Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học trong hỗn hợp diesel ethanol biodiesel tới tính năng kỹ thuật và phát thải động cơ diesel (1)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tơi thực Luận án có sử dụng phần kết tơi nhóm nghiên cứu thực đề tài cấp sở “Nghiên cứu tính kỹ thuật phát thải động diesel sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol diesel-ethanol-biodiesel”, mã số T2018-PC-041 PGS.TS Phạm Hữu Tuyến chủ nhiệm đề tài Tôi đƣợc chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng phần kết nghiên cứu đề tài cấp sở vào việc viết luận án Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày Tập thể giáo viên hƣớng dẫn tháng năm 2021 Nghiên cứu sinh GS.TS Phạm Minh Tuấn PGS.TS Phạm Hữu Tuyến i Nguyễn Văn Nhỉnh LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Động đốt trong, Trung tâm nghiên cứu động cơ, nhiên liệu khí thải cho phép giúp đỡ thực luận án thời gian học tập, nghiên cứu Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Minh Tuấn PGS.TS Phạm Hữu Tuyến chu đáo, tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi thực hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Tuyến chủ nhiệm đề tài cấp sở mã số T2018-PC-041 đồng ý cho sử dụng phần kết nghiên cứu đề tài vào việc viết luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Hƣng Yên, Khoa Cơ khí Động lực thầy khoa ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Giáo sƣ, Phó Giáo sƣ, Tiến sĩ nhà khoa học dành thời gian q báu để đọc góp ý giúp tơi hoàn thiện luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, ngƣời ln động viên khuyến khích suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Nhỉnh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU i Sự cần thiết đề tài ii Mục đích nghiên cứu iii.Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu iv Phƣơng pháp nghiên cứu v Ý nghĩa khoa học thực tiễn vi Tính đề tài vii Bố cục luận án 1.1 Khái quát chung nhiên liệu sinh học 1.2 Nhiên liệu ethanol biodiesel 1.2.1 Nhiên liệu ethanol 1.2.2 Nhiên liệu biodiesel 1.3 Tình hình sản xuất ethanol biodiesel 12 1.3.1 Trên giới 12 1.3.2 Tại Việt Nam 13 1.4 Các kết nghiên cứu sử dụng ethanol biodiesel làm nhiên liệu cho động diesel 15 1.4.1 Nghiên cứu nƣớc 15 1.4.2 Nghiên cứu nƣớc 24 1.5 Hƣớng tiếp cận luận án 27 1.6 Kết luận chƣơng 27 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESELETHANOL-BIODIESEL 29 2.1 Tính chất hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol-biodiesel 29 2.1.1 Tính chất hỗn hợp diesel-ethanol 29 2.1.2 Tính chất hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol-biodiesel 32 2.2 Quá trình cháy động diesel sử dụng hỗn hợp diesel-ethanolbiodiesel 34 2.2.1 Quá trình cháy động diesel sử dụng diesel khoáng 34 2.2.2 Quá trình cháy động diesel sử dụng hỗn hợp diesel-ethanol 36 iii 2.2.3 Quá trình cháy động diesel sử dụng hỗn hợp diesel-ethanolbiodiesel 38 2.3 Nghiên cứu cấu trúc tia phun sử dụng nhiên liệu hỗn hợp 39 2.3.1 Cấu trúc tia phun động 39 2.3.2 Cấu trúc tia phun với hỗn hợp nhiên liệu 43 2.4 Cơ sở