evaporating spray in anisotropically turbulent gas flow,” Numer Heat Transf Part A Appl., vol 27, no 2, pp 143–162, 1995

[84] C Rodrigues, J Barata, and A Silva, “Influence of the energy dissipation in the spray impingement modeling,” in 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2012, p 349 [85] S S Sazhin et al., “A simplified model for bi-component droplet heating and

evaporation,” Int J Heat Mass Transf., vol 53, no 21–22, pp 4495–4505, 2010 [86] A J Petsi and V N Burganos, “Temperature distribution inside an evaporating two-dimensional droplet lying on curved or flat substrates,” Phys Rev E, vol 84, no 1, p 11201, 2011

132

Temperature measurements and modelling,” Fuel, vol 87, no 13–14, pp 2932– 2942, 2008

[88] H Zhang, B Bai, L Liu, H Sun, and J Yan, “Droplet dispersion characteristics of the hollow cone sprays in crossflow,” Exp Therm fluid Sci., vol 45, pp 25– 33, 2013

[89] T Long, M Li, Y Chen, and X Zhu, “Study on Evaporation Characteristics of Bio-oil and its Compound Models,” BioResources, vol 9, no 3, pp 4242–4252, 2014

[90] P Bhattacharya, S Ghosal, and S K Som, “Evaporation of multicomponent liquid fuel droplets,” Int J energy Res., vol 20, no 5, pp 385–398, 1996 [91] G Strotos, M Gavaises, A Theodorakakos, and G Bergeles, “Numerical

investigation of the evaporation of two-component droplets,” Fuel, vol 90, no 4, pp 1492–1507, 2011

[92] K Saha, E Abu-Ramadan, and X Li, “Multicomponent evaporation model for pure and blended biodiesel droplets in high temperature convective environment,” Appl Energy, vol 93, pp 71–79, 2012

[93] R Banerjee, “Numerical investigation of evaporation of a single ethanol/iso-octane droplet,” Fuel, vol 107, pp 724–739, 2013

[94] B S Gottfried, C J Lee, and K J Bell, “The Leidenfrost phenomenon: film boiling of liquid droplets on a flat plate,” Int J Heat Mass Transf., vol 9, no 11, pp 1167–1188, 1966

[95] L Delfau, P Michaud, and A Barassin, “Formation of small and large positive ions in rich and sooting low-pressure ethylene and acetylene premixed flames,” Combust Sci Technol., vol 20, no 5–6, pp 165–177, 1979

[96] B S Haynes and H G Wagner, “Soot formation,” Prog energy Combust Sci., vol 7, no 4, pp 229–273, 1981

[97] I M Khan, G Greeves, and D M Probert, “Prediction of soot and nitric oxide concentrations in diesel engine exhaust,” Air Pollut Control Transp Engines C, vol 142, pp 205–217, 1971

[98] M A Serageldin, “Soot formation in small flames,” SAE Technical Paper, 1981 [99] C P Fenimore and G W Jones, “Comparative yields of soot from premixed

hydrocarbon flames,” Combust Flame, vol 12, no 3, pp 196–200, 1968

[100] W H Lipkea, J H Johnson, and C T Vuk, “The physical and chemical character of diesel particulate emissions-measurement techniques and fundamental considerations,” SAE Technical Paper, 1978

[101] C L Mantell, “Carbon and Graphite Handbook, Interscience.” Wiley, New York, 1988

[102] I Glassman, “Sooting laminar diffusion flames: effect of dilution, additives, pressure, and microgravity,” in Symposium (International) on Combustion, 1998, vol 27, no 1, pp 1589–1596

[103] T R Sem, “Effect of various lubricating oils on piston deposits in biodiesel fueled engines,” SAE Technical Paper, 2004

[104] J B Howard, B L Wersborg, and G C Williams, “Coagulation of carbon particles in premixed flames,” in Faraday Symposia of the Chemical Society, 1973, vol 7, pp 109–119

133

and sooting ethylene flames,” in Symposium (International) on Combustion, 1988, vol 21, no 1, pp 1033–1045

[106] C P Fenimore and G W Jones, “Coagulation of soot to smoke in hydrocarbon flames,” Combust Flame, vol 13, no 3, pp 303–310, 1969

[107] N Feng, X Guo, S Liang, Y Zhu, and J Liu, “Biosorption of heavy metals from aqueous solutions by chemically modified orange peel,” J Hazard Mater., vol 185, no 1, pp 49–54, 2011

[108] V V Shahare, B Kumar, and P Singh, “Biofuels for Sustainable Development: A Global Perspective,” in Green Technologies and Environmental Sustainability, Springer, 2017, pp 67–89

