(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu quá trình cháy trong động cơ 3 xilanh diesel phun giáp tiếp có buồng cháy three vortex combuston (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học bio

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HÙNG VIỆT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ XY LANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC) SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO - DIESEL ( THAM KHẢO ĐỘNG CƠ XY LANH KUBOTA D1703 - M - E3B) S K C 0 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S KC 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HÙNG VIỆT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ XY LANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC), SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO-DIESEL (THAM KHẢO ĐỘNG CƠ XY LANH KUBOTA D1703-M-E3B) NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC- 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM XUÂN MAI Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Hùng Việt Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1988 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Cát Thắng - Phù Cát - Bình Định Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 23/6 B Đường - Tăng Nhơn Phú B - Quận - Tp.HCM E-mail: vietnguyenckd@gmail.com; vietnguyenckd@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2006 đến 10/2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường CĐKT Lý Tự Trọng Tp.HCM - Tp.HCM Ngành học: Công nghệ kỹ thuật ôtô Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 03/2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu động học động lực học xe Toyota Vios Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 21/01/2011, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: GVC.MSC Đặng Quý III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 08/2011 - 10/2011 10/2011 - Nay Nơi công tác Công ty cổ phần dịch vụ ô tô Hàng Xanh Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM i Công việc đảm nhiệm Nhân viên bảo hành Học viên cao học LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2013 Người nghiên cứu (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Hùng Việt ii LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực luận văn, tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: - Ban giám hiệu, Bộ phận Sau Đại học - Phòng Đào tạo, q thầy khoa khí động lực trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, quý thầy cô khoa khí giao thơng - Bộ mơn tơ, máy động lực trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ thời gian học tập hoàn thành luận văn - PGS.TS Phạm Xuân Mai - Giảng viên hướng dẫn Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian thực luận văn Xin kính chúc Thầy ln mạnh khoẻ, vui tươi hạnh phúc - Các thầy cô hội đồng chấm luận văn cho tơi đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn - Các học viên lớp Cao học Kỹ thuật khí động lực 2011 B có nhiều hỗ trợ giúp đỡ tơi hồn thành luận văn - Đặc biệt, xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến ba má người thân cổ vũ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Mặc dù nổ lực, kiến thức hạn chế, thời gian có hạn thiết bị hỗ trợ thiếu thốn nên khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong Q Thầy Cơ bạn góp ý thêm để đề tài nghiên cứu sớm áp dụng vào thực tế Xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2013 Học viên Nguyễn Hùng Việt iii MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt x Danh sách bảng xii Danh sách hình xiv Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Sự cần thiết nghiên cứu đề tài 1.1.1 Thực trạng trang bị máy móc phương tiện cho ngành 1.1.1.1 Quy mô sử dụng đất nông nghiệp mức độ trang bị máy móc điện nơng nghiệp 1.1.1.2 Nguồn động lực sản xuất nông nghiệp 1.1.1.3 Mức độ giới hóa sản xuất cơng nghệ sau thu hoạch 1.1.2 Nhu cầu động nhỏ cho nông nghiệp nông thôn Việt Nam 1.1.3 Nhu cầu động xy lanh Diesel Việt Nam 1.1.4 Công nghiệp máy động lực Việt Nam 1.1.4.1 Thị phần cạnh tranh máy nông nghiệp 1.1.4.2 Thị phần công suất máy nông nghiệp 10 1.1.5 Nhiên liệu thay 13 1.1.6 Phương pháp nghiên cứu trình cháy động diesel xy lanh sử dụng nhiên liệu Biodiesel 15 1.1.7 Kết luận 15 1.2 Tình hình nghiên cứu nước ngồi nước 16 1.2.1 Tính hình nghiên cứu động xy lanh nước ngồi 16 v 1.2.2 Tính hình nghiên cứu động xy lanh Việt Nam 17 1.3 Mục đích đối tượng nghiên cứu đề tài 20 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 20 1.5 Phạm vi nghiên cứu 20 1.6 Nội dung nghiên cứu đề tài 21 1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn mà đề tài mang lại 21 1.7.1 Ý nghĩa khoa học 21 1.7.2 Ý nghĩa thực tiễn 21 1.8 Phương pháp nghiên cứu 22 1.8.1 Phương pháp thống kê, phân tích 22 1.8.2 Phương pháp tính tốn lý thuyết mơ 22 1.8.3 Phương pháp nghiên cứu tính tốn thiết kế 22 1.8.