lý thuyết mô phần mềm AVL Boost 44 2.4.1 Phƣơng trình nhiệt động học 44 2.4.2 Lý thuyết tính tốn q trình cháy 46 2.4.3 Lý thuyết tính tốn truyền nhiệt 50 2.4.4 Lý thuyết tính tốn lƣợng phát thải động diesel 51 2.4.5 Mơ hình nhiên liệu 53 2.5 Cơ sở phƣơng pháp lấy mẫu đếm hạt khí thải động 53 2.5.1 Thành phần phân bố hạt theo kích thƣớc 54 2.5.2 Sơ đồ hệ thống lấy mẫu phép đo số lƣợng hạt 55 2.6 Kết luận chƣơng 56 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESELETHANOL-BIODIESEL 58 3.1 Xây dựng mơ hình động diesel đánh giá độ tin cậy mô hình 58 3.1.1 Mục đích đối tƣợng mô 58 3.1.2 Xây dựng mơ hình mơ động 60 3.1.3 Đánh giá độ tin cậy mơ hình mơ 64 3.2 Tính tốn mơ tính kỹ thuật phát thải động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol diesel-ethanol-biodiesel 67 3.2.1 Kết mô sử dụng nhiên liệu diesel-ethanol 67 3.2.2 Kết mô sử dụng nhiên liệu diesel-ethanol-biodiesel 73 3.3 Kết luận chƣơng 83 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 85 4.1 Mục đích thử nghiệm 85 4.2 Phƣơng pháp, đối tƣợng chế độ thử nghiệm 85 4.2.1 Phƣơng pháp thử nghiệm 85 4.2.2 Đối tƣợng thử nghiệm 85 4.2.3 Chế độ thử nghiệm 86 4.3 Trang thiết bị thử nghiệm 86 4.3.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm 86 4.3.2 Các thiết bị thử nghiệm 87 iv 4.4 Nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc chùm tia phun nhiên liệu diesel, DE5, DE10, DE5B5 DE10B5 91 4.4.1 Các thiết bị sử dụng nghiên cứu 91 4.4.2 So sánh cấu trúc chùm tia phun nhiên liệu diesel, DE5, DE10, DE5B5 DE10B5 92 4.5 Kết thử nghiệm động băng thử 94 4.5.1 Tính kỹ thuật động diễn biến áp suất xylanh 94 4.5.2 Ảnh hƣởng hỗn hợp nhiên liệu tới phát thải động 98 4.6 So sánh kết mô thực nghiệm với nhiên liệu DE10B5 109 4.7 Tính toán sơ lƣợng ethanol thay diesel 111 4.8 Kết luận chƣơng 112 KẾT LUẬN CHUNG 114 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 121 MỤC LỤC PHỤ LỤC 122 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ sản xuất ethanol từ sắn [3] Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất ethanol từ xenluloza [5] Hình 1.3 Sơ đồ sản xuất biodiesel 12 Hình 1.4 Biểu đồ sản lƣợng ethanol giới từ năm 2007 đến 2015[12] 13 Hình 1.5 Phát thải động sử dụng nhiên liệu diesel, DE5, DE10 1200 v/ph 1500 v/ph [21] 16 Hình 1.6 Suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng nhiên liệu diesel, DE5, DE10 1200 v/ph 1500 v/ph [21] 16 Hình 1.7 Suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng nhiên liệu diesel, DE10, DE30 [24]17 Hình 1.8 Phát thải NOx, smoke sử dụng nhiên liệu diesel, DE10, DE30 [24] 17 Hình 1.9 So sánh tính động diesel, B5, B20, B70 B100 [26] 18 Hình 1.10 Phát thải nhiên liệu diesel, B5, B20, B70 B100 [26] 19 Hình 1.11 Đặc tính cháy nhiên liệu thử nghiệm [35] 20 Hình 1.12 Cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu hiệu suất nhiệt nhiên liệu thử nghiệm [36] 21 Hình 1.13 So sánh áp suất cháy tốc độ tỏa nhiệt diesel, DB10, DE10B10, DE20B10[38] 22 Hình 1.14 Phát thải nhiên liệu diesel, B5, B20, DE3B12 DE4B16 100% tải [39] 23 Hình 1.15 Phát thải nhiên liệu diesel, DE15, DE10B10 DE15B20 [40] 24 Hình 1.16 Thay đổi Ne ge theo tỷ lệ diesel 25 Hình 1.17 Quan hệ CO, HC, NOx, độ khói tỷ lệ pha trộn diesel sinh học [43] 25 Hình 1.18 Mơ men suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng nhiên liệu diesel, DE5, DE10 [48] 26 Hình 1.19 Phát thải CO, HC, NOx sử dụng nhiên liệu diesel, DE5, DE10 [48] 27 Hình 2.