Căn cứ vào các thông số kỹ thuật của BXTEMT và các tính tốn dựa trên cơ sở lý thuyết, các dữ liệu về phần tử BXTEMT (Bảng 2.4) được đưa vào mơ hình (Hình 2.9).
Bảng 2.4. Dữ liệu về phần tử BXTEMT
STT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Thể tích BXT 0,2 l
2 Chiều dài khối BXT 0,1 m 3 Mật độ lỗ (cell) 200 cell/in2 4 Tổng thể tích phần rỗng của các lỗ (cell) 0,17 l 5 Độ dày thành khối xúc tác 1.8E-4 m 6 Độ dày lớp washcoat 1,3E-5 m 7 Khối lượng riêng BXT 1.700 kg/m3 8 Độ dẫn nhiệt 0,4 W/(m.K) 9 Nhiệt dung riêng 1.200 J/(kg.K) 10 Hệ số truyền nhiệt bên ngoài 30 W/m2.K
11 Độ dày lớp vỏ 0,001 m
12 Độ dày lớp cách nhiệt 0,01 m 13 Độ dẫn nhiệt của lớp vỏ 40 W/(m.K) 14 Độ dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt 0,3 W/(m.K) 15 Nhiệt độ môi trường 298 K 16 Kim loại quý sử dụng Pt, Rh 17 Khối lượng kim loại quý Pt, Rh sử dụng 0,14 g 18 Tỷ lệ khối lượng Pt/Rh 5,0:1,0
2.3.2.4. Thiết lập cơ chế phản ứng
Cơ chế phản ứng và các thông số liên quan đến các phản ứng hóa học diễn ra trong BXT là yếu tố quyết định đến việc mơ hình mơ phỏng có phản ánh đúng xu hướng
49
diễn ra trong mơ hình thực hay khơng. Tính chính xác của các kết quả mơ phỏng sẽ phụ thuộc vào việc khai báo đúng cơ chế và các thông số của cơ chế phản ứng.
AVL Boost cung cấp các cơ chế phản ứng mặc định. Tuy nhiên do yêu cầu cụ thể của bài toán là sử dụng các kim loại quý Pt, Rh và các vật liệu xúc tác mới khác trong các phản ứng của bộ xử lý xúc tác, cơ chế phản ứng mặc định này không đáp ứng đầy đủ dữ liệu về phản ứng. Do đó cần thực hiện việc thiết lập một cơ chế phản ứng mới trên công cụ thiết lập cơ chế phản ứng do người dùng tự định nghĩa.
Để tự định nghĩa các cơ chế phản ứng diễn ra trong BXT. Người dùng sử dụng giao diện lập trình AUCI (AVL User Coding Interface) để thiết lập mới một cơ chế phản ứng. Trong đó người dùng tự định nghĩa các phản ứng xảy ra, phương trình phản ứng, tốc độ phản ứng và các tham số liên quan đến tốc độ phản ứng, các tham số liên quan đến nhiệt phản ứng... Ngồi ra cơng cụ AUCI cũng cho phép người dùng bổ sung các vật liệu xúc tác khác và các đặc tính của chúng trong cơ chế phản ứng.
Việc thiết lập cơ chế các phản ứng bao gồm:
- Lựa chọn các phản ứng diễn ra trong BXT dựa trên dữ liệu sẵn có của phần mềm và bổ sung các phản ứng liên quan đến kim loại quý hoặc vật liệu mới thêm vào.
- Nhập tên phản ứng, phương trình phản ứng, hệ số phản ứng. - Nhập các thông số nhiệt của phản ứng.
- Nhập phương trình tính tốc độ phản ứng: thơng số K, E. Trong đó K (kmol/m2.s) là tham số tốc độ; E (kJ/mol) là năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
2.3.2.5. Nhập dữ liệu cho cơ chế phản ứng
Bảng 2.5. Dữ liệu nhập vào cơ chế phản ứng [68, 69]
STT Thông số Đơn vị Giá trị Đơn vị
1 Mật độ lớp washcoat 1000 kg/m3
2 Mật độ kim loại Pt 1.30E-05 mol/m2
3 Mật độ kim loại Rh 2.60E-06 mol/m2
4 2Rh + O2 = 2RhO K 100000 kmol.m2.s E 16000 J/mol 5 2Rh + 2NO = 2RhO + N2 K 400000 kmol.m2.s E 15900 J/mol 6 RhO + CO = Rh + CO2 K 240000 kmol.m2.s E 15940 J/mol 7 2Pt + O2 = 2PtO K 130000 kmol.m2.s E 15970 J/mol 8 PtO + CO = Pt + CO2 K 150000 kmol.m2.s E 15950 J/mol 9
9PtO + C3H6 = 9Pt + 3CO2 + 3H2O
K 650000 kmol.m2.s
E 15890 J/mol
Dựa vào các tính tốn trên cơ sở lý thuyết, dữ liệu tham khảo phần mềm, dữ liệu từ các nghiên cứu đã được công bố [68, 69], các thông số, dữ liệu nhập vào cơ chế phản ứng thể hiện trong Bảng 2.5.
