Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn butanol diesel đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THÀNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ PHỐI TRỘN BUTANOL-DIESEL ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.52.0116 ĐÀ NẴNG - NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THÀNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ PHỐI TRỘN BUTANOL-DIESEL ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.52.0116 ĐÀ NẴNG - NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu phần thực nghiệm luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thành NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG TỶ LỆ PHỐI TRỘN BUTANOL-DIESEL ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Học viên: Nguyễn Thành Mã số: 60.52.0116 Khóa: 30 Chuyên ngành: Cơ khí động lực Trƣờng Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt - Tiết kiệm lƣợng giảm thiểu nhiễm mơi trƣờng để bảo vệ bầu khí trái đất, nhƣ đảm bảo an ninh lƣợng toàn cầu mục tiêu nghiên cứu nhà khoa học Vì lý nêu trên, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn Butanol-Diesel đến tính kinh tế kỹ thuật động Diesel ”có ý nghĩa quan trọng cấp thiết Luận văn sử dụng chủ yếu phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn butanol đến tính kinh tế kỹ thuật nhƣ vấn đề ô nhiễm môi trƣờng động nhiệt sử dụng nhiên liệu diesel pha butanol Kết luận văn tìm đƣợc tỷ lệ pha trộn tối ƣu Butanol với Diesel theo tiêu chí giảm tiêu hao nhiên liệu nghiên cứu thực nghiệm hỗn hợp butanol-diesel động diesel EV2600.Theo tỷ lệ pha trộn X% thể tích butanol vào (100-x)% thể tích dầu diesel khống DO 0,05S (có ký hiệu DOBX) cho phép giảm tiêu hao nhiên liệu khoảng xx% đến yy% Từ khóa – Nhiên liệu butanol; Nghiên cứu thực nghiệm; Hỗn hợp butanol-diesel; Tiêu hao nhiên liệu; Động diesel EV2600 EXPERIMENTAL RESULTS AFFECTING BUTANOL-DIESEL MIXING TO THE TECHNICAL CHARACTERISTICS OF DIESEL ENGINE Abstract - Saving energy and minimizing environmental pollution to protect the atmosphere on Earth, as well as ensuring global energy security, is the research goal of the scientists For the reasons mentioned above, the author chose the topic "Experimental Research Affecting the Mixing Ratio of Butanol-Diesel to the Technical and Economic Properties of Diesel Engines" The thesis utilizes mainly empirical methods to assess the effect of blending ratio of butanol on technical and economic feasibility as well as on environmental pollution of diesel engine with butanol The result of the thesis is to find the optimal mixing ratio of Butanol with Diesel according to the criterion of reduction of fuel consumption when experimental study of butanoldiesel mixture on EV2600 diesel engine Accordingly, the mixing ratio of X % volume of butanol in (100-x)% of mineral oil DO 0.05S (with the symbol DOBX) allows reduction of fuel consumption about xx% to yy% Key words - Butanol fuel; Experimental study; Butanol-diesel mixture; Fuel consumption; EV2600 diesel engine MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1 Mục đích đề tài Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.Đối tượng nghiên cứu 2.Phạm vi nghiên cứu PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƢỢNG HÓA THẠCH 1.1.1 Trữ lượng nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch giới 1.1.2 Tình hình khủng hoảng lượng giới 1.2 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MƠI TRƢỜNG VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 1.2.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường 1.2.2 Tình hình biến đổi khí hậu 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.3.1 Tình hình sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học giới 1.3.2 Khả sản xuất Butanol 1.3.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng Butanol 11 1.4 KẾT LUẬN 12 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 13 2.1.1 Diễn biến trình cháy động Diesel 13 2.1.1.1 Giai đoạn chuẩn bị cháy: 14 2.1.1.2.Giai đoạn tăng áp suất: .14 2.1.1.3.Giai đoạn tăng nhiệt độ: 15 2.1.1.4.Giai đoạn cháy rớt: 15 2.1.2.1.Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn chuẩn bị cháy: 15 2.1.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn cịn lại q trình cháy .17 2.1.3 Điều chỉnh tỷ lệ phối trộn butanol cho động Diesel 18 2.1.3.1 Các phương pháp điều chỉnh tỷ lệ phối trộn động Diesel 18 2.1.3.2 Cách điều chỉnh tỷ lệ phối trộn động thí nghiệm 19 2.2 NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 19 2.2.1 Nhiên liệu sử dụng cho động Diesel 19 2.2.1.1.Nhiên liệu Diesel: .19 2.2.1.2.Nhiên liệu sinh học: 19 2.2.2 Nhiên liệu sinh học dùng cho động Diesel 20 2.2.2.1.Giới thiệu chung nhiên liệu sinh học dùng cho động Diesel (Biodiesel): .20 2.2.2.2.Các nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel: 20 2.2.2.3.Các phương pháp tổng hợp biodiesel: .21 2.2.3 Nhiên liệu Butanol nhiên liệu phối trộn Diesel-Butanol 22 2.2.3.1.Nhiên liệu Butanol: 22 2.2.3.2.Nhiên liệu phối trộn Diesel-Butanol: 26 2.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 26 2.3.1 Các thông số thị 26 2.3.1.1 Công suất thị: 26 2.3.1.2 Hiệu suất thị: .28 2.3.1.3 Suất tiêu hao nhiên liệu thị: 28 2.3.2.Các thơng số có ích 28 2.3.2.1.Cơng suất có ích: .28 2.3.2.2.Hiệu suất có ích: 29 2.3.2.3.Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: 30 2.4.KẾT LUẬN CHƢƠNG 30 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 32 3.1.GIỚI THIỆU CÁC TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 32 3.1.1.Băng thử công suất Froude DFX3 32 3.1.1.1.Thiết bị đo mô-men xoắn băng thử công suất Froude: 33 3.1.1.2.Thiết bị đo tốc độ Encoder 634C/X: 34 3.1.2.Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL FUEL BALANCE 733S 36 3.1.4.Động thí nghiệm: 01 xy lanh, Vikyno EV2600-NB .38 3.2.TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM CHẠY NHIÊN LIỆU DIESEL-BUTANOL 39 3.2.1.Nội dung thử nghiệm nhiên liệu Diesel-Butanol 39 3.2.2.Chế độ vận hành động Vikyno EV2600 40 3.3.THU NHẬN DỮ LIỆU THÍ NGHIỆM NHIÊN LIỆU DIESEL-BUTANOL 40 3.3.1.Cách ghi nhận liệu từ kết đo 40 3.3.1.1.Ghi nhận liệu mô-men tốc độ động cơ: 40 3.3.1.2 Ghi nhận liệu tiêu hao nhiên liệu động cơ: 41 3.3.2.Dữ liệu thu từ kết đo: (6x6 mẫu với tỷ lệ phối trộn) .41 3.3.2.1.Động chạy vị trí 10% răng: .41 3.3.2.2.Động chạy vị trí 30% răng: 43 3.3.2.3.Động chạy vị trí 50% răng: .44 3.3.2.4.Động chạy vị trí 70% răng: .45 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 45 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .47 4.1.ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU CỦA HỖN HỢP BUTANOL PHA TRỘN VỚI DẦU DIESEL .47 4.2 ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ 48 4.2.1.Phân tích kết theo tỷ lệ hỗn hợp phối trộn % thể tích Butanol 48 4.2.1.1.Phân tích kết vị trí 10% .48 4.2.1.2.Phân tích kết vị trí 30% 51 4.2.1.3.Phân tích kết vị trí 50% 54 4.2.1.4.Phân tích kết vị trí 70% 57 4.2.2.Tổng hợp phân tích kết theo vị trí 59 4.2.2.1.Đặc tính cơng suất theo vị trí răng: 59 4.2.2.2.Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu theo vị trí răng: 60 4.3.KẾT LUẬN CHƢƠNG 61 KẾT LUẬN & HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 5.1.KẾT LUẬN .63 5.2.HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 5.3.KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu mẫu tự La tinh : A0, A1, A2 [-] Các hệ số đƣờng cong tìm gemin Gnl [kg/h] Lƣợng tiêu hao nhiên liệu ge [kg/kW.h] Suất tiêu hao nhiên liệu gi [kg/kW.h] Suất tiêu hao nhiên liệu thị gemin [kg/kW.h] Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ i [-] Số xi lanh n [ rpm ] Số vòng quay động ngemin [ rpm ] Số vòng quay ứng với ge nhỏ O [ %kg ] % khối lƣợng ô xy có nhiên liệu p [ kG/cm ] Áp suất hổn hợp xi lanh pi [ kG/cm ] Áp suất thị trung bình Me [N.m] Moment đầu trục khuỷu Ne ,Pe [kW] Cơng suất có ích động T [ K] Nhiệt độ hổn hợp cháy Tc [ K] Nhiệt độ cuối trình nén Tmax [ K] Nhiệt độ lớn hổn hợp cháy Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp : [-] Hệ số dƣ lƣợng khơng khí  ε [-] Tỷ số nén [-] Hiệu suất có ích động e [-] Hệ số nạp v ρk [kg/lit] Tỷ trọng khơng khí ρBu [kg/lit] Tỷ trọng nhiên liệu Butanol ρH [kg/lit] Tỷ trọng hỗn hợp nhiên liệu Butanol pha dầu Diesel ΡDo [kg/lit] Tỷ trọng nhiên liệu dầu Diesel [rad/s] Tốc độ góc động  Các chữ viết tắt: AVL Tên hãng sản xuất trang thiết bị thí nghiệm động APA CFC DO EU IEA EWG OPEC Asynchron Pendelmaschinen Anlage (Băng thử công suất) Chlorofluorocacbons (Chất khí gây nhiễm tầng ơzơn) Disel Fuel Oil (Nhiên liệu Diesel) European Union (Liên minh Châu Âu) Cơ quan lƣợng quốc tế Văn phòng tổ chức kiểm soát lƣợng Anh Tổ chức nƣớc xuất dầu mỏ AIST Viện khoa học kỹ thuật công nghiệp tiên tiến Nhật Bản BP GM IPCC Bristish Petroleum (Tập đồn dầu khí) General Motors (Tập đồn xe Hoa Kỳ) Intergovernmental Panel on Climate Change (Tổ chức liên phủ biến đổi khí hậu) Motor Octane Number (Chỉ số Octan động cơ) Research Octane Number (Chỉ số Octan nghiên cứu) Parts per million (Một phần triệu) Revoletion per minute (Tốc độ vòng quay phút) Tiêu chuẩn Việt Nam United States Dollar (Đồng tiền Đôla Mỹ) MON RON Ppm Rpm TCVN USD DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5a So sánh nhiên liệu sinh học nhiên liệu từ dầu mỏ So sánh tính chất nhiên liệu diesel khoáng với biodiesel So sánh đồng phân butanol tính chất hóa lý Bảng thông số kỹ thuật cảm biến đo lực (LoadCell-PTS100) Bảng thông số kỹ thuật dụng cụ đo tốc độ (Encoder) Bảng thông số kỹ thuật thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Thông số kỹ thuật động EV2600 Diễn biến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu DO mức ga 10% 20 22 24 34 36 37 38 42 3.5b Diễn biến công suất, suất tiêu hao lƣợng DOB12, DOB10, DOB8, DOB6, DOB4, DOB2 mức ga 10% 42 3.6a Diễn biến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu DO mức ga 30% 3.6b Diễn biến công suất, suất tiêu hao lƣợng DOB12, DOB10, 43,44 DOB8, DOB6, DOB4, DOB2 mức ga 30% 3.7a Diễn biến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu DO mức ga 50% 3.7b Diễn biến công suất, suất tiêu hao lƣợng DOB12, DOB10, DOB8, DOB6, DOB4, DOB2 mức ga 50% 3.8a Diễn biến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu DO mức ga 70% 3.8b 4.1 4.2a 4.2b 4.3a 4.3b 4.4a 4.4b 4.5a 4.5b 4.6 4.7 4.8 43 Diễn biến công suất, suất tiêu hao lƣợng DOB12, DOB10, DOB8, DOB6, DOB4, DOB2 mức ga 70% 44 44 45 45 So sánh tính chất nhiên liệu Diesel khoáng với DOB10 47 Các hệ số đƣờng cong tìm geminở chế độ 10% vị trí 50 Tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhiên liệu chế độ ga 10% 50 Các hệ số đƣờng cong tìm geminở chế độ 30% vị trí 52,53 Tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhiên liệu chế độ ga 30% 53 Các hệ số đƣờng cong tìm gemin chế độ 50% vị trí 55 Tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhiên liệu chế độ ga 50% 55 Các hệ số đƣờng cong tìm geminở chế độ 70% vị trí 58 Tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhiên liệu chế độ ga 70% 58 Cơng suất bình qn loại nhiên liệu vị trí 60 Tiêu hao lƣợng bình quân loại nhiên liệu vị trí 60 Hệ số đƣờng cong ge_TB vị trí 61 ~ 52 ~ Ne[kw] DOB12 DOB10 DOB8 DOB6 DOB4 1000 DOB2 DO 1200 1400 1600 1800 2000 ne[v/ph] Hình 4.6:Diễn biến cơng suất động theo tốc độ điều chỉnh mức ga 30% 440 420 ge[g/kWh] 400 DOB12 380 DOB10 360 DOB8 340 320 DOB6 300 DOB4 280 DOB2 260 DO 240 1450 1480 1510 1540 1570 1600 ne[v/ph] Hình 4.7:Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ điều chỉnh mức ga 30% Từ kết này, tác giả tiếp tục phân tích để tìm giá trị suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin ứng với hỗn hợp nhiên liệu từ DOB2 đến DOB12 (nhờ hàm xấp xỉ theo phương pháp trung bình phương bé – xem bảng 4.3a) kết đƣợc cho nhƣ bảng 4.3b Bảng 4.3a: Hệ số đường cong tìm gemin chế độ 30% Hệ số DOB12 DOB10 DOB8 DOB6 DOB4 DOB2 DO A0 89813,27 80747,29 80129,64 44784,34 116706,45 122529 107389,9 A1 -119,724 -161,12 -143,086 A2 0,040024 0,034702 0,035821 0,020416 -105,688 -106,963 -60,2827 -155,7027 0,0521 0,053086 0,047787 ~ 53 ~ x_gemin 1495,649 1522,788 1493,02 gemin 280,9468 277,3954 280,6965 284,8215 281,84069 276,2103 281,9872 1476,36 1495,4733 1517,538 1497,118 Bảng 4.3b: Tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu chế độ 30% Fuel DO DOB2 DOB4 DOB6 DOB8 DOB10 DOB12 %Butanol 10 12 ge_T.Bình gemin 281,9872 276,2103 281,8407 284,8215 280,6965 277,3954 280,9468 280,557 Tỉ lệ tăng % so với DO 0,00 -2,05 -0,05 1,01 -0,46 -1,63 -0,37 -0,59 Và từ ta vẽ đƣợc đồ thị biểu diễn biến thiên tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu theo % thể tích Butanol phối trộn (xem hình 4.8) y = -0.033845x + 280.759983 Ge_min 350 300 250 gemin 200 150 100 10 12 14 DOB% Hình 4.8: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu 30% ga Nhận xét: Ở chế độ 30% vị trí răng, biểu đồ gần nhƣ nằm ngang; chứng tỏ mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu sinh học không khác so với nhiên liệu khiết diesel Nghĩa tính kinh tế kỹ thuật động sử dụng nhiên liệu sinh học phối trộn từ Butanol với dầu diesel gần nhƣ không thay đổi chế độ vận hành với tải trung bình nhỏ với khoảng 30% vị trí (chân ga) Ở chế độ này, lƣợng nhiên liệu cấp vào xy lanh nhiều hơn, làm cho hỗn hợp đậm hơn, lúc lƣợng oxy có nhiên liệu Butanol bắt đầu phát huy tác dụng ~ 54 ~ Q trình hịa trộn nhiên liệu diễn tƣơng đối tốt, q trình cháy diễn thuận lợi Kết mức tiêu hao lƣợng có xu hƣớng giảm nhẹ (theo mức tăng tỷ lệ hòa trộn Butanol – xem đồ thị hình 4.8) so với nhiên liệu diesel 4.2.1.3.Phân tích kết vị trí 50% Với kết số liệu thu đƣợc (Bảng 3.7a 3.7b), cho phép tác giả xây dựng đƣợc đồ thị biểu diễn biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu theo phụ tải mơ men (Hình 4.9) ge[g/kWh] 400 380 Poly (DOB12) Poly (DOB10) Poly (DOB8) Poly (DOB6) 360 340 320 300 280 260 240 220 20 40 60 80 Me[Nm] Hình 4.9:Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu động theo phụ tải mức ga 50% Ne[kw] 14 12 DOB12 10 DOB10 DOB8 DOB6 DOB4 DOB2 1200 DO 1400 1600 1800 2000 2200 ne[v/ph] Hình 4.10:Diễn biến cơng suất động theo tốc độ điều chỉnh mức ga 50% ~ 55 ~ 400 ge[g/kWh] 380 DOB12 360 DOB10 340 DOB8 320 300 DOB6 280 DOB4 260 DOB2 240 1700 DO 1730 1760 1790 1820 1850 ne[v/ph] Hình 4.11:Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ điều chỉnh mức ga 50% Cùng với kết đó, cho phép tác giả xây dựng đồ thị biểu diễn biến thiên công suất Ne, suất tiêu hao nhiên liệu ge theo đặc tính điều chỉnh động (Ne, ge = f(ne)) – xem hình 4.10 4.11 Từ kết này, tác giả tiếp tục phân tích để tìm giá trị suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin ứng với hỗn hợp nhiên liệu từ DOB2 đến DOB12 (nhờ hàm xấp xỉ theo phương pháp trung bình phương bé – xem bảng 4.4a) kết đƣợc cho nhƣ bảng 4.4b Bảng 4.4a:Hệ số đường cong tìm gemin chế độ 50% vị trí Hệ số DOB12 DOB10 DOB8 DOB6 DOB4 DOB2 DO A0 165217 A1 -183,944 -251,853 A2 0,051285 0,071609 0,059018 0,051723 221725,4 188611,4 158571,1 219138,2 259929 182948,3 -210,857 -180,962 -249,0585 -292,944 -207,392 0,0709 0,082627 0,058867 x_gemin 1793,358 1758,526 1786,38 1749,336 1757,4477 1772,688 1761,534 gemin 275,824 289,5643 284,5405 280,0873 283,8766 278,5967 280,855 Bảng 4.4b: Tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu chế độ ga 50% Fuel DO DOB2 DOB4 DOB6 DOB8 DOB10 %Butanol 10 gemin 283,8766 280,0873 284,5405 289,5643 275,824 280,855 Tỉ lệ tăng % so với DO 0,00 -1,33 0,23 2,00 -2,84 -1,06 ~ 56 ~ DOB12 12 ge_T.Bình 278,5967 281,906 -1,86 -0,81 Diễn biến tƣơng ứng suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin theo mẫu nhiên liệu từ DO, DOB2 đến DOB12 đƣợc biểu diễn đồ thị 4.12 y = -0.411087x + 284.372851 Ge_min 350 300 250 gemin 200 150 100 10 12 DOB% 14 Hình 4.12: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu 50% ga Nhận xét: Ở chế độ 50% vị trí răng, biểu đồ có xu hƣớng xuống, tức suất tiêu hao nhiên liệu giảm dần theo mức tăng tỷ lệ pha trộn % thể tích Butanol dầu diesel truyền thống Điều chứng tỏ hiệu kinh tế kỹ thuật động chạy nhiên liệu sinh học DO-Butanol tăng