luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng ống phun trong tua bin tăng áp đến công suất động cơ diesel tàu thủy (research the influences of the turbocharger nozzle on the power of marine diesel engines)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM NCS NGUYỄN QUANG VINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ỐNG PHUN TRONG TUA BIN TĂNG ÁP ĐẾN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP.HCM – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM NCS NGUYỄN QUANG VINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ỐNG PHUN TRONG TUA BIN TĂNG ÁP ĐẾN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 Người hướng dẫn khoa học: TS Bùi Hồng Dương PGS.TSKH Đỗ Đức Lưu TP.HCM – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tên Nguyễn Quang Vinh – tác giả luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng ống phun tua bin tăng áp đến công suất động diesel tàu thủy”, hướng dẫn tập thể hướng dẫn khoa học: TS Bùi Hồng Dương PGS.TSKH Đỗ Đức Lưu Bằng danh dự thân, xin cam đoan rằng: Luận án công trình nghiên cứu riêng riêng tơi, khơng có phần nội dung chép cách bất hợp pháp, từ cơng trình nghiên cứu tác giả hay nhóm tác giả khác; – Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận án, chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác trước đó; – Các thơng tin, số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo luận án rõ xuất xứ, nguồn gốc đảm bảo tính trung thực./ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Quang Vinh ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Tp.Hồ Chí Minh cho phép tạo điều kiện cho tác giả thực luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tri ân đến tập thể hướng dẫn, TS Bùi Hồng Dương PGS.TSKH Đỗ Đức Lưu hướng dẫn tận tình suốt trình học tập, nghiên cứu Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đến TS.Lê Văn Vang có ý kiến đóng góp quý báu luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học, Viện Hàng Hải, khoa, phòng ban tạo điều kiện cho tác giả suốt trình học tập nghiên cứu trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Tp.Hồ Chí Minh Xin cảm ơn Viện Nghiên Cứu KH&CN Hàng Hải, Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, Công ty CP Vận tải biển GLS tạo điều kiện tốt để tác giả hồn thành chương trình thực nghiệm Tác giả trân trọng tiếp thu cảm ơn ý kiến đóng góp, nhận xét nhà khoa học, chuyên gia, giảng viên, cán công nhân viên đồng nghiệp nhà trường Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đến lãnh đạo, huy đồng nghiệp Trường CĐ Hải Quân, Trường Sĩ Quan Kỹ Thuật Quân Sự tạo điều kiện tốt để tác giả an tâm học tập, nghiên cứu Đồng thời, tác giả cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp ln động viên, giúp đỡ tác giả vượt qua trở ngại khó khăn để hoàn thành luận án iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Mục đích nghiên c Đối tượng phạm Phương pháp nghi Ý nghĩa khoa học Những đóng góp m Bố cục luận án Chương TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ỐNG PHUN TRONG TUA BIN TĂNG ÁP ĐẾN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 1.1 diesel tàu thủy phương án tăng áp 1.2 khai thác động diesel tàu thủy 1.3 diesel tàu thủy 1.4 1.5 1.6 1.7 iv Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ỐNG PHUN TRONG TUA BIN TĂNG ÁP ĐẾN CÔNG SUẤT VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 30 2.1 Giới thiệu 30 2.2 Chu trình cơng tác động diesel kỳ 30 2.3 Mơ hình nhiệt động dịng khí qua máy nén 36 2.4 Mơ hình nhiệt động dịng khí qua tua bin 40 2.5 Quan hệ tua bin máy nén .53 2.6 Phối hợp công tác động tua bin tăng áp 54 2.7 Các tiêu công tác động 56 2.8 Phương pháp xử lý số liệu mô thực nghiệm 57 2.9 Kết luận chương 58 Chương MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA ỐNG PHUN TRONG TUA BIN TĂNG ÁP ĐẾN CÔNG SUẤT VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY ĐANG KHAI THÁC 59 Giới thiệu 59 Sơ đồ thuật toán dùng mơ q trình cơng tác tổ hợp động – tua bin tăng áp 59 Phương pháp đánh giá độ xác mơ hình mô .63 Lựa chọn phần mềm mô 65 Mô tổ hợp động tua bin tăng áp Deutz 226B 66 Mô tổ hợp động tua bin tăng áp MAK43 85 Kết luận chương 94 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 95 4.1 Giới thiệu 95 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm phịng thí nghiệm 96 v 4.3 Nghiên cứu thực nghiệm động diesel tàu thủy khai thác 108 4.4 Kết luận chương 113 KẾT LUẬNVÀ KIẾN NGHỊ 115 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 Phụ lục 01 Các thông số kỹ thuật động Deutz 226B Phịng thí nghiệm động – Viện Khoa học Công nghệ Hàng hải 128 Phụ lục 02 Hình ảnh thí nghiệm phịng thí nghiệm 129 Phụ lục 03 Các kết thử nghiệm động MAK 43 nhà máy sản xuất 