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng ethanol đến độ nhớt nhiên liệu [49,50,51].30 Hình 2.2 Trị số xêtan nhiên liệu diesel-ethanol [49,50] 30 Hình 2.3 Nhiệt trị nhiên liệu diesel-ethanol [49,50] 31 Hình 2.4 Hàm lƣợng xy hỗn hợp diesel-ethanol [49,50] 31 Hình 2.5 Nhiệt độ tự cháy hỗn hợp diesel-ethanol [49,50] 32 Hình 2.6 Nhiệt ẩn hóa hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol [49,50] 32 Hình 2.7 Đồ thị khai triển trình cháy động diesel [56,57,58] 35 Hình 2.8 So sánh áp suất xylanh sử dụng diesel diesel-ethanol [59] 36 Hình 2.9 So sánh tốc độ tỏa nhiệt sử dụng diesel diesel-ethanol [59] 37 vi Hình 2.10 Tốc độ cháy nhiên liệu diesel-ethanol [59] 37 Hình 2.11 Diễn biến áp suất xy lanh tốc độ tỏa nhiệt (pinj = 1200 MPa, n = 1200 v/ph) [37] 39 Hình 2.12 Sự phân rã tia phun diesel hình nón [60] 40 Hình 2.13 So sánh tia phun với tỷ lệ pha trộn ethanol nhiệt độ nhiên liệu khác [62] 43 Hình 2.14 Ảnh hƣởng tỷ lệ pha trộn diesel-ethanol-biodiesel đến đặc tính phun [62] 44 Hình 2.15 Cân lƣợng xylanh động 45 Hình 2.16 Thành phần phát thải hạt đƣợc tạo trình cháy 54 Hình 2.17 Phân bố số lƣợng, khối lƣợng, diện tích bề mặt theo đƣờng kính hạt 55 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lấy mẫu xác định số lƣợng hạt khí thải56 Hình 3.1 Động diesel Hyundai D4BB ……………………………………… 58 Hình 3.2 Đƣờng đặc tính ngồi động thực 59 Hình 3.3 Mơ hình động D4BB 61 Hình 3.4 Kết mơ thực nghiệm 65 Hình 3.5 Kết mơ thực nghiệm phát thải CO 66 Hình 3.6 Kết mô thực nghiệm phát thải NOx 66 Hình 3.7 Kết mô thực nghiệm phát thải NOx 67 Hình 3.8 Mơmen (a) suất tiêu hao nhiên liệu (b) theo đặc tính ngồi 68 Hình 3.9 Suất tiêu hao nhiên liệu, thay đổi trung bình theo đặc tính tải 69 Hình 3.10 Hàm lƣợng CO theo đặc tính ngồi 70 Hình 3.11 Hàm lƣợng CO theo đặc tính tải 2000v/ph 71 Hình 3.12 Hàm lƣợng NOx theo đƣờng đặc tính ngồi 71 Hình 3.13 Hàm lƣợng NOx theo đặc tính tải 2000v/ph 72 Hình 3.14 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình CO, NOx, soot theo đƣờng đặc tính ngồi 73 Hình 3.15 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình CO, NOx, soot theo đặc tính tải 2000v/ph 73 Hình 3.16 Mơ men thay đổi trung bình theo đặc tính ngồi 75 Hình 3.17 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình theo đặc tính ngồi 76 Hình 3.18 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình 2000 v/ph 77 Hình 3.19 Hàm lƣợng CO thay đổi trung bình theo đặc tính ngồi 78 Hình 3.20 Hàm lƣợng CO thay đổi trung bình theo đặc tính tải 2000 v/ph 79 Hình 3.21 Hàm lƣợng NOx thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 80 Hình 3.22 Hàm lƣợng NOx thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 