[109] M Husnawan, H H Masjuki, T M I Mahlia, and M G Saifullah, “Thermal analysis of cylinder head carbon deposits from single cylinder diesel engine fueled by palm oil–diesel fuel emulsions,” Appl Energy, vol 86, no 10, pp 2107–2113, 2009

[110] M L Maiello and M D Hoover, Radioactive air sampling methods CRC press, 2010

[111] R Pos, R Cracknell, and L Ganippa, “Transient characteristics of diesel sprays from a deposit rich injector,” Fuel, vol 153, pp 183–191, 2015

[112] T W Zerda, X Yuan, S M Moore, and C A L y Leon, “Surface area, pore size distribution and microstructure of combustion engine deposits,” Carbon N Y., vol 37, no 12, 1999

[113] P P M B M Hilka and T J Poinsot, “A numerical study of laminar flame wall interaction with detailed chemistry: wall temperature effects,” Direct Numer Simul Turbul React Flows, p 81, 1996

[114] R J Kee, F M Rupley, and J A Miller, “The Chemkin thermodynamic data base,” Reaction Design, 2000

[115] C Arcoumanis, H Flora, M Gavaises, and M Badami, “Cavitation in real-size multi-hole diesel injector nozzles,” SAE Trans., pp 1485–1500, 2000

[116] A Wierzba, “Deformation and breakup of liquid drops in a gas stream at nearly critical Weber numbers,” Exp Fluids, vol 9, no 1–2, pp 59–64, 1990

[117] T Tran, H J J Staat, A Prosperetti, C Sun, and D Lohse, “Drop impact on superheated surfaces,” Phys Rev Lett., vol 108, no 3, p 36101, 2012

[118] W S Mathews, C F Lee, J E Peters Experimental investigations of spray/wall impingement Atomization and Sprays; vol 13, p 223-242, 2003

[119] L Allocca L, "Wall-Impingement of a Spray from a Common Rail Injection System for Diesel Engines", Conference on Thermo and Fluid Dynamic Processes in Diesel Engines, pp 67–76, 2002

[120] J Senda, K Yamada, H Fujimoto, H Miki, “The heat transfer characteristics ofa small droplet impinging upon a hot surface” JSME International Journal Series II; vol 31, no 1, pp.105-111, 1988

[121] S Sikalo, M Marengo, C Tropea, E.N Ganic, “Analysis of impact of droplets on horizontal surfaces” Experimental Thermal and Fluid Science, vol 25, pp 503-510, 2002

134

1/PL PHỤ LỤC

Bảng PL Kết phân tích nhiên liệu diesel (DO)

TT

Tên tiêu Đơn vị Đo Giới hạn Phương pháp

thử

1

Khối lượng riêng 15oC Kg/m3 823 820 - 860 ASTM D1298

2 Sức căng bề mặt 40oC mN/m 25,4 ASTM D971

3 Hàm lượng lưu huỳnh mg/kg 380 500, max ASTM D 2622

4 Trị số xêtan 49 50, max ASTM D 613

5 Nhiệt độ cất 90% thể tích thu hồi

oC 332 355, max ASTM D 86

6 Điểm chớp cháy cốc kín oC 60 55, ASTM D 93

7 Độ nhớt động học 40oC mm2/s 3,13 2,0-4,5 ASTM D 445

8 Điểm đông đặc oC +3 +6, max ASTM D 97

9 Hàm lượng nước mg/kg 50 200, max ASTM D 6304

10 Hàm lượng chất thơm đa vòng (PAH)

% khối

lượng 11, max ASTM D 5186

Bảng PL Kết phân tích dầu bôi trơn SAE 30

TT Tection Momograde Phương

pháp thử Đơn vị

SAE 10W

SAE 30

SAE 40

SAE 50

1 Khối lượng riêng 15oC ASTM

1298 Kg/ m3 885 887 894 905

2 Điểm chớp cháy cốc hở ASTM D92 oC 226 244 252 258

3 Độ nhớt động học

40oC ASTM D445 cSt 43,8 98,6 155 201,6

4 Độ nhớt động học 100oC ASTM D445 cSt 7,0 11,5 15,6 18,8

5 Chỉ số độ nhớt ASTM D2270 - 116 107 102 102

2/PL

TT Tection Momograde pháp thử Phương Đơn vị SAE 10W SAE 30 SAE 40 SAE 50

7 Độ kiềm tổng (TBN) ASTM D2896 mgKOH/g 7,1 7,1 7,1 7,1

8 Độ tro sun-phát ASTM D874 % tl 0,9 0,9 0,9 0,9

Bảng PL Kết phân tích Dodecane

TT Tính chất Đơn vị Dodecane

1 Công thức phân tử - C12H26

2 Khối lượng riêng 15oC (𝜌

𝑓𝑢𝑒𝑙) kg/m3 749

3 Độ nhớt động học 40oC mm2/s <

4

Áp suất hóa 20oC

ở 48 oC

Pa 0,4

1,3

5 Nhiệt độ tự bốc cháy oC 200

6 Điểm sôi cuối oC 214,5

7 Điểm chớp cháy (phương pháp EN 2719) oC 84

8 Điểm nóng chảy oC -9,6

Bảng PL Tính chất lý hóa nhiên liệu B100 (QCVN 1:2015/BKHCN)

