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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NHỈNH 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NHỈNH 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 Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số : 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS PHẠM MINH TUẤN PGS.TS PHẠM HỮU TUYẾN Hà Nội – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu 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 cơng 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 mơn Động đốt trong, Trung tâm nghiên cứu động cơ, nhiên liệu khí thải cho phép giúp đỡ tơi thực luận án thời gian học tập, nghiên cứu Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin bày tỏ lòng 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 Tơi 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 cô khoa ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Giáo sƣ, Phó Giáo sƣ, Tiến sĩ nhà khoa học dành thời gian quý báu để đọc góp ý giúp tơi hồn thiện luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, ngƣời 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 tượng phạm vi nghiên cứu iv Phương pháp nghiên cứu v Ý nghĩa khoa học thực tiễn vi Tính đề tài vii Bố cục luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU ETHANOL VÀ BIODIESEL 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 khống 34 iii 2.2.2 Q trình cháy động diesel sử dụng hỗn hợp diesel-ethanol 36 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 49 2.4.4 Lý thuyết tính tốn lƣợng phát thải động diesel 50 2.4.5 Mơ hình nhiên liệu 52 2.5 Cơ sở phƣơng pháp lấy mẫu đếm hạt khí thải động 52 2.5.1 Thành phần phân bố hạt theo kích thƣớc 53 2.5.2 Sơ đồ hệ thống lấy mẫu phép đo số lƣợng hạt 54 2.6 Kết luận chƣơng 55 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG TÍNH NĂNG 57 KỸ THUẬT VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL-ETHANOL-BIODIESEL 57 3.1 Xây dựng mơ hình động diesel đánh giá độ tin cậy mơ hình 57 3.1.1 Mục đích đối tƣợng mơ 57 3.1.2 Xây dựng mơ hình mơ động 59 3.1.3 Đánh giá độ tin cậy mơ hình mơ 63 3.2 Tính tốn mơ tính kỹ thuật phát thải động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol diesel-ethanol-biodiesel 66 3.2.1 Kết mô sử dụng nhiên liệu diesel-ethanol 66 3.2.2 Kết mô sử dụng nhiên liệu diesel-ethanol-biodiesel 72 3.3 Kết luận chƣơng 82 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 84 4.1 Mục đích thử nghiệm 84 4.2 Phƣơng pháp, đối tƣợng chế độ thử nghiệm 84 4.2.1 Phƣơng pháp thử nghiệm 84 4.2.2 Đối tƣợng thử nghiệm 84 4.2.3 Chế độ thử nghiệm 85 4.3 Trang thiết bị thử nghiệm 85 4.3.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm 85 4.3.2 Các thiết bị thử nghiệm 85 iv 4.4 Nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc chùm tia phun nhiên liệu diesel, DE5, DE10, DE5B5 DE10B5 90 4.4.1 Các thiết bị sử dụng nghiên cứu 90 4.4.2 So sánh cấu trúc chùm tia phun nhiên liệu diesel, DE5, DE10, DE5B5 DE10B5 91 4.5 Kết thử nghiệm động băng thử 93 4.5.1 Tính kỹ thuật động diễn biến áp suất xylanh 93 4.5.2 Ảnh hƣởng hỗn hợp nhiên liệu tới phát thải động 97 4.6 So sánh kết mô thực nghiệm với nhiên liệu DE10B5 107 4.7 Tính tốn sơ lƣợng ethanol thay diesel 110 4.8 Kết luận chƣơng 110 KẾT LUẬN CHUNG 112 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119 MỤC LỤC PHỤ LỤC 120 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 Công 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 Xê tan 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 diesel-ethanol-biodiesel đến đặc tính phun [62] 44 Hình 2.15 Cân lƣợng xylanh động 44 Hình 2.16 Thành phần phát thải hạt đƣợc tạo trình cháy 53 Hình 2.17 Phân bố số lƣợng, khối lƣợng, diện tích bề mặt theo đƣờng kính hạt 54 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lấy mẫu xác định số lƣợng hạt khí thải55 Hình 3.1 Động diesel Hyundai D4BB….…………………………………… 57 Hình 3.2 Đƣờng đặc tính ngồi động thực 58 Hình 3.3 Mơ hình động D4BB 60 Hình 3.4 Kết mơ thực nghiệm 64 Hình 3.5 Kết mô thực nghiệm phát thải CO 65 Hình 3.6 Kết mô thực nghiệm phát thải NOx 65 Hình 3.7 Kết mơ thực nghiệm phát thải NOx 66 Hình 3.8 Mơ men (a) suất tiêu hao nhiên liệu (b) theo đặc tính ngồi 67 Hình 3.9 Suất tiêu hao nhiên liệu, thay đổi trung bình theo đặc tính tải 68 Hình 3.10 Hàm lƣợng CO theo đặc tính ngồi 69 Hình 3.11 Hàm lƣợng CO theo đặc tính tải 2000v/ph 69 Hình 3.12 Hàm lƣợng NOx theo đƣờng đặc tính ngồi 71 Hình 3.13 Hàm lƣợng NOx theo đặc tính tải 2000v/ph 71 Hình 3.14 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình CO, NOx, soot theo đƣờng đặc tính ngồi 72 Hình 3.15 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình CO, NOx, soot theo đặc tính tải 2000v/ph 72 Hình 3.16 Mơ men thay đổi trung bình theo đặc tính ngồi 74 Hình 3.17 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình theo đặc tính ngồi 75 Hình 3.18 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình 2000 v/ph 75 Hình 3.19 Hàm lƣợng CO thay đổi trung bình theo đặc tính ngồi 77 Hình 3.20 Hàm lƣợng CO thay đổi trung bình theo đặc tính tải 2000 v/ph 78 Hình 3.21 Hàm lƣợng NOx thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 79 Hình 3.22 Hàm lƣợng NOx thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 80 vii Hình 3.23 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 81 Hình 3.24 Hàm lƣợng soot thay