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 22 1.8.5 Phương pháp chuyên gia 22 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY 23 2.1 Cơ sở lý thuyết trình cháy động nhiệt 23 2.1.1 Tính chất màng lửa 23 2.1.2 Cháy hoàn toàn lý thuyết 24 2.1.3 Các định luật nhiệt động học cho trình cháy 26 2.1.3.1 Định luật nhiệt động học thứ áp dụng cho trình cháy 26 2.1.3.2 Định luật nhiệt động học thứ hai áp dụng cho trình cháy 32 2.2 Cơ sở lý thuyết trình cháy động Diesel phun gián tiếp 36 2.2.1 Khái quát trình cháy động Diesel 36 2.2.2 Lý thuyết trình cháy động Diesel phun gián tiếp 38 2.2.3 Phân tích áp suất buồng cháy 40 2.2.4 Hiệu suất cháy 41 2.2.5 Động phun gián tiếp IDI 41 2.2.6 Quá trình cháy động Diesel phun gián tiếp IDI 44 2.3 Cơ sở lý thuyết TVCS nhiệt hóa 50 vi 2.3.1 Lý thuyết ba dịng xốy lốc 50 2.3.2 Mơ hình chuyển động ba dịng xốy lốc 53 2.3.2.1 Mơ hình Helmholtz 53 2.3.2.2 Mơ hình Theo Goriachev 54 2.3.2.3 Mơ hình Grobli 54 Chương NHIÊN LIỆU BIO-DIESEL SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 55 3.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học Biodiesel 55 3.1.1 Khái niệm 55 3.1.2 Các tính sử dụng nhiên liệu Biodiesel 55 3.1.2.1 Tính chất lý hóa nhiên liệu Biodiesel 55 3.1.2.2 Ưu nhược điểm mặt môi trường nhiên liệu Biodiesel 56 3.1.2.3 Ưu nhược điểm mặt kỹ thuật nhiên liệu Biodiesel 57 3.1.2.4 Ưu nhược điểm mặt kinh tế nhiên liệu Biodiesel 57 3.2 Đặc điểm động sử dụng nhiên liệu Biodiesel 61 3.2.1 Tạo hỗn hợp dùng nhiên liệu Biodiesel 61 3.2.2 Vấn đề tăng khả lưu thông nhiên liệu qua bầu lọc dùng nhiên liệu Biodiesel 61 3.2.3 Ưu điểm buồng cháy TVCS sử dụng nhiên liệu Biodiesel 61 3.3 Nguyên liệu sản xuất thành phần hóa học nhiên liệu Biodiesel 63 3.3.1 Dầu thực vật 63 3.3.2 Mỡ động vật 64 3.3.3 Dầu thải chiên rán 65 3.4 Phương pháp điều chế nhiên liệu Biodiesel 67 3.4.1 Phương pháp điều chế Biodiesel từ mỡ cá Basa 67 3.4.1.1 Qui trình cơng nghệ chiết tách mỡ lỏng từ mỡ cá 67 3.4.1.2 Qui trình sản xuất Biodiesel hình ảnh 69 3.4.2 Phương pháp điều chế dầu Biodiesel từ Jatropha 71 3.4.2.1 Qui trình điều chế 71 3.4.2.2 Công nghệ sản xuất dầu Jatropha 72 vii 3.5 Các thơng số nhiên liệu Biodiesel 74 3.5.1 Các tiêu nhiên liệu dầu từ mỡ cá basa 74 3.5.2 Các tiêu nhiên liệu dầu Jatropha 75 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MƠ HÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ DIESEL TRONG PHẦN MỀM RICARDO WAVE 76 4.1 Mơ hình cháy động Diesel Wiebe 76 4.1.1 Cháy trễ 78 4.1.2 Mô hình cháy phun thí điểm 78 4.2 Mơ hình cháy đa phần động Diesel Wiebe 79 4.3 Mơ hình cháy tia phun Diesel 80 4.3.1 Sự bay giọt nhiên liệu 81 4.3.2 Hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu 81 4.3.3 Sự cháy 82 4.3.4 Sự hình thành NOx 82 4.3.5 Sự hình thành bồ hóng 83 4.4 Mơ hình phân tích giải phóng nhiệt q trình cháy 85 4.4.1 Sự Nén 85 4.4.2 Sự Cháy 85 4.4.3 Xác định điểm chết (TDC) 89 4.5 Dữ liệu cháy động Diesel 90 Chương NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU BIO-DIESEL TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY TVCS BẰNG PHẦN MỀM RICARDO WAVE 94 5.1 Tổng quan phần mềm mô động đốt Ricardo Wave 94 5.1.1 Giới thiệu 94 5.1.2 Các chức bước xây dựng mơ hình mơ 95 5.1.2.1 Các chức phần mềm Ricardo Wave 95 5.1.2.2 Các bước xây dựng mơ hình mơ Ricardo Wave 95 viii 5.1.3 Phương pháp xây dựng mơ hình mơ động Diesel xy lanh phần mềm Ricardo Wave 96 5.2 Mô hình hóa q trình cháy, lửa khu vực cháy 98 5.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm trình cháy khuếch tán 98 5.2.2 Mơ hình hóa q trình cháy phần mềm Kiva 102 5.2.2.1 Mơ hình cháy trễ 102 5.2.2.2 Mơ hình cháy 104 5.2.2.3 Mơ hình hình thành bồ hóng cháy bồ hóng 106 5.3 Mơ q trình cháy động Diesel sử dụng nhiên liệu Biodiesel phần mềm Ricardo Wave 108 5.3.1 Các thông số mô động Diesel xy lanh sử dụng nhiên liệu Biodiesel 108 5.3.2 Các kết mô động đồ thị 109 5.3.2.1 Đặc tính động 109 5.3.2.2 Đặc tính khí thải động 118 5.3.3 Mô hình ảnh tốc độ dịng chảy, áp suất nhiệt độ nhiên liệu B5 số vòng quay n = 2800 124 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 134 6.1 Kết luận kết đề tài 134 6.2 Kiến nghị 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 ix ... Phương pháp nghiên cứu trình cháy động Diesel xy lanh sử dụng nhiên liệu Biodiesel Có phương pháp việc nghiên cứu q trình cháy động Diesel xy lanh sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel là: -... hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu Biodiesel Việc nghiên cứu động sử dụng nhiên liệu Biodiesel thực phương thức thực nghiệm mô Sau cơng trình nghiên cứu động sử dụng nhiên liệu Biodiesel công bố... lọc dùng nhiên liệu Biodiesel 61 3. 2 .3 Ưu điểm buồng cháy TVCS sử dụng nhiên liệu Biodiesel 61 3. 3 Nguyên liệu sản xuất thành phần hóa học nhiên liệu Biodiesel 63 3 .3. 1 Dầu thực