81 vii Hình 3.23 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 82 Hình 3.24 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 83 Hình 4.1 Khuấy hịa trộn hỗn hợp nhiên liệu……………………………………86 Hình 4.2 Sơ đồ thử nghiệm động D4BB 86 Hình 4.3 Băng thử động lực cao động 87 Hình 4.4 Phanh điện APA 100 87 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý hình ảnh thực tế cảm biến tốc độ động 88 Hình 4.6 Thiết bị đo độ đen Smoke Meter AVL 415 89 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý hình ảnh thực tế AVL Fuel Balance 733S 89 Hình 4.8 Sơ đồ hệ thống phân tích khí xả AVL CEBII 90 Hình 4.9 Sơ đồ khối hệ thống lấy mẫu xác định số hạt khí thải 91 Hình 4.10 Thiết bị cân chỉnh vòi phun 92 Hình 4.11 Máy quay Photron Fastcam SA3 tốc độ 3000 FPS 92 Hình 4.12 Quá trình chụp tia nhiên liệu 92 Hình 4.13 Cấu trúc tia phun nhiên liệu diesel, DE5, ED10, DE5B5 DE10B5 93 Hình 4.14 Mơmen thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 95 Hình 4.15 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 96 Hình 4.16 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 97 Hình 17 Diễn biến áp suất xylanh theo đƣờng đặc tính ngồi 98 Hình 4.18 Phát thải CO thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 99 Hình 4.19 Phát thải CO thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 100 Hình 20 Phát thải HC thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 101 Hình 4.21 Phát thải HC thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 102 Hình 4.22 Phát thải NOx thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 103 Hình 4.23 Phát thải NOx thay đổi trung bình theo đặc tính tải 2000 v/ph 104 Hình 4.24 Độ khói thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 105 Hình 4.25 Độ khói thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 106 Hình 4.26 Giá trị Lambda theo đƣờng đặc tính ngồi 107 Hình 4.27 Giá trị Lambda theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 108 Hình 4.28 Số hạt thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 109 Hình 4.29 Số hạt trung bình khí thải theo đƣờng đặc tính ngồi 109 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tính chất vật lý ethanol [2] Bảng 2.1 Một số tính chất nhiên liệu hỗn hợp diesel-ethanol [49,50] ……………29 Bảng 2.2.Một số tính chất hỗn hợp diesel-ethanol-biodiesel [49,50,53,54] 33 Bảng 2.3 Chuỗi phản ứng hình thành NOx 51 Bảng 3.1 Các thông số động D4BB theo catalog [73] ……………59 Bảng 3.2 Thơng số đặc tính động nghiên cứu 59 Bảng 3.3 Tính chất nhiên liệu mơ [2,6] 60 Bảng 3.4 Các phần tử để xây dựng mơ hình động D4BB 61 Bảng 3.5 Thành phần hóa học nhiên liệu biodiesel nguồn gốc từ dầu cọ [63] 62 Bảng 3.6 Thông số mơ hình nhiên liệu gốc [63] 63 Bảng 3.7 So sánh kết thực nghiệm (TN) mô (MP) công suất, suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng diesel 64 Bảng 3.8 So sánh kết thực nghiệm (TN) mô (MP) thành phần phát thải CO 65 Bảng 3.9 So sánh kết thực nghiệm (TN) mô (MP) thành phần phát thải NOx 66 Bảng 3.10 So sánh kết thực nghiệm (TN) mô (MP) thành phần