Chỉ tiêu Phương pháp Giới hạn Đo Đơn vị

1 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín ASTM D 93 130 198 0C

2 Hàm lượng nước ASTM

E203-01 450 max 432 ppm

3 Hàm lượng cặn cacbon (100% mẫu)

ASTM D 4530 0,05 max 0,042 % khối lượng Hàm lượng tro sunphat ASTM D 874 0,02 max 0,014 % khối

lượng Độ nhớt động học 400C ASTM D 445 1,9 – 6,0 28,6 cSt

(mm2/s)

6 Hàm lượng lưu huỳnh

S500 Grade ASTM D 5453 500 max 170 mg/kg

7 Ăn mòn mảnh đồng ASTM D 130 No max

1

3/PL

Chỉ tiêu Phương pháp Giới hạn Đo Đơn vị

9 Điểm mây ASTM D 2500 Báo cáo +4,5 0C

10 Nhiệt độ cất, 90 % thể tích, T90 ATNBH

ASTM D 1160 360 max 357 0C

11 Hàm lượng P ASTM D 4951 10 max 4,3 mg/kg

12 Tổng hàm lượng Ca, Mg EN 14538 max 3,2 mg/kg

13 Tổng hàm lượng Na, K EN 14538 max mg/kg

14 Độ ổn định oxy hóa EN 14112 >24 15 Khối lượng riêng 40oC ASTMD 1298 - 875 Kg/m3

16 Sức căng bề mặt 40oC ASTM D971 - 28,9 mN/m

Bảng PL Kết phân tích nhiên liệu B5, B10, B20 B50

TT Tên tiêu B5 B10 B20 B50 Phương pháp thử

1 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 313 315 312 310 ASTM D 2622 Trị số xêtan 51 52 52,3 53,4 ASTM D 613 Nhiệt độ cất 90% thể tích thu

hồi, oC 332 335 338 342 ASTM D 86

4 Điểm chớp cháy cốc kín, oC 62 64 67 69 ASTM D 93

5 Độ nhớt động học 40oC,

mm2/s 3,21 3,25 3,38 3,41 ASTM D 445

6 Điểm đông đặc, oC +3 +3 +4 +4 ASTM D 97

7 Hàm lượng tro, % khối lượng 0,003 0,003 0,004 0,005 ASTM D 6304 Hàm lượng chất thơm đa vòng

(PAH), % khối lượng 7,5 10 ASTM D 5186; Hàm lượng metyl este axít béo

(FAME), % thể tích 4,2 4,3 4,6 4,8 EN 14078 10

Độ ổn định oxy hóa, mg/100ml 17,31 18,24 77,27 26,25 ASTM D 7462; ASTM D 7545; 11 Khối lượng riêng 40oC 834 848 854 862 ASTMD 1298

4/PL Bảng PL Tính toán We, v Lh

TT Nội dung Kí

hiệu

Đơn vị Công thức Kết

1 Khối lượng riêng nhiên

liệu ρnl kg/m

3 DO theo PL1 823

2 Sức căng bề mặt nhiên liệu σ mN/m DO theo PL1 25,4

3 Gia tốc trọng trường g m/s2 Chỉ định 9,81

4 Đường kính trung bình

giọt nhiên liệu Dd m Lựa chọn 0,0023

5 Số không thứ nguyên Weber We 𝑊𝑒 =𝜌𝑣

2𝐷

𝑑

𝜎

80 110

150

6 Vận tốc giọt tương tác

với bề mặt vách v m/s 𝑣 = √

𝑊𝑒𝜎 𝜌𝐷𝑑

1,03 1,21

1,42

7 Khoảng cách từ kim nhỏ đến

bề mặt vách Lh m 𝑙 =

𝑣2 2𝑔

0,055 0,075

5/PL

Bảng PL Kết thử nghiệm bay (TNBH) với nhiên liệu DO DO+1%L

STT

Nhiên liệu DO DO+1%L

Giọt đơn Giọt kép Giọt đơn

Nhiệt độ bề mặt vách (oC)

