Tóm tắt Luận án Nghiên cứu đặc tính cháy của hỗn hợp nhiên liệu Diesel-Biodiesel có tỷ lệ pha trộn cao trong động cơ Diesel

Tình hình nghiên cứu đặc tính cháy của hỗn hợp diesel-biodiesel

Qua nghiên cứu, phân tích một số công trình nghiên cứu đã công bố liên quan

đến đặc tính cháy của hỗn hợp nhiên liệu diesel-biodiesel, NCS nhận thấy:

- Một số công trình tập trung vào việc sản xuất biodiesel B100 từ các loại

nguyên liệu đầu vào khác nhau chứ chưa tập trung nghiên cứu sử dụng hiệu quả

biodiesel trong động cơ ([5], [13], [15]).

- Một số công trình tập trung nghiên cứu, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, năng

lượng, môi trường của động cơ khi sử dụng dầu thực vật thô (chưa chuyển thành

biodiesel), ([7], [10], [46]).

- Một số công trình tập trung nghiên cứu xây dựng mô hình lý thuyết hoặc

nghiên cứu thực nghiệm về quá trình cháy và các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi

trường của động cơ khi sử dụng biodiesel, ([3], [6], [11], [20]) nhưng chưa đề cập

hoặc chưa đánh giá chi tiết các đặc tính cháy của hỗn hợp diesel-biodiesel có tỷ lệ4

pha trộn cao và không đề cập đến việc xây dựng, đánh giá công thức xác định

TGCT của hỗn hợp diesel-biodiesel.

- Một số công trình ([38], [39], [54], [62], [83]) đã tiến hành thực nghiệm xác

định đặc tính cháy của hỗn hợp nhiên liệu diesel-biodiesel trong xi lanh khi thay đổi

tải, tốc độ động cơ và tỷ lệ pha trộn nhưng chưa đề cập chi tiết đến việc xác định

xây dựng công thức dự báo TGCT ở hai phương diện “vật lý” và “hóa học”.

Ta thấy, mặc dù các nghiên cứu đã công bố liên quan đến đặc tính cháy của

nhiên liệu diesel và biodiesel là khá nhiều, nhưng các dữ liệu thu được chưa đủ để

đánh giá toàn diện các đặc tính cháy của chúng do sự đa dạng của diesel sinh học

(nguồn gốc của B100) và sự phức tạp của cơ chế động học quá trình cháy. Mặc dù

có nhiều thông số đánh giá đặc tính cháy nhưng NCS chỉ tập trung vào TGCT do đây

là đặc tính quan trọng nhất có tác động mạnh đến các thông số nhiệt động của CTCT.