phát thải soot sử dụng diesel 67 Bảng 3.11 So sánh mômen động sử dụng diesel, DE5, DE10 68 Bảng 3.12 So sánh suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng diesel, DE5, DE10 68 Bảng 3.13 So sánh suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính tải 2000v/ph 69 Bảng 3.14 Phát thải CO theo đƣờng đặc tính ngồi 70 Bảng 3.15 Phát thải CO theo đặc tính tải 2000v/ph 70 Bảng 3.16 Phát thải NOx theo đƣờng đặc tính ngồi 71 Bảng 3.17 Phát thải NOx theo đặc tính tải 2000v/ph 72 Bảng 3.18 Phát thải soot theo đƣờng đặc tính ngồi 72 Bảng 3.19 Hàm lƣợng soot theo đặc tính tải 2000v/ph 73 Bảng 3.20 Mômen động sử dụng diesel, DE5B5, DE10B5, DE15B5, DE20B5, DE30B5 đặc tính 74 Bảng 3.21 Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng diesel, DE5B5, DE10B5, DE15B5, DE20B5, DE30B5 theo đặc tính ngồi 75 Bảng 3.22 Suất tiêu hao nhiên liệu 2000 v/ph theo đặc tính tải 76 Bảng 3.23 Phát thải CO theo đƣờng đặc tính ngồi 77 Bảng 3.24 Phát thải CO sử dụng diesel, DE5B5,DE10B5, DE15B5, DE20B5 DE30B5, DE50B5 theo đặc tính tải 2000 v/ph 78 ix Bảng 3.25 Phát thải NOx theo đƣờng đặc tính ngồi 79 Bảng 3.26 Phát thải NOx theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 80 Bảng 3.27 Phát thải soot theo đƣờng đặc tính 81 Bảng 3.28 Phát thải soot theo đặc tính tải 2000 v/ph 82 Bảng 4.1 Chiều dài góc tia phun…………………………………………93 Bảng 4.2 Mơ men động với mẫu nhiên liệu theo đƣờng đặc tính ngồi 95 Bảng 4.3 Suất tiêu hao nhiên liệu với mẫu nhiên liệu theo đƣờng đặc tính 96 Bảng 4.4 Suất tiêu hao nhiên liệu với nhiên liệu thử nghiệm theo đặc tính tải 2000v/ph 96 Bảng 4.5 Phát thải CO theo đƣờng đặc tính ngồi 99 Bảng 4.6 Phát thải CO theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 99 Bảng 4.7 Phát thải HC theo đƣờng đặc tính ngồi 100 Bảng Phát thải theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 101 Bảng 4.9 Phát thải NOx theo đƣờng đặc tính ngồi 102 Bảng 4.10 Phát thải NOx theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 103 Bảng 4.11 Smoke theo đƣờng đặc tính ngồi 104 Bảng 4.12 Smoke theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 105 Bảng 4.13 Giá trị lambda theo đƣờng đặc tính ngồi 106 Bảng 4.14 Giá trị Lambda theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 107 Bảng 4.15 Số hạt theo đƣờng đặc tính ngồi 108 Bảng 16 So sánh kết mô (MP) thực nghiệm (TN) mô men, suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng DE10B5 109 Bảng 17 So sánh kết mô (MP) thực nghiệm (TN) thành phần phát thải CO sử dụng DE10B5 110 Bảng 18 So sánh kết mô (MP) thực nghiệm (TN) thành phần phát thải NOx sử dụng DE10B5 110 Bảng 19 So sánh kết mô (MP) thực nghiệm (TN) thành phần phát thải soot sử dụng DE10B5 111 x Lưu liệu nhiên liệu Giao diện nhập mơ hình nhiên liệu Sau chọn “Fuel Label” lấy cơng thức hóa học nhiên liệu biodiesel 6-PL Phụ lục 2.2 Xây dựng mơ hình nhiên liệu cho DE5B5 Tiến hành nhập mơ hình nhiên liệu DE5B5 Sử dụng bƣớc nhƣ Phụ lục 2.1, nhiên, chọn “Fuel Label” lấy cơng thức nhiên liệu chọn thêm thành phần diesel ethanol Sau đó, sử dụng “Fraction