50
Trên cơ sở hồn thiện việc xây dựng mơ hình và nhập dữ liệu, mơ hình khơng xảy ra các lỗi liên quan đến dữ liệu và logic, bước tiếp theo tiến hành chạy thử nghiệm mơ hình. Việc chạy thử nghiệm này nhằm mục đích có được kết quả sơ bộ là hiệu suất xử lý các thành phần khí thải CO, HC, NOx của mơ hình đã xây dựng, làm cơ sở cho việc hiệu chuẩn tính chính xác của mơ hình và tiến hành mơ phỏng cũng như đưa ra các nghiên cứu đánh giá cụ thể theo yêu cầu của bài toán ở các mục tiếp theo.
2.4. Thực nghiệm xác định các thông số đầu vào của BXT
Thành phần khí, lưu lượng, hệ số dư lượng khơng khí, nhiệt độ khí thải trước BXT là các tham số đầu vào của BXT, các tham số này được xác định bằng thực nghiệm.
2.4.1. Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm
Đối tượng sử dụng trong thử nghiệm xác định các tham số đầu vào cho mơ hình mơ phỏng cũng như đánh giá hiệu quả chuyển đổi của các BXT trong nghiên cứu này là xe Piaggio Liberty 150 của hãng Piaggio Việt Nam. Các thông số kỹ thuật của xe được thể hiện trong Bảng 2.6.
Bảng 2.6. Thông số kỹ thuật xe Piaggio Liberty 150
STT Thông số Giá trị
1 Mẫu xe Piaggio Liberty 150 2 Kiểu động cơ 1 xylanh, 4 kỳ 3 Dung tích xylanh 154,8 cm3
4 Đường kính x Hành trình 58 mm x 58,6 mm
5 Tỉ số nén 10,5: 1
6 Công suất tối đa 9.7 kW/ 7750 v/ph 7 Mô – men cực đại 13 Nm/6500 v/ph
8 Hệ thống làm mát Kết hợp gió và dung dịch 9 Hệ thống nhiên liệu Phun xăng điện tử
10 Góc đánh lửa sớm Điều khiển bởi ECU 11 Cơ cấu phân phối khí Xupap treo, 2 nạp, 1 thải 12 Khởi động Điện, chân đạp
13 Hộp số Vô cấp CVT
Nhiên liệu thử nghiệm bao gồm xăng RON95 của công ty Petrolimex và xăng RON95 có pha ethanol với tỷ lệ lần lượt là 10% (E10) và 20% (E20), tính chất lý hóa của nhiên liệu xăng RON95 và xăng pha cồn E10 và E20 được thể hiện trong Bảng 2.7 [17].
Bảng 2.7. Tính chất của nhiên liệu xăng và xăng pha cồn [17]
STT
Tính chất
Nhiên liệu
RON95 E10 E20 1 Trọng lượng riêng (kg/l ở 15,5oC) 0,7575 0,7608 0,7641
2 Chỉ số Octan 95,4 98,1 100,7
51
4 Hàm lượng chất keo rửa trôi (mg/100ml) 0,2 0,35 0,6 5 Hàm lượng chất keo không rửa trôi
(mg/100ml) 18,8 17,4 15,0 6 Hàm lượng chì (g/l) < 0,0025 < 0,0025 < 0,0025 7 Nhiệt trị (cal/g) 10176 9511 9316 8 Cacbon (wt%) 86,6 83,02 79,48 9 Hydro (wt%) 13,3 13,27 13,25 10 Màu sắc Vàng Vàng Vàng 2.4.2. Chế độ thử nghiệm
Thử nghiệm được thực hiện trên băng thử khí thải xe máy CD20” tại Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu và khí thải, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Để đánh giá đầy đủ hiệu quả chuyển đổi của BXT tại các chế độ làm việc của xe. Quá trình thử nghiệm được thực hiện theo các đặc tính tốc độ tại vị trí 25%, 50%, 75% và 100% độ mở bướm ga (tải), cụ thể như thể hiện trong Bảng 2.8.
Bảng 2.8. Chế độ tải và tốc độ thử nghiệm
STT Thông số Giá trị
1 Tải (% tay ga) 25% 50% 75% 100%
2 Tốc độ xe (km/h) 20 30 30 40 30 40 40 50 40 50 50 60 50 60 60 70 60 70 70 80