pdf26 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 489 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu đặc tính cháy của hỗn hợp nhiên liệu Diesel-Biodiesel có tỷ lệ pha trộn cao trong động cơ Diesel, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hợp biodiesel Nhiên liệu C, [%] H, [%] O , [%] Nhiệt trị thấp , MJ.kg-1 A/F B0 86,93 12,96 0,07 42,91 14,58 B20 84,87 12,80 2,29 41,77 14,19 B40 82,85 12,64 4,47 40,65 13,81 B60 80,86 12,48 6,62 39,55 13,43 B80 78,89 12,32 8,74 38,46 13,05 B100 76,96 12,17 10,83 37,39 12,69 Tỷ lệ A/F lý thuyết của hỗn hợp nhiên liệu được xác định bằng công thức (2.3), [9]:       1 8 / 8 , ( ) 0,23 3         kgkk A F C H O kgnl (2.3) Các kết quả tính toán nhiệt trị thấp và tỷ lệ A/F lý thuyết (Bảng 2.5) cho thấy, khi tỷ lệ biodiesel trong hỗn hợp tăng lên thì nhiệt trị thấp của hỗn hợp giảm xuống; hàm lượng biodiesel trong hỗn hợp nhiên liệu càng cao thì lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết một đơn vị nhiên liệu càng giảm. 6 2.3.4. Xác định trị số xê tan Trị số xê tan (Cetane Number -CN) là đặc tính cháy quan trọng, là dữ liệu đầu vào quan trọng trong việc tính toán CTCT và điều khiển HTPNL điện tử trên động cơ diesel. Trị số xê tan của hỗn hợp nhiên liệu diesel-biodiesel được xác định bằng động cơ diesel nghiên cứu 1 xi lanh CFR- F5 (hãng Dresser-Whaukesha, Mỹ), theo TCVN 7630:2013 (ASTM D613),[32] với các hỗn hợp B0, B10, B20, B40, B60, B80, B100 tại Phòng thử nghiệm Xăng-Dầu-Khí của Quatest 1. 1- Bánh khóa; 2- Bánh điều chỉnh tỉ số nén;3- Trắc vi kế (Micrometer); 4- Thiết bị điện tử đo TGCT (Delay meter); 5- Pít tông; 6- Buồng cháy trước; 7- Cảm biến đo áp suất cháy; 8-Vòi phun; 9-Cảm biến đo thời điểm bắt đầu phun; 10- Cảm biến xác định vị trí ĐCT theo GQTK.; 11-Cảm biến xác định vị trí trước ĐCT 130 GQTK; 12- Bánh đà Hình 2.4. Kết cấu buồng cháy và bố trí thiết bị đo của động cơ CFR-F5 Kết quả ở bảng 2.9 cho thấy trị số xê tan của hỗn hợp diesel-biodiesel cao hơn so với diesel do trong thành phần hóa học có chứa nhiều Oxy hơn. Đây là một ưu điểm của biodiesel khi xét về góc độ tạo hỗn hợp và cháy. Kết quả phân tích thuộc tính của của các mẫu B0, B10, B20, B40, B60, B80, B100 dùng trong luận án được tổng hợp trong Bảng 2.9. Bảng 2.9. Kết quả phân tích thuộc tính hóa-lý của hỗn hợp diesel- biodiesel TT Tên chỉ tiêu Phương pháp Đơn vị Kết quả đo Mẫu B0 Mẫu B20 Mẫu B40 Mẫu B60 Mẫu B80 Mẫu B100 1 Thành phần hóa học C % 86,93 84,87 82,85 80,86 78,89 76,96 H % 12,96 12,80 12,64 12,48 12,32 12,17 O % 0,07 2,29 4,47 6,62 8,74 10,83 2 Khối lượng phân tử g/mol 191,8 206,74 223,91 243,86 267,32 295,31 3 Khối lượng riêng ở 20oC TCVN 6594:2000 (ASTM D 1298) kg/m3 835,6 842,1 849,1 856,6 864,1 871,1 4 Nhiệt trị cao TCVN 2698:2002 (ASTM D445) MJ/kg 46,18 44,62 42,01 41,53 39,78 38,10 5 Độ nhớt động học ở 20oC TCVN 3171:2003 (ASTM D 445) mm2/s 4,66 5,00 5,45 5,81 6,45 7,08 6 Điểm chớp cháy cốc kín TCVN 6608:2000 (ASTM D 93) °C 68,50 87,80 110,5 130,3 155,8 183,5 7 Nhiệt độ giới hạn tự bốc cháy ASTM E659-78 K 494 - - - - 481 8 Trị số xê tan TCVN 7630 (ASTM D 613) 52,4 54,4 57,4 62,4 63,9 66,9 