tăng hàm lƣợng phối trộn Butanol với nhiên liệu diesel truyền thống Sở dĩ nhƣ hỗn hợp nhiên liệu sinh học đƣợc hòa trộn cháy tốt nhờ có thêm hàm lƣợng oxy có sẵn nhiên liệu sinh học Butanol Còn chế độ tải thấp (chẳng hạn 10% nêu trên) khơng khơng hiệu mà ngƣợc lại suất tiêu hao nhiên liệu tăng theo % lƣợng pha trộn Butanol Sỡ dĩ nhƣ chế độ tải nhỏ, hệ số dƣ lƣợng khơng khí alpha động diesel vốn lớn lại làm cho nhiên liệu loãng có thêm hàm lƣợng Oxy nhiên liệu Butanol Kết q trình cháy diễn khơng tốt hỗn hợp loãng Ở chế độ vận hành với vị trí lớn đến 50%, biểu đồ tiêu hao nhiên liệu xuống rõ rệt với độ dốc âm đến -0,411087 (xem đồ thị 4.12), tức suất tiêu hao nhiên liệu giảm rõ ràng theo mức tăng tỷ lệ pha trộn % thể tích Butanol dầu diesel truyền thống Sở dĩ nhƣ thành phần oxy có sẵn nhiên liệu sinh học Butanol phát huy tác dụng tốt, hỗn hợp khơng khí nhiên liệu đạt tỷ lệ hịa trộn tốt, q trình cháy diễn suông Kết giảm đáng kể mức tiêu hao nhiên liệu động so với nhiên liệu diesel truyền thống ~ 57 ~ 4.2.1.4.Phân tích kết vị trí 70% Với kết số liệu thu đƣợc (Bảng 3.8a 3.8b), cho phép tác giả xây dựng đƣợc đồ thị biểu diễn biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu theo phụ tải mơ men (Hình 4.13) ge[g/kWh] 450 Poly (DOB12) Poly (DOB10) Poly (DOB8) Poly (DOB6) 400 350 300 250 200 20 40 60 80 Me[Nm] Hình 4.13:Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu động theo phụ tải mức ga 70% Cùng với kết đó, cho phép tác giả xây dựng đồ thị biểu diễn biến thiên công suất Ne, suất tiêu hao nhiên liệu ge theo đặc tính điều chỉnh động (Ne, ge = f(ne)) – xem hình 4.14 đến 4.15 14 12 Ne[kw] DOB12 10 DOB10 DOB8 DOB6 DOB4 DOB2 1500 DO 1700 1900 2100 2300 2500 ne[v/ph] Hình 4.14:Diễn biến cơng suất động theo tốc độ điều chỉnh mức ga 70% ge[g/kWh] ~ 58 ~ 430 410 390 370 350 330 310 290 270 250 1950 DOB12 DOB10 DOB8 DOB6 DOB4 DOB2 DO 1980 2010 2040 2070 2100 ne[v/ph] Hình 4.15:Diễn biến tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ điều chỉnh mức ga70% Từ kết này, tác giả tiếp tục phân tích để tìm giá trị suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin ứng với hỗn hợp nhiên liệu từ DOB2 đến DOB12 (nhờ hàm xấp xỉ theo phương pháp trung bình phương bé – xem bảng 4.5a) kết đƣợc cho nhƣ bảng 4.5b Bảng 4.5a:Hệ số đường cong tìm gemin chế độ 70% vị trí Hệ số DOB12 DOB10 DOB8 DOB6 DOB4 DOB2 DO 200888 174642,4 A0 197046,68 185822,3 180877,4 238939,5 148969,873 A1 -194,5429 -185,412 A2 0,048089 0,046326 0,045001 0,060018 x_gemin 2022,7382 2001,171 2003,203 1994,017 2014,907851 2004,6439 2002,635 gemin 291,99119 301,3027 296,3691 301,5639 298,032279 295,69636 299,9172 -180,292 -239,354 -147,571851 -200,1276 -174,113 0,03662 0,049916 0,043471 Từ ta củng vẽ đƣợc đồ thị tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu (xem hình 4.16) Bảng 4.5b:Tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu chế độ ga 70% Fuel DO DOB2 DOB4 DOB6 DOB8 DOB10 DOB12 %Butanol 10 12 ge_T.Bình gemin 299,9172 295,6964 298,0323 301,5639 296,3691 301,3027 291,9912 297,839 Tỉ lệ tăng % so với DO 0,00 -1,41 -0,63 0,55 -1,18 0,46 -2,64 -0,81 ~ 59 ~ y = -0.254081x + 299.363421 Ge_min 350 300 250 gemin 200 150 100 10 12 DOB% 14 Hình 4.16: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu nhỏ loại nhiên liệu 70% ga Nhận xét: Ở chế độ 70% vị trí răng, biểu đồ có xu hƣớng xuống tƣơng tự nhƣ chế độ vận hành 50% nhƣng độ dốc nhỏ hơn; chứng tỏ tiêu hao nhiên liệu nhỏ mẫu nhiên liệu sinh học có xu hƣớng thấp dần so với nhiên liệu khiết diesel Điều cho thấy hỗn hợp nhiên liệu sinh học phát huy tính hiệu kinh tế vận hành với chế độ từ trung bình (50% răng) đến tải cao Cũng giống nhƣ chế độ vận hành 70% răng, hiệu kinh tế nhiên liệu cao tỷ lệ pha trộn tăng Sỡ dĩ nhƣ tỷ lệ phối trộn tăng, lƣợng oxy – có sẵn Butanol - bổ sung thêm lớn vận hành với tải trung bình tải lớn Vì việc hịa trộn nhiên liệu với khơng khí diễn tốt hơn; kết làm cho trình cháy hiệu thể qua giảm suất tiêu hao nhiên liệu động Ở chế độ vận hành với tải cao