131 Phụ lục 04 Kết kiểm tra công suất động tàu 134 Phụ lục 05 Hình ảnh thực nghiệm tàu 137 Phụ lục 06 Xác nhận đơn vị chủ quản tàu 139 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu Ký hiệu A ap, ad, mp,md AT cp,cv ge icyl Jt k ka, ke m n2 ne,nt p ps, pc,pz P Pc Pt QH Ra, Re Raf Rbs T U, C uf ut V ̇̇ W, W t e, gh c r Ký hiệu s c t,t ,noz t t ,noz c Các số dưới: Ký hiệu w a c e f C C T N s T i T r C Thơng số có ích (Pw) Các chữ viết tắt Viết tắt CFD DAQ ĐCT ĐCD GQTK MDE MN MVEM OP PC TB Compu dynam Data a Marine Mean Person TBTA [83] International Organization for Standardization (2002), ISO 3046-1:2002 [84] Yongrui Sun cộng (2017), "Development and validation of a marine sequential turbocharging diesel engine combustion model based on double Wiebe function and partial least squares method", Energy Conversion Management 151, tr 481-495, ISSN:0196-8904, 127 doi:https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.08.085 [85] Tatsuo Takaishi cộng (2008), "Approach to high efficiency diesel and gas engines", Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Technical Review 45(1), tr 21-24 [86] Yuanyuan Tang cộng (2017), "Development of a real-time two-stroke marine diesel engine model with in-cylinder pressure prediction capability", Applied energy 194, tr 55-70, ISSN:0306-2619, doi:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.03.015 [87] Gerasimos Theotokatos Vasileios Tzelepis (2015), "A computational study on the performance and emission parameters mapping of a ship propulsion system", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment 229(1), tr 58-76, ISSN:1475-0902, doi:10.1177/1475090213498715 [88] Jun Wang cộng (2019), "Power recovery of a variable nozzle turbocharged diesel engine at high altitude by response surface methodology and sequential quadratic programming", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering 233(4), tr 810-823, ISSN:0954-4070 [89] N Watson, AD Pilley Mohamed Marzouk (1980), A combustion correlation for diesel engine simulation, SAE Technical Paper, doi:https://doi.org/10.4271/800029 [90] Weichai_Deutz (2015), 226B Series Marine Diesel Engines [91] Christopher T Wilbur DA Wight (2016), Pounder's Marine Diesel Engines, Elsevier, ISBN:1483102580 [92] Doug Woodyard (2009), Pounder's marine diesel engines and gas turbines, Butterworth-Heinemann, ISBN:0080943616 [93] Gerhard Woschni (1967), A universally applicable equation for the instantaneous heat transfer coefficient in the internal combustion engine, SAE Technical paper, doi:https://doi.org/10.4271/670931 [94] Zhi-Min Yao cộng (2019), "Energy efficiency analysis of marine high-powered medium-speed diesel engine base on energy balance and exergy", Energy Conversion 176, tr 991-1006, ISSN:03605442, doi:https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.04.027 [95] Tao Zeng (2017), Modelling and Control of a Turbocharged Diesel Engine, Doctor of Science, Michigan State University [96] Tao Zeng Guoming G Zhu (2017), "Control-oriented turbine power model for a variable-geometry turbocharger", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering 232(4), tr 466-481, ISSN:0954-4070, doi:10.1177/0954407017702996 [97] Jizhong Zhang cộng (2007), Design of turbocharger variable nozzle, Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, tr 1313-1319, ISBN:0791847950 128 Phụ lục 01 Các thông số kỹ thuật động Deutz 226B Phịng thí nghiệm động – Viện Khoa học Công nghệ Hàng hải 129 Phụ lục 02 Hình ảnh thí nghiệm phịng thí nghiệm Giám sát điều khiển động Hệ thống tăng áp Hệ thống giảm nhiệt đo áp suất khí xả 130 Giám sát từ xa Kết nối thiết bị Kiểm tra tua bin tăng áp 131 Phụ lục 03 Các kết thử nghiệm động MAK 43 nhà máy sản xuất 132 133 134 Phụ lục 04 Kết kiểm tra công suất động tàu 135 136 137 Phụ lục 05 Hình ảnh thực nghiệm tàu Tàu Phúc Hưng Hệ thống điều khiển từ xa Bảng điều khiển chỗ 138 Tháo ống góp khí xả b h Đo chiều cao ống phun 139 Phụ lục 06 Xác nhận đơn vị chủ quản tàu 140 ... QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ỐNG PHUN TRONG TUA BIN TĂNG ÁP ĐẾN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 1.1 Tổng quan nâng cao công suất tiêu kỹ thuật động diesel tàu thủy phương án tăng áp Tăng áp tua bin khí... luận án gồm phần sau: Mở đầu Chương Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng ống phun tua bin tăng áp đến động diesel tàu thủy Chương Cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu ảnh hưởng ống phun tua bin tăng áp đến. .. trình cơng tác động diesel tàu thủy tăng áp tua bin xung áp – Nghiên cứu mô ảnh hưởng tiết diện góc dẫn hướng ống phun tua bin tăng áp đến công suất tiêu kỹ thuật động diesel tàu thủy – Nghiên cứu