Thời gian (s)

Nhiệt độ bề mặt vách (oC)

Thời gian (s)

Nhiệt độ bề mặt vách (oC)

Thời gian (s)

1 245 86,8 337 6,0 260 57,1

2 245 76,7 340 4,3 260 56,8

3 245 71,6 350 1,5 260 51,1

4 260 69,0 357 0,5 268 45,2

5 260 62,2 365 0,9 268 39,6

6 260 60,3 372 1,2 280 38,6

7 268 49,5 378 1,5 280 36,0

8 268 41,1 380 2,0 285 38,1

9 280 41,0 390 2,1 285 36,5

10 280 36,9 400 2,5 296 37,0

11 285 28,8 408 2,9 296 35,2

12 285 27,0 - - 300 30,1

13 285 25,7 - - 300 29,0

14 300 24,7 - - 300 28,5

15 300 22,6 - - 310 27,5

16 306 17,4 - - 310 25,1

17 306 14,8 - - 320 24,2

18 316 11,5 - - 320 22,5

19 316 10,1 - - 320 20,1

20 321 7,8 - - 330 21,3

21 321 7,5 - - 330 15,6

22 332 5,1 - - 340 12,1

23 332 4,4 - - 340 11,2

24 342 1,3 - - - -

25 350 1,5 - - - -

26 357 0,3 - - - -

27 365 0,9 - - - -

6/PL

Bảng PL Kết thử nghiệm bay (TNBH) với nhiên liệu DO+2%L

STT

Nhiên liệu DO+2%L

Giọt đơn Giọt kép

Nhiệt độ bề mặt

vách (oC) Thời gian (s) Nhiệt độ bề mặt vách (oC) Thời gian (s)

1 260 43,1 325 19,8

2 260 40,1 326 18,2

3 260 38,0 327 16,4

4 260 37,2 327 13,7

5 268 42,1 330 16,1

6 268 39,0 332 13,7

7 268 38,2 337 13,6

8 270 36,5 337 12,0

9 270 33,2 338 9,5

10 282 34,6 342 13,5

11 282 32,2 350 10,5

12 282 26,8 351 7,7

13 295 32,5 357 6,4

14 295 30,7 360 7.0

15 295 29,6 361 7,2

16 295 28,1 365 7,5

17 295 24,9 370 8,2

18 300 25,8 375 8,5

19 300 23,4 380 9,3

20 300 21,7 382 9,5

21 310 23,1 390 10,2

22 310 20,3 - -

23 310 19,5 - -

24 320 26,5 - -

25 320 22,1 - -

26 320 19,5 - -

27 320 15,3 - -

28 330 14,6 - -

29 335 12,1 - -

30 340 10,5 - -

31 350 8,6 - -

32 357 5,8 - -

33 365 6,2 - -

34 370 7,9 - -

35 372 10,0 - -

36 376 9,1 - -

37 385 8,7 - -

38 386 9,3 - -

7/PL

40 388 9,6 - -

41 389 9,7 - -

42 390 10,5 - -

43 392 13,6 - -

Bảng PL Kết thử nghiệm bay (TNBH) với nhiên liệu Dodecan

STT

Nhiên liệu Dodecan

Giọt đơn Giọt kép

Nhiệt độ bề

mặt vách (oC) Thời gian (s) Nhiệt độ bề mặt vách (oC) Thời gian (s)

1 125 96 295 10,3

2 125 77 295 9,5

3 125 72 305 10,2

4 135 71 305 9,2

5 135 66 315 9,3

6 135 65 315 6,5

7 140 48 325 10,6

8 140 44 325 9,2

9 140 42 330 9,3

10 145 39 330 8,7

11 145 38 340 9,0

12 150 33 350 9,1

13 150 32 350 8,2

14 152 28 - -

15 152 27 - -

16 155 24 - -

17 155 23 - -

18 157 20 - -

19 160 16 - -

20 160 15 - -

21 165 13 - -

22 165 11 - -

23 170 11 - -

24 170 10 - -

25 170 - -

26 175 10 - -

27 175 - -

28 179 - -

29 179 - -

30 180 - -

31 182 - -

32 185 - -

33 190 - -

8/PL

35 200 - -

36 205 1,5 - -

37 210 - -

38 215 0,5 - -

39 220 0,5 - -

40 225 - -

41 230 1,5 - -

42 235 1,8 - -

43 240 - -

44 245 2,5 - -

45 250 - -

46 255 3,8 - -

47 260 4,5 - -

48 265 5,0 - -

49 270 6,3 - -

50 275 7,5 - -

51 280 8,6 - -

52 285 10,2 - -

53 285 9,5 - -

54 290 12 - -

55 290 11 - -

Bảng PL 10 Kết thử nghiệm bay (TNBH) với nhiên liệu B100

STT

Nhiên liệu B100

Giọt đơn Giọt kép

Nhiệt độ bề mặt

vách (oC) Thời gian (s) Nhiệt độ bề mặt vách (oC) Thời gian (s)