Ratio” để pha trộn thành hỗn hợp nhiên liệu DE5B5, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” Sau chọn thành phần tỷ lệ thể tích nhiên liệu DE5B5, chọn “Fuel Components”, chọn nhiên liệu “Load data from Themodynamic Data File” xuất file nhiên liệu với đầy đủ thông số 7-PL “Save as” nhiên liệu với tên DE5B5.bgp ta xây dựng xong mơ hình nhiên liệu Sau “upload” nhiên liệu DE5B5 vào “Boost gas properties Data file” Nhiên liệu DE5B5 đƣợc định nghĩa mơ hình mơ 8-PL Phụ lục 2.3 Xây dựng mơ hình nhiên liệu cho DE10B5 Tiến hành nhập mơ hình nhiên liệu DE10B5 Sử dụng bƣớc nhƣ Phụ lục 2.1, nhiên, chọn “Fuel Label” lấy công thức nhiên liệu chọn thêm thành phần diesel ethanol Sau đó, sử dụng “Fraction Ratio” để pha trộn thành hỗn hợp nhiên liệu DE10B5, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” Sau chọn thành phần tỷ lệ thể tích nhiên liệu DE10B5, chọn “Fuel Components”, chọn nhiên liệu “Load data from Themodynamic Data File” xuất file nhiên liệu với đầy đủ thông số “Save as” nhiên liệu với tên DE10B5.bgp ta xây dựng xong mơ hình nhiên liệu 9-PL Sau “upload” nhiên liệu DE10B5 vào “Boost gas properties Data file” Nhiên liệu DE10B5 đƣợc định nghĩa mơ hình mơ Xây dựng mơ hình nhiên liệu cho nhiên liệu DE5, DE10, DE15B5, DE20B5, DE30B5 bƣớc tƣơng tự, nhiên cần thay đổi tỷ lệ hỗn hợp thành phần nhiên liệu đƣợc thể nhƣ sau: Tiến hành nhập mơ hình nhiên liệu DE15B5 Sử dụng bƣớc nhƣ Phụ lục 2.1, nhiên, chọn “Fuel Label” lấy công thức nhiên liệu chọn thêm thành phần diesel ethanol Sau đó, sử dụng “Fraction Ratio” để pha trộn thành hỗn hợp nhiên liệu DE15B5, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” 10-PL Tiến hành nhập mơ hình nhiên liệu DE20B5 Sử dụng bƣớc nhƣ Phụ lục 2.1, nhiên, chọn “Fuel Label” lấy cơng thức nhiên liệu chọn thêm thành phần diesel ethanol Sau đó, sử dụng “Fraction Ratio” để pha trộn thành hỗn hợp nhiên liệu DE20B5, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” Tiến hành nhập mơ hình nhiên liệu DE30B5 Sử dụng bƣớc nhƣ Phụ lục 2.1, nhiên, chọn “Fuel Label” lấy cơng thức nhiên liệu chọn thêm thành phần diesel ethanol Sau đó, sử dụng “Fraction Ratio” để pha trộn thành hỗn hợp nhiên liệu DE30B5, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” 11-PL Tiến hành nhập mô hình nhiên liệu DE5 chọn “Fuel Label” lấy cơng thức nhiên liệu chọn thành phần diesel ethanol Sau đó, sử dụng “Fraction Ratio” để pha trộn thành hỗn hợp nhiên liệu DE5, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” Tiến hành nhập mơ hình nhiên liệu DE10 chọn “Fuel Label” lấy công thức nhiên liệu chọn thành phần diesel ethanol Sau đó, sử dụng “Fraction Ratio” để pha trộn thành hỗn hợp nhiên liệu DE10, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” 12-PL Phụ lục 2.4 Xác định hệ số a1 đến a7 cho nhiên liệu biodiesel Xác định lần lƣợt hệ số a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 phần mềm AVL Boost theo thành phần hóa học nhiên liệu biodiesel: chọn thành phần hóa học “C16H32O2”, “Load data from Themodynamic Data File” xuất file nhiên liệu với