7 2.4. Xác định một số đặc tính cháy của hỗn hợp diesel-biodiesel 2.4.1. Xác định tốc độ cháy tầng của nhiên liệu Tốc độ cháy tầng là thông số phản ánh đặc tính của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy, cũng như mức độ tỏa nhiệt và mức độ khuyếch tán của hỗn hợp cháy. Tốc độ cháy tầng được sử dụng làm tham số trong một số mô hình cháy (mô hình cháy 2 Vibe vùng (Two zone)...), [24]. Tốc độ cháy tầng của hỗn hợp diesel-biodiesel được đo tại PTN Nghiên cứu Quá trình cháy và Phun nhiên liệu (Combustion and Spray Laboratory) của Viện Năng lượng và Động lực/ĐH Giao thông Tây An-Trung Quốc, [105]. Sơ đồ bố trí chung hệ thống thiết bị đo tốc độ cháy tầng được trình bày trên Hình 2.7, kết quả đo trên Hình 2.8. 1-Bình Oxy; 2-Bình Ni tơ; 3-Bơm chân không; 4-Áp kế thủy ngân; 5- Đèn Xe non; 6-Hệ thống gia nhiệt; 7-Gương cầu; 8-Cảm biến áp suất; 9- Cảm biến nhiệt độ; 10- Hệ thống đánh lửa; 11- Đồng hồ nhiệt độ; 12- Đồng hồ áp suất;13- Máy tính; 14-Camera; 15-Hệ thống thu thập dữ liệu; 16- Bộ khuyếch đại; 17- Cảm biến áp suất quá trình cháy; 18- buồng cháy đẳng tích;19-Van nhiên liệu. Hình 2.7. Sơ đồ bố trí trang thiết bị đo tốc độ cháy tầng, [9] Hình 2.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ pha trộn đến tốc độ cháy tầng của hỗn hợp diesel-biodiesel Hình 2.8 cho thấy: tốc độ cháy tầng lớn nhất của các hỗn hợp B10, B20, B50, B75, B100 (ký hiệu SL Bxx) đều xuất hiện ở hỗn hợp trung hòa (ϕ = 1) và lớn hơn B0. Tỷ lệ pha trộn của biodiesel có ảnh hưởng đến tốc độ cháy tầng, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng là không lớn. Tỷ lệ pha trộn càng lớn thì tốc độ cháy tầng càng cao, sự ảnh hưởng này thể hiện rõ nhất với hỗn hợp trung hòa (ϕ = 1). 2.4.2. Xác định TGCT của hỗn hợp nhiên liệu diesel-biodiesel bằng Shock Tube Xác định TGCT hóa học của các hỗn hợp biodiesel bằng ống xung kích (Shock Tube) tại PTN Nghiên cứu Quá trình cháy và Phun nhiên liệu (Combustion and Spray Laboratory) của Viện Năng lượng và Động lực/ĐH Giao thông Tây An, Trung Quốc. Sơ đồ bố trí trang thiết bị xác định TGCT được thể hiện trên Hình 2.10, kết quả đo trên Hình 2.11. 8 Hình 2.10. Bố trí trang thiết bị đo TGCT bằng ống xung kích. 1-Phần cao áp; 2-Đồng hồ báo áp suất; 3-Màng ngăn; 4- Đồng hồ báo độ chân không; 5- Phần thấp áp; 6- Phần lắp thiết bị thực nghiệm; 7- Cảm biến thời điểm cháy; 8- Nguồn cao áp; 9- Hệ thống thu thập dữ liệu; 10-Bộ đếm thời gian; 11- Bơm chân không số 1; 12- Cảm biến áp suất;13- Bình hòa trộn; 14- Đồng hồ áp suất của bình hòa trộn; 15-Bơm chân không số 2; 16- Bình khí He li; 17- Bình khí Ni tơ. a) b) c) c) e) f) Hình 2.11. Kết quả xác định TGCT của B0, B20 , B40 , B60, B80, B100 Hình 2.11 cho thấy, với tất cả các hỗn hợp diesel-biodiesel, TGCT tăng cùng với sự gia tăng của tỷ lệ tương đương, (tuy nhiên, ảnh hưởng của tỷ lệ tương đương với TGCT là khá nhỏ) và TGCT giảm khi nhiệt độ tăng. 2.4.3. Xác định TGCT của hỗn hợp nhiên liệu diesel-biodiesel trong xi lanh động cơ Do việc định TGCT bằng ống xung kích mới chỉ xét đến yếu tố “hóa học” (quá trình cháy của hỗn hợp đồng nhất) mà chưa xét đến yếu tố “vật lý” (ảnh hưởng quá 