v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.3.1. Khối lượng cặn tích lũy
4.3.1.1. Cặn lắng của B100, B50, B20 và B5
Hình 4.13 mô tả sự hình thành và phát triển cặn lắng của các nhiên liệu B100, B50, B20 và B5 khi thời gian tương tác là τvc = 5s. Khối lượng cặn tích lũy của B100 là lớn nhất trong số các loại nhiên liệu thử nghiệm với số lượng cặn thu được sau 9000 giọt là MR = 73,3mg, cao gấp 2 lần so với lượng cặn thu được từ nhiên liệu với tỷ lệ pha trộn thấp nhất (B5) là MR = 24,3mg. Ở tbm = 352°C, đặc tính bay hơi của B100 khiến thời gian bay hơi trong giai đoạn đầu (τtt = 6s) của nó dài hơn thời gian tương tác được thiết lập. Điều đó có nghĩa là trạng thái ướt của bề mặt vách được duy trì và gây ra sự tích tụ các chất tiền tố cặn có khối lượng phân tử cao trên bề mặt vách ở giai đoạn đầu của quá trình lắng đọng tạo cặn.
Kết quả trong Hình 4.13 cũng cho thấy cặn của B50 tích lũy ít hơn so với các nhiên liệu thử nghiệm khác mặc dù cùng duy trì trạng thái ướt của bề mặt vách trong giai đoạn đầu. Ở 9000 giọt, lượng cặn tích lũy cho B50 là MR = 18,9mg, giá trị này là ít hơn 74% so với B100. Tuy nhiên xét trong thời gian dài, B50 tích lũy nhiều cặn hơn B20 và B5. Điều này đã được chứng minh bởi sự giảm khối lượng cặn khác nhau giữa B50 và B20, cũng như giữa B50 và B5. Ở 9000 giọt, sự khác biệt về cặn lên đến khoảng 64% và 22% khi ta so sánh B50 (MR = 18,9mg) với B20 (MR = 53,1mg) và B5 (MR = 24,3mg). Tuy nhiên, khi số giọt tăng đến 14000 giọt, sự khác biệt trở nên nhỏ hơn và cặn thu được của B50 (MR = 29,2mg) ít hơn 53% với so với B20 (MR = 61,7mg) và nhiều hơn 2% so với B5 (MR = 28,5mg). Tuy nhiên, do khối lượng một giọt nhiên liệu
103
của B5 thấp hơn so với B50 nên giá trị MR/mD cho B5 sẽ lớn hơn so với giá trị cho B50 nếu có cùng MR. Lượng cặn tích lũy cho B50 sẽ vượt quá lượng cặn tích lũy của B20 và B5 khi số giọt tăng lên rất lớn (ND >> 20000 giọt) do tốc độ phát triển cặn của B50 lớn hơn B20.
Hình 4.13. Phát triển cặn tại τvc = 5s
Ở giai đoạn ban đầu, cặn B20 phát triển tương tự như B100, mặc dù số lượng cặn B20 tích tụ lớn hơn B100. Tuy nhiên, sau 4000 giọt, tốc độ phát triển cặn cho B20 là thấp hơn B100. Ở 9000 giọt, lượng cặn tích lũy cho B20 là MR = 53,1mg, ít hơn so với lượng cặn thu được của B100 (MR = 73,3mg) khoảng 28%. Khi xét đến thời gian bay hơi của B20, điều kiện khô rõ ràng được hình thành tại khu vực mà các chất tiền tố cặn có khối lượng phân tử lớn tích tụ trên bề mặt ở giai đoạn ban đầu. Tuy nhiên, tình trạng này đã không được duy trì trong giai đoạn sau của sự hình thành cặn. Ở giai đoạn sau của B20, điều kiện chồng chất và ẩm gây ra do giọt nhiên liệu vỡ vụn trong quá trình va chạm. Tốc độ phát triển cặn chậm ở giai đoạn này có thể do quá trình oxi hóa cặn vụn. Đối với B5, điều kiện khô được liên tục duy trì dẫn đến lượng cặn tích tụ ít hơn B20. B5 thu được lượng cặn tích tụ ít hơn 54% so với B20 ở 14000 giọt.
Hình 4.14 mô tả sự hình thành và phát triển cặn khi thời gian va chạm τvc = 8s cho thấy hầu hết các nhiên liệu thử nghiệm thu được lượng cặn tích lũy tương đối nhỏ trừ B20. Không có sự khác biệt rõ ràng giữa sự phát triển cặn của B100, B50 và B5.
104
Lượng cặn nhỏ hơn 5mg được tìm thấy ở thử nghiệm với tình trạng bề mặt khô đã được kỳ vọng sẽ chiếm ưu thế trong quá trình tạo cặn lắng. Đối với B20 lượng cặn tích lũy thu được tương đối lớn, ở 9000 giọt, lượng cặn tích lũy của B20 là MR = 54,6mg, lớn hơn lượng cặn trung bình của B100, B50 và B5 (MR = 2,6mg) khoảng 20 lần. Với thiết lập thời gian bay hơi ngắn hơn so với thời gian va chạm thì kết quả của B20 là rất bất ngờ. Từ kết quả B20, có thể thấy rằng sự hình thành cặn ở giai đoạn ban đầu là nguyên nhân chính dẫn đến kết quả này.
105
4.3.2.2. Cặn lắng của nhiên liệu DO
Hình 4.15. Sự phát triển cặn DO ở nhiệt độ và khoảng thời gian va chạm khác nhau
Các kết quả của cặn DO trong TNCMH khi nhiệt độ gần vùng MEP được thể hiện trong Hình 4.15. Ở 9000 giọt, lượng cặn tích lũy khi thời gian va chạm τvc = 3s là MR = 2,0mg tại tbm = 352°C lớn hơn 0,5mg so với khi τvc = 5s (MR = 1,5mg), có nghĩa là lượng cặn tăng hơn 33% khi khoảng thởi gian va chạm rút ngắn còn 3 giây. Tuy nhiên, không có sự khác biệt rõ ràng giữa cặn phát triển với τvc = 3s và 5s tại tbm = 352°C. Trong các thử nghiệm, nhiệt độ của bề mặt vách dao động giữa 347°C và 352°C, nhưng biến động này không tác động đáng kể tới sự phát triển cặn vì quãng thời gian bay hơi gần như không đổi trong suốt thử nghiệm.
Tiếp theo, khi nhiệt độ bề mặt giảm xuống 306°C, thời gian va chạm ban đầu là 5s, nên duy trì trạng thái ướt trên bề mặt vách. Điều đó có nghĩa là nhiên liệu lỏng va chạm trước đó vẫn tồn tại khi va chạm tiếp theo xảy ra. Ở 9000 giọt, τvc = 5s, lượng cặn tích lũy ở 306°C là MR = 2,5mg, lớn hơn lượng cặn thu được ở 352°C là 1mg và tổng khối lượng cặn tích lũy thu được tại nhiệt độ bề mặt 306°C khi τvc = 3s nhiều hơn khoảng 66% cặn tích lũy khi τvc = 5s và tbm = 352°C. Điều này có nghĩa rằng lượng cặn tăng gấp đôi khi nhiệt độ bề mặt giảm đến 306°C và thời gian va chạm rút ngắn còn 3 giây. Sự phát triển cặn DO tại tbm = 306°C với τvc = 5s nhanh hơn so với cặn tại tbm = 352°C với τvc = 3s khi xét tới tốc độ phát triển của cặn (Hình 4.15).
106