đầy đủ thông số a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 , với thành phần hóa học khác thực tƣơng tự PHỤ LỤC MỘT SỐ TRANG THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM Phụ lục 3.1 MÁY KHUẤY SỬ DỤNG BẰNG KHÍ NÉN 13-PL Hình PL3.1 Máy khuấy hịa trộn hỗn hợp nhiên liệu Thơng số kỹ thuật máy khuấy khí nén STT Tên thơng số Motor khí nén Pnona Cơng suất Kích thƣớc trục Trọng lƣợng Giá trị 1,8HP 15x800mm 4,3kg Phụ lục 3.2 Cảm biến Lambda LSU 4.9 Cảm biến đƣợc thiết kế để đo hệ số dƣ lƣợng khơng khí λ khí xả động đốt (động xăng động diesel) Đây loại cảm biến dải rộng có dải đo λ từ 0,65÷10,1 Thơng số cảm biến đƣợc thể nhƣ sau: Thông số cảm biến lambda LSU 4.9 [76] Thông số Giá trị Dải đo 0,65÷10,1 Nhiên liệu tƣơng thích Xăng/diesel Áp suất khí xả (bar) ≤ 2,5 Nhiệt độ khí xả ( C) < 930 Điện áp nguồn cấp (V) 10,8÷16,5 14-PL Hình PL3.2 Cảm biến lambda LSU 4.9 PHỤ LỤC CÁC TRANG THIẾT BỊ ĐẾM SỐ LƢỢNG HẠT TRONG KHÍ THẢI Sơ đồ hệ thống lấy mẫu đếm hạt Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải (Hình PL4.1, PL4.2) Hệ thống gồm phận chính: Ống pha lỗng thứ (PND1), ống sấy, ống pha loãng thứ hai (PND2) Dựa yêu cầu phƣơng pháp lấy mẫu đếm số lƣợng hạt, hệ thống lấy mẫu đếm gồm pha loãng thứ đƣợc sấy nóng đến 1500C, ống bay nhiên liệu đƣợc sấy tới 300÷4000C, pha lỗng thứ hai làm mát khí mẫu xuống dƣới 300C Thiết bị đếm hạt DiSC mini đƣợc sử dụng thực nghiệm, tính thơng số kỹ thuật thiết bị Phụ lục 4.1 Hệ thống lấy mẫu Hình PL4.1 Hệ thống lấy mẫu thiết kế để thực nghiệm 15-PL Hình PL4.2 Sơ đồ khối hệ thống lấy mẫu xác định số lượng hạt khí thải a) Ống pha loãng thứ  Nhiệm vụ: Ống pha loãng thứ có nhiệm vụ pha lỗng khí mẫu để giảm nồng độ số hạt cho phù hợp với dải đo thiết bị đếm Ngoài hệ thống pha lỗng thứ cịn có nhiệm vụ loại bỏ hạt dễ bay  Cấu tạo: Để giảm đƣợc nồng độ hạt có khí mẫu hệ thống pha loãng thứ cần nguồn cung cấp khí nén để pha lỗng Tỉ lệ pha lỗng nằm khoảng 10-200 lần Nhiệt độ khí mẫu phải nằm khoảng 1500C – 4000C để làm bay hạt dễ bay Cấu tạo hệ thống pha lỗng thứ Hình PL4.3 Mặt cắt hình chiếu đứng hệ thống pha lỗng thứ Mặt bích rời 140; Bu lơng 8; Lớp cách nhiệt; Gioăng cao su; Dây nhiệt điện trở; Ống pha lỗng; Mặt bích liền 140  Nguyên lý làm việc: Khí nén khí mẫu vào hệ thống pha loãng thứ Tại khí mẫu đƣợc pha lỗng để giảm nồng độ số hạt Hệ thống pha 16-PL loãng thứ đƣợc sấy nóng dây nhiệt điện trở (5), trì nhiệt độ sấy giữ ổn định 1500C suốt trình lấy mẫu Lớp cách nhiệt (3) làm bơng thủy tinh để giữ nhiệt độ lòng ống sấy ln ổn định tránh cho nhiệt độ bên lịng ống sấy trao đổi nhiệt với khơng khí bên ngồi Các mặt bích (1) (7) với gioăng cao su (4) bao kín ống pha lỗng (6) hạt khí mẫu khơng bị tổn thất ngồi Hình PL4.4 Ngun lý làm việc hệ thống pha loãng thứ b, Ống sấy  Nhiệm vụ: Ống sấy trì nhiệt độ sấy nằm khoảng từ 300°C - 400°C để tiếp tục làm bay hạt nhiên liệu lỏng  Cấu tạo: Cũng giống nhƣ hệ thống pha loãng thứ nhất, ống sấy đƣợc sấy nóng dây nhiệt điện trở để trì nhiệt độ sấy ổn định 3000C Chiều dài ống sấy dài so với ống pha lỗng thời