9 trình phun, tạo hỗn hợp đến TGCT) nên khi áp dụng công thức trên vào tính toán cho động cơ diesel sẽ có sự chênh lệch khá lớn. Để xây dựng được công thức thực nghiệm xác định TGCT (xét đến cả yếu tố “vật lý’’ và “hóa học”) có thể áp dụng cho động cơ diesel cần phải xây dựng được một bộ dữ liệu thực nghiệm (, T, p, ), ( trong đó:- thời thời gian cháy trễ [độ GQTK] ,T-nhiệt độ trong xi lanh tại thời điểm phun [K], p- áp suất trong xi lanh tại thời điểm phun [bar], - tỷ lệ tương đương). Việc xác định TGCT của hỗn hợp diesel-biodiesel bằng động cơ diesel 1 xi lanh CFR-F5 được thực hiện tại Quatest 1, với sơ đồ bố trí trang thiết bị thử nghiệm được thể hiện trên Hình 2.13). Hình 2.13. Sơ đồ bố trí trang thiết bị thử nghiệm 1-Động cơ điện; 2-Cảm biến xác định vị trí ĐCT; 3-Cảm biến xác định vị trí trước ĐCT 130 theo GQTK; 4- Encoder (E50S8-3600-3-T- 24); 5- Cảm biến lưu lượng khí nạp; 6-Cảm biến áp suất (AVL QC33C); 7-Cảm biến áp suất cháy trên động cơ CFR -F5; 8- Cảm biến lam đa. Quá trình thử nghiệm với các loại hỗn hợp(B0, B20, B40, B60, B100) được thực hiện tại 2 tỷ số nén (TSN) là 15 và 17, ứng với sự thay đổi 7 giá trị góc phun sớm (GPS) tương ứng là: 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 độ GQTK) và sự thay đổi của 4 giá trị lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình (gct) tương ứng là 0,0288; 0,0242; 0,0209; 0,0186 g/ct). Hình 2.14. Diễn biến pxl tại TSN=17, GPS=18 và gct=0,0242[g/ct] của Bxx - Diễn biến áp suất trong xi lanh (pxl) và sự thay đổi áp suất lớn nhất trong xi lanh pxl max của hỗn hợp diesel-biodiesel ở TSN=17, GPS=18 với gct=0,0242 [g/ct]) được thể hiện trên Hình 2.14. Ta thấy: Áp suất trong xi lanh (pxl) khi sử dụng B20, B40, B60, B100 bắt đầu phát triển và đạt cực trị sớm hơn so với B0. Khi tăng tỷ lệ pha trộn thì giá trị pxl max giảm. Ở cuối quá trình cháy giãn nở, đường pxl khi sử dụng B0 là cao hơn B10, B20, B40, B60, B100. Sự thay đổi áp suất lớn nhất pxl max của B60 với ϕ=0,56; 0,63; 0,72; 0,86 ở TSN=17, GPS=18 được thể hiện trên Bảng 2.15. 10 Bảng 2.15. Sự thay đổi pxl max theo ϕ ở TSN=17 và GPS=18 khi sử dụng B60 ϕ pxl max [bar] Thay đổi so với ϕ=0,86, [%] Thời điểm đạt max so với ĐCT (Độ GQTK) 0,86 51,66 - 2,5 0,72 49,55 -4,28 3,0 0,63 47,698 -7,67 4,5 0,56 46,14 -10,68 6,0 Bảng 2.15 cho thấy mức độ đậm nhạt của hỗn hợp có ảnh hưởng không nhiều tới giá trị pxl max (với thay đổi lớn nhất là -10,68%) của nhiên liệu B60. Khi sử dụng hỗn hợp đậm (ϕ=0,86) làm cho áp suất trong xi lanh bắt đầu phát triển và đạt cực trị sớm hơn so với các giá trị ϕ còn lại, hỗn hợp càng đậm thì pxl max càng lớn. Sự thay đổi pxl max của B60 ở các GPS và TSN ở ϕ =0,72 được thể hiện trên Bảng 2.16. Ta thấy TSN có ảnh hưởng không nhiều tới giá trị pxl max với thay đổi lớn nhất là 8,99 % ở GPS=8 khi sử dụng nhiên liệu B60. GPS có ảnh hưởng lớn tới giá trị pxl max với thay đổi lớn nhất là 23,97%. Bảng 2.2. Sự thay đổi pxl max theo TSN, GPS ở ϕ =0,72 khi sử dụng B60 TT GPS Giá trị pxl max, [bar] Thay đổi so với TSN 15, [%] Thay đổi so với GPS=8, [%] (TSN=17) Thời điểm đạt max ở TSN=17 so với ĐCT (Độ GQTK) TSN= 15 TSN= 