đổi trung bình theo đặc tính tải 2000 v/ph 82 Hình 4.1 Khuấy hịa trộn hỗn hợp nhiên liệu…………………………………… 84 Hình 4.2 Sơ đồ thử nghiệm động D4BB 85 Hình 4.3 Băng thử động lực cao động 86 Hình 4.4 Phanh điện APA 100 86 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý hình ảnh thực tế cảm biến tốc độ động 87 Hình 4.6 Thiết bị đo độ đen Smoke Meter AVL 415 87 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý hình ảnh thực tế AVL Fuel Balance 733S 88 Hình 4.8 Sơ đồ hệ thống phân tích khí xả AVL CEBII 89 Hình 4.9 Sơ đồ khối hệ thống lấy mẫu xác định số hạt khí thải 90 Hình 4.10 Thiết bị cân chỉnh vòi phun 90 Hình 4.11 Máy quay Photron Fastcam SA3 tốc độ 3000 FPS 91 Hình 4.12 Quá trình chụp tia nhiên liệu 91 Hình 4.13 Cấu trúc tia phun nhiên liệu diesel, DE5, ED10, DE5B5 DE10B5 92 Hình 4.14 Mơ men thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 94 Hình 4.15 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 95 Hình 4.16 Suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi trung bình theo đặc tính tải 96 Hình 17 Diễn biến áp suất xylanh theo đƣờng đặc tính ngồi 97 Hình 4.18 Phát thải CO thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 98 Hình 4.19 Phát thải CO thay đổi trung bình theo đặc tính tải 2000 v/ph 99 Hình 20 Phát thải HC thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 100 Hình 4.21 Phát thải HC thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 101 Hình 4.22 Phát thải NOx thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 102 Hình 4.23 Phát thải NOx thay đổi trung bình theo đặc tính tải 2000 v/ph 103 Hình 4.24 Độ khói thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 104 Hình 4.25 Độ khói thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 104 Hình 4.26 Giá trị Lambda theo đƣờng đặc tính ngồi 105 Hình 4.27 Giá trị Lambda theo đƣờng đặc tính tải 2000 v/ph 106 Hình 4.28 Số hạt thay đổi trung bình theo đƣờng đặc tính ngồi 107 Hình 4.29 Số hạt trung bình khí thải theo đƣờng đặc tính ngồi 107 viii Lưu liệu nhiên liệu Giao diện nhập mô hình nhiên liệu Sau chọn “Fuel Label” lấy cơng thức hóa học nhiên liệu biodiesel 5-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 6-PL “Save as” nhiên liệu với tên DE5B5.bgp ta xây dựng xong mô hình nhiên liệu Sau “upload” nhiên liệu DE5B5 vào “Boost gas properties Data file” Nhiên liệu DE5B5 đƣợc định nghĩa mơ hình mơ 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 cơng 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” 7-PL 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 mô hình nhiên liệu 8-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 cơng 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” 9-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 mô hình nhiên liệu DE30B5 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 DE30B5, việc pha trộn dựa vào tỷ lệ thể tích chọn “Kind of fraction ratio” 10-PL Tiến hành nhập mơ hình nhiên liệu DE5 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 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 cơng 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” 11-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 khí nén 12-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 [75] 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 13-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 thông 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 14-PL Hình PL4.2 Sơ đồ khối hệ thống lấy mẫu xác định số lượng hạt khí thải a) Ống pha lỗng 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 Ngồi 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 lỗng thứ cần nguồn cung cấp khí nén để pha loãng Tỉ lệ pha loãng 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 lông 8; Lớp cách nhiệt; Gioăng cao su; Dây nhiệt điện trở; Ống pha lỗng; Mặt bích liền 140  Ngun lý làm việc: Khí nén khí mẫu vào hệ thống pha lỗng thứ Tại khí mẫu đƣợc pha loãng để giảm nồng độ số hạt Hệ thống pha lỗng 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 15-PL thủy tinh để giữ nhiệt độ lịng ống sấy ln ổn định tránh cho nhiệt độ bên lòng 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 Nguyên 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 lỗng 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 mơ tả nguyên lý làm việc ống sấy Hình PL4.6 Nguyên lý làm việc ống sấy c) Ống pha loãng thứ hai 16-PL  Nhiệm vụ: Bộ pha loãng 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 lỗng 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 loãng 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 PL4.7 Mặt cắt đứng hệ thống pha lỗng thứ hai Mặt bích liền 140; Ống pha lỗng; Mặt bích liền 140; Gioăng cao su; Bu lông Hình PL4.8 Nguyên lý làm việc hệ thống pha loãng thứ hai 17-PL 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 Hình PL4 10 Giao diện thiết bị đếm hạt DiSC mini 18-PL 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 19-PL ... kinh tế, kỹ thuật phát thải động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel- ethanol- biodiesel Chƣơng 3: Nghiên cứu mơ tính kỹ thuật phát thải động diesel sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel- ethanol- biodiesel. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NHỈNH 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. .. 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