với 70% vị trí răng, mức tiêu hao nhiên liệu hỗn hợp sinh học giảm theo tăng tỷ lệ phối trộn Butanol so với nhiên liệu diesel nguyên thủy (xem lại bảng liệu 4.9); nhiên mức giảm khơng cịn mức ga 50% với độ dốc âm khoảng -0,2541(xem đồ thị 4.16) Sở dĩ nhƣ lúc lƣợng nhiên liệu cấp vào xy lanh nhiều so với chế độ 50%, hỗn hợp khơng khí nhiên liệu đậm hơn, kết tính hiệu kinh tế kỹ thuật động có tốt nhƣng khơng tốt chế độ 50% 4.2.2.Tổng hợp phân tích kết theo vị trí Từ bảng liệu (Bảng 3.5a,b; 3.6a,b; 3.7a,b 3.8a,b) tác giả tổng hợp đƣợc bảng mơ men bình qn, cơng suất bình quân bảng tiêu hao nhiên liệu bình quân loại nhiên liệu vị trí từ biểu diễn qua đồ thị nhƣ sau: 4.2.2.1.Đặc tính cơng suất theo vị trí răng: Bảng 4.6: Cơng suất bình qn loại nhiên liệu vị trí ~ 60 ~ n 10% 30% 50% 70% TB DO 1,8331 4,3366 8,0015 7,8909 5,5155 DOB2 1,75614 4,63267 6,89955 8,00105 5,3224 DOB4 1,3908 4,3151 7,8639 8,4147 5,4961 DOB6 1,5427 5,0347 7,8907 7,9328 5,6002 DOB8 1,8506 4,8452 7,3948 8,1953 5,5715 DOB10 1,73194 4,74238 8,1873 8,00935 5,6677 DOB12 1,4622 4,3742 7,3278 8,3118 5,3690 Từ ta vẽ đƣợc đồ thị cơng suất bình quân cho loại nhiên liệu theo vị trí nhƣ sau (hình 4.17) Ne_TB[kw] 10.00 9.00 8.00 Linear (DO) 7.00 Linear (DOB2) 6.00 Linear (DOB4) 5.00 Linear (DOB6) 4.00 Linear (DOB8) 3.00 Linear (DOB10) 2.00 Linear (DOB12) 1.00 0.00 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% %Thanh Hình 4.17:Diễn biến cơng suất loại nhiên liệu vị trí 4.2.2.2.Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu theo vị trí răng: Bảng 4.7: Tiêu hao nhiên liệu bình quân loại nhiên liệu vị trí n DO DOB2 DOB4 DOB6 DOB8 DOB10 DOB12 10% 348,7222 353,3179 368,1460 370,4459 360,2410 359,7621 371,1241 30% 321,8798 315,6228 320,4235 321,2030 305,0574 313,8611 319,8549 50% 313,3310 309,7746 314,0792 315,3480 308,8299 313,7095 308,0810 70% 334,5237 334,3304 332,3219 336,3671 334,1691 335,1448 331,7252 TB 329,6142 328,2614 333,7426 335,8410 327,0744 330,6194 332,6963 Tƣơng tự, ta vẽ đƣợc đồ thị biễu diễn biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu trung bình theo vị trí sau (Hình 4.18): ~ 61 ~ ge_TB[g/kWh] 390.00 Poly (DO) Poly (DOB2) Poly (DOB4) Poly (DOB6) Poly (DOB8) 370.00 350.00 330.00 310.00 290.00 270.00 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% %Thanh Hình 4.18:Tiêu hao nhiên liệu loại nhiên liệu vị trí Từ đồ thị (Hình 4.18), tác giả phân tích tổng hợp đƣợc hệ số đƣờng cong đồ thị cách xấp xỉ theo phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất, ta tìm đƣợc hàm xấp xỉ biểu diễn biến thiên tiêu hao nhiên liệu trung bình theo mức chân ga vận hành Tiếp tục phƣơng pháp tìm cực trị, ta tìm đƣợc chế độ vận hành tối ƣu loại nhiên liệu vị trí theo bảng sau: Bảng 4.8:Hệ số đường cong ge_TB vị trí Hệ số BU12 BU10 BU8 BU6 BU4 BU2 DO A0 410,193 391,714 397,322 405,764 401,857 383,621 372,867 A1 -439,55 A2 468,209 420,852 x_gemin 0,469 -373,68 0,444 gemin 307,031 308,763 Tỉ lệ -2,24 -1,69 tăng % %T.Răng 46,9 44,4 -439,83 -405,36 -386,73 -342,66 -265,75 503,267 439,138 412,283 389,068 300,219 0,437 0,462 0,469 0,440 0,443 301,223 312,221 311,165 308,174 314,059 -4,09 -0,59 -0,92 -1,87 0,00 43,7 46,2 46,9 44,0 44,3 Nhận xét: Theo số liệu thống kê tính tốn đƣợc bảng trên, ta tìm đƣợc chế độ vận hành tối ƣu vị trí chân ga 43,7% với mức tiêu hao nhiên liệu bình quân nhỏ gemin = 301,223[g/kW.h] tƣơng ứng với hỗn hợp nhiên liệu DOB8 4.3.KẾT LUẬN CHƢƠNG + Kết luận tính chất nhiên liệu: - Nhiên liệu sau pha trộn có tính ổn định ~ 62 ~ - Nhiên liệu hỗn hợp hòa tan hoàn toàn với tỷ lệ pha trộn - Nhiên liệu hỗn hợp có độ nhớt cao, khả bay tự bốc cháy - Các tính chất lý hóa butanol tƣơng đƣơng với dầu diesel khống – thể qua hịa tan hồn tồn butanol dầu DO Cịn oxy có ảnh hƣởng nhƣng khơng đáng kể bới hệ số dƣ lƣợng khơng khí alpha động diesel lớn + Kết luận hiệu kinh tế kỹ thuật phối trộn diesel với Butanol với chế độ vận hành : -Các đƣờng công suất (hoặc mô men) động không phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng khác hay nói cách khác trùng ta sử dụng loại nhiên liệu DO, DOB2 đến DOB12 với vị trí cấu Các sai lệch hình 4.2, 4.6, 4.10, 4.14 sai lệch trình lấy số liệu (sai lệch vùng tốc độ sai số thiết bị) -Ở chế độ vận hành với mức 10% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu động tăng gần nhƣ tuyến tính với độ dốc tăng xấp xỉ 1,774 (xem thêm hình 4.4) -Ở chế độ vận hành với mức 30% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu giảm nhẹ với độ dốc giảm xấp xỉ -0,034 (xem thêm hình 4.8) -Ở chế độ vận hành với mức 50% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu giảm rõ rệt với độ dốc giảm khoảng -0,411 (xem thêm hình 4.12) -Ở chế độ vận hành với mức 70% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu giảm với độ dốc giảm gần -0,254 (xem thêm hình 4.16) + Mức ga tối ƣu tìm đƣợc vị trí khoảng 43,7% với mức tiêu hao nhiên liệu trung bình nhỏ gemin = 301,223[g/kW.h] tƣơng ứng với hỗn hợp nhiên liệu DOB8 Với chế độ này, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ DOB8 đƣợc giảm 4,09% so với sử dụng nhiên liệu Diesel DO cho động EV2600 ~ 63 ~ KẾT LUẬN & HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1.KẾT LUẬN Trên kết ban đầu, nhiên trình tạo mẫu nhiên liệu hỗn hợp butanol-diesel thực nghiệm động EV2600 với nhiên liệu hỗn hợp tác giả có kết luận nhƣ sau: Nhiên liệu sau pha trộn có tính ổn định Nhiên liệu hỗn hợp butanol- diesel hịa tan hoàn toàn với tỷ lệ pha trộn Sử dụng nhiên liệu hỗn hợp butanol-diesel cho động EV2600 phịng thí nghiệm trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng thu đƣợc kết khả quan Qua khảo sát thông số hỗn hợp butanol-diesel cho thấy loại hỗn hợp butanol- diesel có độ nhớt cao, khả bay tự bốc cháy Đây yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp đến trình tạo hỗn hợp cháy chất lƣợng cháy nhiên liệu cho động diesel +Công suất (hoặc mô men) động không phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng khác hay nói cách khác trùng ta sử dụng loại nhiên liệu DO, DOB2 đến DOB12 với vị trí cấu Ở chế độ vận hành với mức 10% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu động tăng gần nhƣ tuyến tính với độ dốc tăng xấp xỉ 1,774 Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin=289,275[g/kWh] tƣơng ứng với loại nhiên liệu DO Ở chế độ vận hành với mức 30% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu giảm nhẹ với độ dốc giảm xấp xỉ -0,034 Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin=276,21[g/kWh] tƣơng ứng với loại nhiên liệu DOB2 Ở chế độ vận hành với mức 50% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu giảm rõ rệt với độ dốc giảm khoảng -0,411 Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin=275,824[g/kWh] tƣơng ứng với loại nhiên liệu DOB8 Ở chế độ vận hành với mức 70% vị trí răng: Suất tiêu hao nhiên liệu giảm với độ dốc giảm gần -0,254 Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ gemin=291,991[g/kWh] tƣơng ứng với loại nhiên liệu DOB12 + Mức ga tối ƣu tìm đƣợc vị trí khoảng 43,7% với mức tiêu hao nhiên liệu trung bình nhỏ ge_TBmin = 301,223[g/kW.h] tƣơng ứng với hỗn hợp nhiên liệu DOB8 5.2.HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI - Nghiên cứu giải pháp thay đổi tỷ lệ tối ƣu sử dụng nhiên liệu sinh học Butanol, nhằm nâng cao tỷ lệ pha trộn Butanol với diesel - Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng nhiên liệu sinh học Butanol đến ăn mòn chi tiết tuổi thọ động ~ 64 ~ - Nghiên cứu thử nghiệm xe ô tô chạy đƣờng với thời gian vận hành đủ lớn - Nghiên cứu giải pháp thay đổi kết cấu động để mở rộng khả sử dụng nhiên liệu sinh học Butanol với tỉ lệ cao 5.3.KIẾN NGHỊ - Hiện nay, việc triển khai Đề án phát triển nhiên liệu sinh học gặp nhiều khó khăn Giá nhiên liệu sinh học chƣa thể cạnh tranh đƣợc so với dầu diesel chi phí sản xuất cao Do vậy, Nhà Nƣớc cần khuyến khích phát triển nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học Ethanol, Butanol, đẩy mạnh hợp tác nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu Butanol sinh học vào ngành giao thông vận tải Nhà Nƣớc cần xây dựng tiêu chuẩn khí thải bắt buộc sử dụng xăng sinh học cho loại phƣơng tiện giao thơng tồn quốc nhằm bảo vệ mơi trƣờng Khuyến khích hỗ trợ kinh phí cho dự án nghiên cứu, cải tiến kỹ thuật động sử dụng nhiên liệu sinh học ~ 65 ~ TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong nƣớc: [1] Nguyễn Hồng Hạnh, Phùng Anh Tiến, Năng lượng giới đến năm 2030, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia [2] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục [3] Lê Viết Lƣợng, Lý thuyết động Diesel, NXB Giáo dục, 2001 [4] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1999), “Ơtơ ô nhiễm môi trƣờng”, NXB Giáo dục, Đà Nẵng [5] Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Nhiên liệu q trình xữ lý hóa dầu, NXB khoa học kỹ thuật, 2008 [6] Bùi Văn Ga (Chủ biên), Văn Thị Bong, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng, Ơ tơ nhiểm mơi trường, NXB Giáo dục, 1999 [7] Lê Văn Tụy, Bùi Ngọc Hân (2013), “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng góc đánh lửa sớm đến động ô tô sử dụng nhiên liệu Xăng pha Butanol”, Tạp chí khoa học công nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số 1(50), Tr 57-64 [8] TS.Dƣơng Việt Dũng, Thí nghiệm động đốt trong, tài liệu hƣớng dẫn vận hành thiết bị AVLtrung tâm thí nghiệm động tơ, Đại học Đà Năng, 2000 [9] Phạm Thanh Việt, (2012), “Nghiên cứu tỷ lệ pha trộn tối ƣu nhiên liệu sinh học Butanol với xăng RON95 sử dụng cho động ô tô”, Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng – 2012 [10] Nguyễn Huỳnh Hƣng Mỹ, Nguyễn Hữu Lƣơng, Nguyễn Đình Việt, Cấn Đình Hùng (2012), “Đánh giá khả ứng dụng butanol động xăng để thay phần nhiên liệu truyền thống Việt Nam”, Viện Dầu khí Việt Nam, Số (8), Tr 36-45, Năm 2012 [11] Huỳnh Tấn Tiến (2012), “Đánh giá khả sử dụng Butanol phối trộn vào xăng nhiên liệu”, Tạp chí khoa học cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số 1(50), Tr 57-64 [12] Quyết định 177/2007/QĐ-TTg ngày 20/11/2007 Thủ tƣớng Chính phủ việc “phê duyệt đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” Nƣớc ngồi: [13] Bang-Quan He, Shin-Jin Shua, Jian-Xin Wang, Hong He “The eff of ethanol blended fuel on emissions froma diesel engine”, 2003 [14] M.Abu-Qudais, O.Haddad, M.Qudaisat, „„The effect of acohol fumigation on Diesel performance and emissions”, Faculty of Engineering, Mechanical Enginerring Departman, Jordan University of Science and Technology, P.O.Box 3030, Irbid 22110, Jordan, 1999 ~ 66 ~ [15] Didem Oezcimen and Sevil Yuecel, Novel Methods in Biodiesel Production, Biofuel’s Engineering Process Technology 2011 [16] EBB European Biodiesel Boad, Production of Biodiesel in Erope 2011, http://www.ebb-eu.org/stats.php [17] Sergey Zinoviev, Sivasamy Arumugam, and stanislav Miertus, 2007 Background paper on biofuel production technologies, Area of Chemistry, ICSUNIDO Trang Web: [18] http://nghiencuubiendong.vn/tin-ncbd/3689-tru-luong-dau-khi-o-bien-dong-vathuc-trang-khai-thac-co-hoi-hay-thach-thuc [19] https://pvoil.com.vn/vi-VN/pvoil/chinh-sach-chien-luoc/tong-quan-ve-nhienlieu-sinh-hoc/281/639 [20] http://www.tnmtthainguyen.gov.vn: Chiến lƣợc nhiên liệu cho Việt Nam 21/11/07 [21] http://www.daidong-touchwood.vn: Sử dụng loại nông nghiệp, lâm nghiệp san xuất nhiên liệu sinh học [22] http://ww.td-in.com/bv/ki-thuat-say/Nhiet-tri-cua-mot-so-nguyen-lieu-dotthong-dung-173.aspx ... THÀNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ PHỐI TRỘN BUTANOL- DIESEL ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT... Thành NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG TỶ LỆ PHỐI TRỘN BUTANOL- DIESEL ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Học viên: Nguyễn Thành Mã số: 60.52.0116 Khóa: 30 Chuyên ngành: Cơ khí động. .. toàn cầu mục tiêu nghiên cứu nhà khoa học Vì lý nêu trên, tác giả chọn đề tài ? ?Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn Butanol- Diesel đến tính kinh tế kỹ thuật động Diesel ”có ý nghĩa