17 1 8 37,73 41,12 8,98 10,5 2 10 40,48 43,09 6,46 4,79 9,5 3 12 41,98 45,18 7,60 9,85 8,0 4 14 43,25 46,94 8,51 14,13 7,0 5 16 46,01 47,88 4,04 16,41 6,0 6 18 48,33 49,44 2,29 20,23 3,0 7 20 49,81 50,99 2,36 23,97 2,5 Bảng 2.17 cho thấy TGCT của biodiesel là ngắn hơn so với B0 và TGCT giảm dần khi tăng tỷ lệ pha trộn của biodiesel. Tỷ lệ pha trộn có ảnh hưởng đáng kể đến TGCT với mức thay đổi lớn nhất là -12,96%. Bảng 2.17 . Sự thay đổi của TGCT theo tỷ lệ pha trộn ở TSN=17, GPS=18 và gct=0,0242 [g/ct] TT Hỗn hợp TGCT Theo GQTK[độ] Theo thời gian thực, [s] Thay đổi so với B0,[%] 1 B0 10,8 2000,00 0 2 B20 10,7 1981,48 -0,92 3 B40 9,8 1814,81 -9,25 4 B60 9,5 1759,25 -12,03 5 B100 9,4 1740,74 -12,96 Bảng 2.18. Sự thay đổi của TGCT theo ϕ ở TSN=17 và GPS=18 khi sử dụng B60 TT ϕ TGCT Theo GQTK[độ] Theo thời gian thực, [s] Thay đổi so với ϕ=0,86, [%] 1 0,86 9,3 1722,22 2 0,72 9,5 1759,25 2,15 3 0,63 10,1 1870,37 8,60 4 0,56 10,2 1888,88 9,67 11 Kết quả ở Bảng 2.18 cho thấy, mức độ đậm nhạt hỗn hợp có ảnh hưởng không nhiều tới TGCT, mức thay đổi lớn nhất là 9,67% với nhiên liệu B60, khi sử dụng hỗn hợp đậm (ϕ=0,86) thì TGCT ngắn hơn so với hỗn hợp nhạt. Bảng 2.19. Sự thay đổi của TGCT theo TSN, GPS ở ϕ=0,72 khi sử dụng B60 TT GPS TGCT Thay đổi so với TSN 15, [%] Thay đổi so với GPS=8 ở TSN=17, [%] TSN= 15 TSN= 17 1 8 9,9 8,3 -16,17 2 10 9,9 8,3 -16,17 0 3 12 10,1 8,3 -17,82 0 4 14 10,2 8,4 -17,64 1,20 5 16 10,9 8,6 -21,10 3,61 6 18 11,9 9,5 -20,16 14,45 7 20 12,5 10,6 -15,20 27,71 Kết quả ở Bảng 2.19 cho thấy, TSN có ảnh hưởng lớn tới giá trị TGCT, mức thay đổi lớn nhất là -21,10 % ở GPS=16 khi dùng nhiên liệu B60. GPS có ảnh hưởng lớn tới giá trị TGCT, với mức thay đổi lớn nhất 27,71% ở GPS=20. Kết quả thực nghiệm xác định các đặc tính cháy của hỗn hợp B0, B20, B40, B100 cũng có xu hướng, qui luật tương tự (được trình bày trong Phụ lục 2.2 của Luận án). Kết quả thực nghiệm của Chương 2 sẽ được sử dụng cho Chương 3 và Chương 4. 2.5. Kết luận chương 2 - Đã xác định được chi tiết các thuộc tính hóa-lý cơ bản; tỷ lệ C:H:O và tỷ lệ A/F lý thuyết; nhiệt trị thấp; trị số xê tan; tốc độ cháy tầng; nhiệt độ tự bốc cháy; TGCT trong Shock Tube của các loại hỗn hợp diesel-biodiesel dùng cho nghiên cứu của luận án. - Đã xác định được chi tiết các đặc tính cháy của hỗn hợp diesel-biodiesel trong xi lanh động cơ diesel CFR-F5. Bộ dữ liệu thực nghiệm thu được (, T, p, ) sẽ được dùng để xây dựng công thức thực nghiệm dự báo TGCT, xét đến cả yếu tố “vật lý’’ và “hóa học’’ (được trình bày chi tiết trong Chương 3). - Đã khảo sát, đánh giá chi tiết ảnh hưởng của các thông số: TSN, GPS, ϕ, tỷ lệ pha trộn đến đặc tính cháy của hỗn hợp diesel-biodiesel trong xi lanh động cơ CFR-F5 bằng thực nghiệm. Kết quả khảo sát cho thấy: + Khi sử dụng hỗn hợp diesel-biodiesel, áp suất trong xi lanh bắt đầu phát triển và đạt cực trị sớm hơn so với khi sử dụng B0; tỷ lệ pha trộn ảnh hưởng không nhiều đến pxl max (mức thay đổi lớn nhất là giảm 9,44% khi dùng B100 so với B0). Áp suất trong xi lanh bắt đầu phát triển và đạt cực trị sớm khi sử dụng hỗn hợp đậm hơn. Mức độ đậm nhạt của hỗn hợp