điểm để hạt nhiên liệu lỏng bay Hình PL4 Mặt cắt hình chiếu đứng ống sấy Gioăng cao su; Bu lông 8; Lớp cách nhiệt; Dây nhiệt điên trở; Mặt bích 140  Nguyên lý làm việc: Khí mẫu đƣợc pha loãng hệ thống pha loãng thứ tiếp tục vào ống sấy Trong lòng ống sấy nhiệt độ khí mẫu đƣợc trì 3000C để làm bay hạt dễ bay Hình mô tả nguyên lý làm việc ống sấy 17-PL Hình PL4.6 Nguyên lý làm việc ống sấy c) Ống pha loãng thứ hai  Nhiệm vụ: Bộ pha lỗng thứ hai có nhiệm vụ tiếp tục pha lỗng khí mẫu để giảm nồng độ hạt có khí mẫu Ngồi hệ thống pha lỗng thứ hai cịn có nhiệm vụ tránh ngƣng tụ hạt đảm bảo nhiệt độ đầu khí mẫu nhỏ 350C trƣớc vào thiết bị đếm  Cấu tạo: Hệ thống pha loãng thứ hai có kích thƣớc giống nhƣ hệ thống pha lỗng thứ Tuy nhiên cần đảm bảo nhiệt độ đầu nhỏ 350C nên không cần dây sấy Đầu hệ thống pha loãng thứ hai đƣợc kết nối với bơm hút thiết bị đếm hạt  Nguyên lý làm việc: Khí mẫu từ ống sấy vào hệ thống pha loãng thứ hai nhờ bơm hút Tại hệ thống pha lỗng hai đƣợc cung cấp thêm khí nén để tiếp tục pha lỗng khí mẫu Tỉ lệ pha lỗng nằm khoảng 10-30 Sau số hạt khí mẫu đƣợc đếm nhờ đếm  Hình PL4 Mặt cắt đứng hệ thống pha loãng thứ hai Mặt bích liền 140; Ống pha lỗng; Mặt bích liền 140; Gioăng cao su; Bu lơng 18-PL Hình PL4.8 Ngun lý làm việc hệ thống pha loãng thứ hai Phụ lục 4.2 Thiết bị đếm hạt DiSC mini Hình PL4.9 Thiết bị đếm hạt kết nối với thiết bị lấy mẫu thực nghiệm Thiết bị đếm hạt DiSC mini máy phân tích hạt nano di động nhằm đếm số lƣợng hạt, đo kích thƣớc hạt trung bình Tính thiết bị đếm hạt DiSC mini: - Đo số lƣợng đƣờng kính trung bình hạt nano - Ghi đồng thời nồng độ hạt kích thƣớc hạt, cho phép xác định thông số đặc trƣng khác (chẳng hạn nhƣ diện tích bề mặt hạt) - Lƣu liệu thẻ nhớ truyền liệu sang máy tính bên ngồi qua USB - DiSC mini testo hoạt động thời gian dài vị trí khơng cần phải bổ sung chất lỏng làm việc - Khả chống rung hoạt động vị trí - Hoạt động pin nguồn điện AC cho phép đo dài hạn 19-PL Hình PL4 10 Giao diện thiết bị đếm hạt DiSC mini Thông số kĩ thuật thiết bị đếm hạt DiSC mini Kích thƣớc hạt đo đƣợc Nồng độ hạt Từ 10nm tới 700nm - Nồng độ hạt đo đƣợc phụ thuộc vào kích thƣớc hạt thời gian - Các giá trị điển hình đƣợc đƣa dƣới đây: + Hạt 20nm: 2E3 tới 1E6 hạt/cm3; + Hạt 100nm: 5E2 tới 5E5 hạt/cm3 Sai số phép đo - ± 30% kích thƣớc hạt - ± 5E2 hạt/cm3 phép đo nồng độ hạt Tốc độ dòng chảy 1,0 lít/phút ±0,1 lít/phút Áp suất - 800 tới 1000 mbar; - Δp tối đa đầu vào: ± 20 mbar Nhiệt độ hoạt động +100C tới +300C Kích thƣớc 120x80x40 mm Khối lƣợng 700 gam 20-PL ... CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESELETHANOL -BIODIESEL 29 2.1 Tính chất hỗn hợp nhiên liệu diesel- ethanol- biodiesel. .. quan nhiên liệu ethanol biodiesel Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel- ethanol- biodiesel Chƣơng 3: Nghiên cứu mơ tính kỹ thuật. .. thành hỗn hợp cháy động diesel 1.4.1.3 Nhiên liệu diesel- ethanol- biodiesel Hiện có số cơng trình nghiên cứu tính chất hỗn hợp nhiên liệu diesel- ethanol- biodiesel nhƣ khả sử dụng hỗn hợp động diesel