Nghiên cứu sử dụng dầu diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho động cơ của phương tiện khai thác thủy sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG _ HỒ TRUNG PHƢỚC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ CỦA PHƢƠNG TIỆN KHAI THÁC THỦY SẢN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÁNH HÕA – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG HỒ TRUNG PHƢỚC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ CỦA PHƢƠNG TIỆN KHAI THÁC THỦY SẢN Ngành đào tạo: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN VĂN QUÂN PGS.TS TRẦN GIA THÁI KHÁNH HÕA – 2019 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Nha Trang Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Văn Qn, Trƣờng ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh PGS.TS Trần Gia Thái, Trƣờng ĐH Nha Trang Phản biện 1: PGS.TS Vũ Ngọc Khiêm, trƣờng ĐH Công nghệ Giao thông vận tải Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ, Học viện Kỹ thuật Quân Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Lê Duy Khải, Trƣờng ĐH Bách khoa Tp.HCM LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng dầu Diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho động phƣơng tiện khai thác thủy sản” cơng trình nghiên cứu riêng tơi chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khoa học khác thời điểm Khành Hòa, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hồ Trung Phƣớc i LỜI CẢM ƠN Xuất phát từ niềm đam mê nghiên cứu khoa học, đặc biệt lĩnh vực nghiên cứu tàu cá Ngay từ sinh viên trƣờng Đại học Hàng Hải năm 80, thân tơi ln gắn bó với cơng việc với niềm đam mê đó, tơi lựa chọn đề tài luận án Trong suốt thời gian thực luận án, nhận đƣợc giúp đỡ Ban Giám hiệu, quý Phòng, Khoa Trƣờng Đại học Nha Trang Đặc biệt hƣớng dẫn tận tình PGS.TS Phan Văn Quân, PGS.TS Trần Gia Thái, truyền thụ kiến thức tạo điều kiện để tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Qua đây, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giúp đỡ Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Khoa Kỹ thuật Giao thông Trƣờng Đại học Nha Trang Khoa Kỹ thuật Tàu thủy Trƣờng Đại học Giao thơng Vận tải Thành Phố Hồ Chí Minh, cung cấp thơng tin, tài liệu đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận án Xin chân thành cảm ơn cán nhân viên Sở Khoa học Công nghệ tỉnh khu vực Nam Trung Bộ đồng sông Mê Kông hỗ trợ nhân lực, cung cấp thông tin cần thiết trang thiết bị để q trình thực nghiệm đƣợc hồn thành Tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, quan đồng nghiệp giúp đỡ, động viên suốt trình học tập nghiên cứu thực luận án Xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hồ Trung Phƣớc ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÍ HIỆU vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÐNH .xiii TÑM TẮT NHỮNG ĐÑNG GÑP MỚI CỦA LUẬN ÁN xv MỞ ĐẦU 1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Tính thực tiễn luận án PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6.1 Nghiên cứu lý thuyết 6.2 Nghiên cứu thực nghiệm KẾT CẤU LUẬN ÁN NHỮNG HẠN CHẾ CỦA LUẬN ÁN Chƣơng TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL VÀ LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học biodiesel 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng biodiesel Thế giới Việt Nam 14 1.2.1 Trên Thế giới 14 1.2.2 Tại Việt Nam 18 1.3 Cơ sở lựa chọn động diesel làm máy tàu cá phục vụ nghiên cứu 24 1.4 Kết luận chƣơng 28 iii Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MỊ HÐNH TỐN MỊ TẢ ẢNH HƢỞNG CỦA NHIÊN LIỆU BIODIESEL ĐẾN CÁC THÒNG SỐ CÒNG TÁC CHỦ YẾU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 29 2.1 Các thông số công tác chủ yếu động diesel 30 2.1.1 Công suất động 31 2.1.2 Hiệu suất 32 2.1.3 Tiêu hao nhiên liệu 33 2.1.4 Phát thải khí xả 33 2.2 Nhiên liệu dùng cho động diesel 34 2.2.1 Nhiệt trị 35 2.2.2 Độ nhớt khối lƣợng riêng 35 2.2.3 Sức căng bề mặt tính bay 35 2.2.4 Nhiệt độ chớp lửa nhiệt độ bốc cháy 36 2.2.5 Nhiệt độ vẩn đục nhiệt độ đông đặc 36 2.2.6 Khả tự bốc cháy nhiên liệu 36 2.3 Ảnh hƣởng nhiên liệu biodiesel đến thông số công tác chủ yếu động diesel 37 2.3.1 Nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá 37 