1 300 100 340 11,6

2 300 72 340 10,0

3 310 82 345 11,0

4 310 81 345 9,5

5 310 80 345 8,8

6 315 60 350 6,7

7 315 58 350 4,1

8 315 50 355 0,4

9 320 35 - -

10 320 34 - -

11 320 30 - -

12 330 46 - -

13 330 41 - -

14 330 31 - -

15 335 24 - -

9/PL

17 335 18 - -

18 355 0,5 - -

19 360 0,7 - -

20 365 0,9 - -

21 370 1,0 - -

22 375 1,2 - -

23 380 1,5 - -

24 385 1,8 - -

25 390 2,0 - -

26 395 1,8 - -

27 400 2,2 - -

28 405 2,5 - -

29 410 2,0 - -

Bảng PL 11 Kết thử nghiệm bay (TNBH) với nhiên liệu B50

STT

Nhiên liệu B50

Giọt đơn Giọt kép

Nhiệt độ bề mặt

vách (oC) Thời gian (s) Nhiệt độ bề mặt vách (oC) Thời gian (s)

1 285 96 - -

2 300 70 - -

3 300 61 - -

4 300 57 - -

5 305 41 - -

6 305 38 - -

7 305 36 - -

8 315 25 - -

9 315 22 - -

10 315 20 - -

11 330 19 - -

12 330 18 - -

13 330 16 - -

14 340 20 - -

15 340 26 - -

16 345 13 - -

17 345 12 - -

18 347 12 - -

19 347 10 - -

20 350 12 - -

21 350 10 - -

22 352 - -

23 352 - -

10/PL

25 360 - -

26 365 - -

27 375 - -

28 375 - -

29 380 - -

30 380 - -

31 385 - -

32 385 - -

33 390 - -

34 390 3,5 - -

35 395 - -

36 395 3,5 - -

37 398 4,5 - -

38 398 3,5 - -

Bảng PL 12 Kết thử nghiệm bay (TNBH) với nhiên liệu B20

STT

Nhiên liệu B20

Giọt đơn Giọt kép

Nhiệt độ bề mặt

vách (oC) Thời gian (s) Nhiệt độ bề mặt vách (oC) Thời gian (s)

1 300 105 365

2 300 102 370

3 300 77 375

4 310 87 380 3,5

5 310 77 385

6 310 70 390

7 320 52 395 5,5

8 320 45 400

9 320 44 - -

10 325 44 - -

11 325 40 - -

12 325 36 - -

13 330 29 - -

14 330 27 - -

15 330 20 - -

16 335 - -

17 340 2,5 - -

18 340 1,5 - -

19 345 - -

20 345 1,5 - -

21 350 - -

22 355 - -

23 362 0,5 - -

11/PL

25 - - - -

26 - - - -

27 - - - -

28 - - - -

29 - - - -

Bảng PL 13 Kết thử nghiệm bay (TNBH) với nhiên liệu B5

STT

Nhiên liệu B5

Giọt đơn Giọt kép

Nhiệt độ bề mặt

vách (oC) Thời gian (s) Nhiệt độ bề mặt vách (oC) Thời gian (s)

1 250 109,5 345

2 250 106 350

3 250 83 357

4 270 78 357

5 270 57 365

6 270 48 365

7 285 42 370

8 285 41 370

9 285 40 375 10

10 290 29 375

11 290 23 380 11

12 290 21 380

13 300 22 385 10

14 300 20 385

15 300 19 390 10

16 315 28 390

17 315 21 395 11

18 315 20 395 10

19 320 23 400

20 320 21 400 5,5

21 320 18 - -

22 325 21 - -

23 325 14 - -

24 325 12 - -

25 330 13 - -

26 330 - -

27 335 - -

28 335 7,5 - -

29 340 - -

12/PL

1 Kết thử nghiệm tạo cặn mơ hình vách buồng cháy (TNCMH) 1.1 Thử nghiệm

- Điều kiện thử nghiệm:

Bảng PL 14 Điều kiện thử nghiệm với TNCMH nhiên liệu mức nhiệt độ bề mặt vách

Loại nhiên liệu

Thời gian va chạm giọt với

vách

Nhiệt độ bề mặt vách 𝝉𝒗𝒄 (s) Tbm (oC)

DO

8 270

DO+1%L DO+2%L - Kết thử nghiệm:

Bảng PL 15 Kết thử nghiệm tạo cặn TNCMH nhiên liệu DO

STT Số giọt

Khối lượng của giọt

nhiên liệu đơn

Khối lượng tích lũy giọt nhiên liệu

Tổng khối lượng giọt nhiên liệu Tổng khối lượng cặn trên bề mặt

vách

ND mD [g] Md [g] MD [g] MR [g]

Nhiên liệu DO

1 1000 0.0053 5.3 5.3 0.0121

2 2000 0.0053 5.3 10.6 0.0191

3 3000 0.0053 5.3 15.9 0.0250

4 4000 0.0053 5.3 21.2 0.0261

5 5000 0.0053 5.3 26.5 0.0283

6 6000 0.0053 5.3 31.8 0.0325

7 7000 0.0053 5.3 37.1 0.0331

8 8000 0.0053 5.3 42.4 0.0337

9 9000 0.0053 5.3 47.7 0.0348

10 10000 0.0053 5.3 53 0.0385

11 11000 0.0053 5.3 58.3 0.0382

12 12000 0.0053 5.3 63.6 0.0425

13 13000 0.0053 5.3 68.9 -

14 14000 0.0053 5.3 74.2 -

15 15000 0.0053 5.3 79.5 -

16 16000 0.0053 5.3 84.8 -

17 17000 0.0053 5.3 90.1 -

18 18000 0.0053 5.3 95.4 -

19 19000 0.0053 5.3 100.7 -

13/PL

Bảng PL 16 Kết thử nghiệm tạo cặn TNCMH nhiên liệu DO+1%L

STT Số giọt

Khối lượng của giọt

nhiên liệu đơn

Khối lượng tích lũy giọt nhiên liệu

Tổng khối lượng giọt nhiên liệu Tổng khối lượng cặn trên bề mặt

vách

ND mD [g] Md [g] MD [g] MR [g]

Nhiên liệu DO+1%L

1 1000 0.0053 5.3 5.3 0.0121

2 2000 0.0053 5.3 10.6 0.0195

3 3000 0.0053 5.3 15.9 0.0255

4 4000 0.0053 5.3 21.2 0.0322

5 5000 0.0053 5.3 26.5 0.0368

6 6000 0.0053 5.3 31.8 0.0329

7 7000 0.0053 5.3 37.1 0.0397

8 8000 0.0053 5.3 42.4 0.0461

9 9000 0.0053 5.3 47.7 0.0467

10 10000 0.0053 5.3 53 0.0509

11 11000 0.0053 5.3 58.3 0.0562

12 12000 0.0053 5.3 63.6 0.0595

13 13000 0.0053 5.3 68.9 0.0628

14 14000 0.0053 5.3 74.2 0.0675

15 15000 0.0053 5.3 79.5 0.0762

16 16000 0.0053 5.3 84.8 0.0787

17 17000 0.0053 5.3 90.1 0.0891

18 18000 0.0053 5.3 95.4 0.0901

19 19000 0.0053 5.3 100.7 0.0972

20 20000 0.0053 5.3 106 -

Bảng PL 17 Kết thử nghiệm tạo cặn TNCMH nhiên liệu DO+2%L

STT Số giọt

Khối lượng của giọt

nhiên liệu đơn

Khối lượng tích lũy giọt nhiên liệu

Tổng khối lượng giọt nhiên liệu Tổng khối lượng cặn trên bề mặt

vách

ND mD [g] Md [g] MD [g] MR [g]

Nhiên liệu DO+2%L

1 1000 0.0055 5.5 5.5 0.0249

2 2000 0.0055 5.5 11 0.0475

3 3000 0.0055 5.5 16.5 0.0677

4 4000 0.0055 5.5 22 0.0861

5 5000 0.0055 5.5 27.5 0.1027

6 6000 0.0055 5.5 33 0.1204

7 7000 0.0055 5.5 38.5 0.1475

14/PL STT Số giọt

Khối lượng của giọt

nhiên liệu đơn

Khối lượng tích lũy giọt nhiên liệu

Tổng khối lượng giọt nhiên liệu Tổng khối lượng cặn trên bề mặt

vách

ND mD [g] Md [g] MD [g] MR [g]