2.3.2 Ảnh hƣởng tính chất nhiên liệu biodiesel đến trình phun 42 2.3.3 Ảnh hƣởng nhiên liệu biodiesel đến trình cháy 55 2.3.4 Ảnh hƣởng nhiên liệu biodiesel đến công suất suất tiêu hao nhiên liệu 64 2.3.5 Ảnh hƣởng biodiesel đến phát thải khí xả 64 2.3.5.1 Ảnh hƣởng biodiesel đến phát thải bồ hóng 64 2.3.5.2 Ảnh hƣởng biodiesel đến phát thải NOx 66 2.3.5.3 Ảnh hƣởng biodiesel đến nhiệt độ khí xả 68 2.4 Kết luận chƣơng 68 Chƣơng ĐÁNH GIÁ CÁC THÒNG SỐ CÒNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU B10 BẰNG MÒ PHỎNG SỐ 69 3.1 Phƣơng pháp mô nghiên cứu phát triển động 69 3.2 Xây dựng mơ hình mơ động Cummins NTA855 sử dụng nhiên liệu B10 70 3.2.1 Phần mềm mô mã nguồn mở CFD KIVA-3V 70 3.2.2 Các phƣơng trình chủ đạo tính tốn phần mềm CFD KIVA–3V 75 3.2.3 Xác định điều kiện để hiệu chỉnh mơ hình mơ 78 iv 3.3 Kết mô 81 3.3.1 Phun hình thành hỗn hợp cháy 81 3.3.2 Sự biến thiên áp suất cháy xi lanh 83 3.3.3 Biến thiên nhiệt độ tốc độ tỏa nhiệt 89 3.4 Kết luận chƣơng 102 Chƣơng NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL TỪ MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CUMMINS NTA855 CỦA TÀU CÁ 103 4.1 Xác định phƣơng pháp hòa trộn nhiên liệu B100 với DO 104 4.1.1 Phƣơng pháp hòa trộn đƣờng ống (On line blending) 104 4.1.2 Phƣơng pháp hòa trộn đƣờng ống (In line blending) 104 4.1.3 Phƣơng pháp hịa trộn văng tóe (Splash blending) 105 4.1.4 Phƣơng pháp hòa trộn trung gian (Intermediate blends) 106 4.1.5 Phƣơng pháp hòa trộn khuấy 106 4.2 Bố trí thiết bị thực nghiệm 109 4.2.1 Thiết bị thực nghiệm 109 4.2.1.1 Động thực nghiệm 109 4.2.1.2 Bộ phối trộn nhiên liệu 110 4.2.1.3 Bộ tiêu công suất (Dynometter) 113 4.2.2 Sơ đồ bố trí thiết bị thực nghiệm 116 4.3 Xây dựng chế độ qui trình thực nghiệm 117 4.3.1 Chế độ thực nghiệm 117 4.3.2 Quy trình thực nghiệm 118 4.4 Kết thực nghiệm động Cummins NTA855 đánh giá 119 4.4.1 Kết thực nghiệm 119 4.4.1.1 Kết ghi nhận thời gian khoảng 10.000 chu kỳ làm việc động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO 120 4.4.1.2 Kết ghi nhận thời gian khoảng 20.000 chu kỳ làm việc động sử dụng nhiên liệu B10 so với DO 121 4.4.2 Đánh giá kết thực nghiệm 123 4.5 Kết luận chƣơng 124 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 124 Kết luận: 125 Hƣớng phát triển: 125 v DANH MỤC CÒNG TRÐNH ĐÃ CÒNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 TIẾNG VIỆT 127 TIẾNG ANH 128 WEBSITE 131 PHỤ LỤC vi DANH MỤC KÍ HIỆU CHỮ LA TINH Ah : Diện tích mặt cắt lỗ phun, mm2 Cd : Hệ số giãn dòng vòi phun, - cm : Vận tốc trung bình piston, m/s cp : Nhiệt dung riêng đẳng áp, kJ/kg K cv : Nhiệt dung riêng đẳng tích, kJ/kg K D : Đƣờng kính hạt nhiên liệu, mm Dc : Đƣờng kính xy lanh, mm Dh : Đƣờng kính khoang phun, mm D0 : Đƣờng kính ban đầu hạt nhiên liệu, mm dh : Đƣờng kính lỗ phun, mm dp : Đƣờng kính hạt bồ hóng, mm r F : Gia tốc, m/s2 Fh,j : Thông lƣợng khuếch tán theo phƣơng j, W/m2 g : Gia tốc trọng trƣờng, m/s2 h : Enthalpy, kJ/kg K : Hệ số xâm thực lỗ phun, - k : Động rối, kJ/kg kA : Hằng số tốc độ phản ứng xy hóa bồ hóng, g/cm2s Pa kB : Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng, g/cm2s Pa ki : Hằng số tốc độ phản ứng i mơ hình hình thành NOx kg/m3s kT : Hằng số tốc độ phản ứng ô xy hóa bồ hóng, g/cm2s kZ : Hằng số tốc độ phản ứng xy hóa bồ hóng, 1/Pa lb : Chiều dài phân rã tia phun, m lh : Chiều dài lỗ phun, mm md : Khối lƣợng hạt nhiên liệu, g mf : Lƣợng nhiên liệu cấp chu trình, g/ct m&inj : Tốc độ phun lƣu lƣợng nhiên liệu, g/h : Số Avogadro, mol-1 : Số hạt rắn, 1/cm3 NA NP vii ... biodiesel từ mỡ cá da trơn đến thông số làm việc chủ yếu động Từ kiến giải trên, rõ vấn đề cần thiết: ? ?Nghiên cứu sử dụng dầu diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho động phƣơng tiện khai thác thủy. .. chất lƣợng biodiesel thị trƣờng, ? ?Nghiên cứu sử dụng dầu Diesel sinh học từ mỡ cá da trơn cho động phƣơng tiện khai thác thủy sản? ?? cấp thiết bối cảnh MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ảnh hƣởng... TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG HỒ TRUNG PHƢỚC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ MỠ CÁ DA TRƠN CHO ĐỘNG CƠ CỦA PHƢƠNG TIỆN KHAI THÁC THỦY SẢN Ngành đào tạo: Kỹ thuật khí động lực Mã