9 9000 0.0055 5.5 49.5 0.1862

10 10000 0.0055 5.5 55 0.2187

11 11000 0.0055 5.5 60.5 0.2402

12 12000 0.0055 5.5 66 0.2677

13 13000 0.0055 5.5 71.5 0.3083

14 14000 0.0055 5.5 77 0.3368

15 15000 0.0055 5.5 82.5 0.3597

16 16000 0.0055 5.5 88 0.3888

17 17000 0.0055 5.5 93.5 0.4229

18 18000 0.0055 5.5 99 0.4525

19 19000 0.0055 5.5 104.5 0.4403

20 20000 0.0055 5.5 110 0.0249

1.2 Thử nghiệm - Điều kiện thử nghiệm:

Bảng PL 18 Điều kiện thử nghiệm với TNCMH nhiên liệu DO mức nhiệt độ bề mặt vách

Loại nhiên liệu

Thời gian va chạm giọt với

vách

Nhiệt độ bề mặt vách

Khối lượng trung bình giọt 𝝉𝒗𝒄 (s) Tbm (oC) mD, tb (mg)

DO

270 5,4 306 327 352 367

- Kết thử nghiệm :

Bảng PL 19 Kết thử nghiệm tạo cặn TNCMH nhiên liệu DO mức nhiệt độ bề mặt vách khác

STT Số giọt Tổng khối lượng cặn bề mặt vách, MR (g) ND 270oC 306oC 327oC 352oC 367oC

1 1000 0,006 0,0001 0,0028 0,0008 -

2 2000 0,018 0,0011 0,0029 0,001 -

15/PL

4 4000 0,029 0,0016 0,0031 0,0005 0,00042

5 5000 0,033 0,0019 0,0031 0,0012 0,00054

6 6000 0,035 0,0022 0,0032 0,0018 0,00053

7 7000 0,038 0,0024 0,0031 0,0011 0,00012

8 8000 0,041 0,0025 0,0018 0,0015 0,0001

9 9000 0,042 0,0028 0,0033 0,0015 0.001

10 10000 0,044 0,0029 0,0021 0,0017 0,00075

11 11000 0,045 0,0031 0,0033 - 0,00072

12 12000 0,046 0,0033 0,0022 - 0,00078

13 13000 0,049 0,0034 0,0022 - 0,00082

14 14000 0,05 0,0036 0,0023 - 0,00079

15 15000 0,051 0,0038 0,0023 - 0,00089

16 16000 0,053 0,0039 0,0024 - 0,0013

17 17000 0,054 0,0041 0,0025 - 0,00095

18 18000 0,055 0,0042 0,0027 - 0,00099

19 19000 0,055 0,0044 0,0028 - 0.0012

1.3 Thử nghiệm - Điều kiện thử nghiệm:

Bảng PL 20 Điều kiện thử nghiệm với TNCMH nhiên liệu B100, B50, B20 B5 ở mức nhiệt độ bề mặt vách mức thời gian va chạm giọt với vách

Loại nhiên liệu

Thời gian va chạm giọt với

vách

Nhiệt độ bề mặt vách

Khối lượng trung bình giọt 𝝉𝒗𝒄 (s) Tbm (oC) mD, tb (mg)

B100 352oC 5,9

B50 352oC 5,6 5,7

B20 352oC 5,4 5,4

B5 352oC 5,4 5,6

- Kết thử nghiệm:

Bảng PL 21 Kết thử nghiệm tạo cặn TNCMH nhiên liệu B100, B50, B20 và B5

ST T

Số giọt

Tổng khối lượng cặn bề mặt vách, MR (g)

ND B100 B50 B20 B5

16/PL 1000

0,008

0,00

0,0004 0,009 0,012 0,00

0,000

2 2000

0,014 0,000 0,00

0,0001 0,02 0,016

0,01

0,000

3 3000 0,021

0,000

0,01

0,0004 0,032 0,022 0,01

0,000

4 4000 0,03

0,001

0,01

0,0015 0,043 0,027 0,01

0,001

5 5000 0,038

0,001

0,01

0,0017 0,044 0,031 0,01

0,002

6 6000 0,047

0,002

0,01

0,0016 0,047 0,034 0,02

0,001

7 7000 0,055

0,002

0,01

0,0016 0,051 0,039 0,02

0,002

8 8000 0,063

0,002

0,01

0,0013 0,052 0,044 0,02

0,002

9 9000 0,071

0,003

0,02 0,0019 0,054 0,048 0,02

0,002

10

1000

0 -

0,002

0,02

0,0021 0,057 - 0,02

-

11 11000 -

0,002

0,02

0,0023 0,058 - 0,02

-

12 12000 -

0,002

0,02

-

0,061 - 0,02

-

13

1300

0 -

0,003

0,02

-

0,062 - 0,02

-

14 14000 -

0,003

0,02

-

0,065 - 0,03 -

15

1500

0 -

0,003

0,03

-

- 0,03

-

2 Nhiệt độ bề mặt cặn 2.1 Thử nghiệm 1:

- Điều kiện thử nghiệm:

17/PL Nhiệt độ bề mặt vách: 270oC

Thời gian va chạm: 8s

Bảng PL 22 Nhiệt độ bề mặt cặn TNCMH nhiên liệu DO, DO+1%L DO+2%L

STT Số gọt

Nhiệt độ bề mặt cặn (oC)

DO DO+1%L DO+2%L

min max min max min max

1 200 262 268 267 270 267 270

2 400 262 268 268 270 267 271

3 600 261 267 267 269 266 269

4 800 262 267 266 269 263 267

5 1000 261 267 266 268 262 268

6 1200 260 268 265 269 262 267

7 1400 261 267 265 268 262 269

8 1600 261 267 266 269 261 267

9 1800 261 268 265 267 260 268

10 2000 260 267 265 269 255 266

11 2200 262 267 266 268 260 266

12 2400 261 266 264 269 259 265

13 2600 260 266 265 269 259 265

14 2800 261 265 265 268 257 264

15 3000 260 266 264 267 256 264

16 3200 260 266 264 266 259 265

17 3400 260 265 265 267 259 264

18 3600 261 266 265 267 260 264

19 3800 261 265 265 268 258 263

20 4000 260 264 266 268 256 263

21 4200 261 265 265 267 256 264

22 4400 261 266 265 268 255 263

23 4600 262 266 266 267 254 263

18/PL

25 5000 262 266 265 267 254 260

26 5200 262 265 266 268 255 260

27 5400 261 266 263 267 254 260

28 5600 261 266 265 267 255 260

29 5800 261 265 266 269 253 260

30 6000 260 266 264 267 250 259

31 6200 260 266 264 267 251 256

32 6400 261 265 263 268 252 257

33 6600 261 266 264 267 251 257

34 6800 260 266 264 268 251 256

35 7000 260 265 263 268 252 256

36 7200 260 266 263 267 251 255

37 7400 259 265 263 268 250 256

38 7600 259 265 263 267 251 255

39 7800 259 266 262 267 250 254

40 8000 259 266 261 267 251 253

41 8200 258 265 262 266 250 252

42 8400 257 266 261 267 251 253

43 8600 258 266 260 266 250 252

44 8800 257 265 261 267 250 252

45 9000 256 266 260 266 250 251

46 9200 255 266 261 266 251 253

47 9400 254 265 260 267 250 252

48 9600 255 265 262 266 250 251

49 9800 254 266 261 266 250 251

50 10000 250 266 260 267 251 252

51 10200 254 267 260 266 250 251

52 10400 255 265 258 265 250 252

53 10600 254 264 259 267 251 251

54 10800 256 266 257 266 251 252

55 11000 255 265 255 265 250 251

19/PL

57 11400 256 267 260 265 250 252

58 11600 255 266 259 265 250 251

59 11800 254 267 260 266 251 251

60 12000 255 267 260 267 250 251

61 12200 - - 259 266 - -

62 12400 - - 259 267 - -

63 12600 - - 258 266 - -

64 12800 - - 259 265 - -

65 13000 - - 258 266 - -

66 13200 - - 258 266 - -

67 13400 - - 257 265 - -

68 13600 - - 256 266 - -

69 13800 - - 255 265 - -

70 14000 - - 255 263 - -

71 14200 - - 254 264 - -

72 14400 - - 256 263 - -

73 14600 - - 255 264 - -

74 14800 - - 254 263 - -

75 15000 - - 256 262 - -

76 15200 - - 253 263 - -

77 15400 - - 254 262 - -

78 15600 - - 254 263 - -

79 15800 - - 252 261 - -

80 16000 - - 250 261 - -

81 16200 - - 251 260 - -

82 16400 - - 255 261 - -

83 16600 - - 254 260 - -

84 16800 - - 255 261 - -

85 17000 253 262

86 17200 250 260

87 17400 252 263

20/PL

89 17800 252 258

90 18000 251 259

91 18200 253 260

92 18400 251 260

93 18600 251 259

94 18800 250 261

24/PL

25/PL

Hình PL Hình dạng vị trí chốt nắp xi lanh

26/PL

27/PL

28/PL

29/PL

Hình PL Hình ảnh mơ hình TNCMH bắt đầu trình thử nghiệm

30/PL

Hình PL Hình ảnh mơ hình TNCMH có cặn

31/PL

Hình PL 11 Hình ảnh trang thiết bị mơ hình TNCMH

32/PL

Hình PL 13 Hình ảnh tác giả thực thử nghiệm

33/PL

Hình PL 15 Hình ảnh giảng viên nhà khoa học Bộ môn Máy tàu thủy chứng kiến trình thử nghiệm TNCMH

https://doi.org/10.1080/00102202.2018.1504292,