ảnh hưởng không nhiều đến pxl max (mức thay đổi về pxl max là tăng 10,68% khi ϕ tăng từ 0,56 đến 0,86). Áp suất trong xi lanh bắt đầu phát triển và đạt cực trị sớm hơn khi tăng TSN; TSN có ảnh hưởng không nhiều đến pxl max (mức thay đổi về pxl max là tăng 9,0% khi TSN tăng từ 15 đến 17). Áp suất trong xi lanh bắt đầu phát triển và đạt cực trị sớm khi tăng GPS; GPS có ảnh hưởng đáng kể đến pxl max (mức thay đổi về pxl max là tăng 23,97% khi GPS thay đổi từ 8 đến 20 độ GQTK). + TGCT của biodiesel là ngắn hơn so với diesel truyền thống và TGCT giảm dần khi tăng tỷ lệ pha trộn của biodiesel, tỷ lệ pha trộn ảnh hưởng không nhiều đến TGCT (trong cùng điều kiện khảo sát, thời gian cháy trễ của B100 giảm 12,96 % khi so sánh với B0). TGCT của nhiên liệu sẽ ngắn hơn khi sử dụng hỗn hợp đậm 12 hơn; Mức độ đậm nhạt của hỗn hợp ảnh hưởng không nhiều đến TGCT (mức thay đổi về TGCT tăng 9,67 % khi ϕ giảm từ 0,86 đến 0,56). TGCT của nhiên liệu sẽ ngắn hơn khi tăng TSN; TSN có ảnh hưởng đáng kể đến TGCT (mức thay đổi về TGCT giảm 21,10 % khi TSN tăng từ 15 đến 17). TGCT của nhiên liệu sẽ tăng khi tăng GPS; GPS có ảnh hưởng đáng kể đến TGCT (mức thay đổi về TGCT tăng 27,71 % khi GPS tăng từ 8 đến 20 độ GQTK). CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CÔNG THỨC DỰ BÁO THỜI GIAN CHÁY TRỄ CỦA HỖN HỢP DIESEL-BIODIESEL 3.1. Các vấn đề chung Dựa trên bộ dữ liệu thực nghiệm của Chương 2 (xác định TGCT trong ống xung kích (Shock Tube) và TGCT trong động cơ diesel CFR-F5) NCS sẽ tiến hành xây dựng công thức thực nghiệm xác định TGCT. Việc xây dựng công thức dự báo TGCT trong ống xung kích nhằm đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn của hỗn hợp diesel-biodiesel đến thời gian cháy trễ “hóa học’’. Việc xây dựng công thức dự báo TGCT trong điều kiện nhiệt động trong động cơ diesel nhằm xét đến đồng thời ảnh hưởng của các yếu tố “vật lý’’ (Quá trình phun, vận động rối...) và yếu tố “hóa học’’. Ngoài ra, bộ dữ liệu thực nghiệm xác định trêHFn động cơ diesel CFR-F5 sẽ được NCS sử dụng để đánh mức độ chính xác của một số công thức dự báo TGCT thông dụng (Mục 3.2) khi áp dụng cho hỗn hợp nhiên liệu diesel-biodiesel có nguồn gốc dầu Cọ. 3.2. Tổng quan về các công thức dự báo thời gian cháy trễ Việc xây dựng công thức xác định TGCT trong động cơ diesel là công việc phức tạp và luôn nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Tác giả Sitkei, [103] đã đưa ra công thức thực nghiệm dự báo TGCT có dạng: 0,7 1,87800 78000,5 0,135 exp 4,8 exp                i p p RT RT  (3.1) Công thức (3.1) đã được tác giả Hesse phát triển, [102], có dạng:  0,07 1,8 52620 526. 0,5 exp 0,07 2,5          i CN p p RT  (3.2) Tác giả Tolstov, [97] đã đưa ra công thức thực nghiệm (3.3) có dạng:  6 4 70 3,8.10 1 1,6.10 exp . 8,312. 25         a i T E n p T CN  (3.3) Trong các công trình nghiên cứu về TGCT phải kể đến công thức của Simenov, [98]: 0,34 2.10 k EC RTk i k T τ B C .e P  2 42.10 . 1 1,6.10 ;  B n (3.4)   1 1 . 1 0,5. . . 1 ;         h h V C V    1 cos cos2 ; 4 4                        Công thức xác định TGCT của Hardenberg và Hase, [47]: 0,63 (3,8 0,22. ) 1 1 21,2 exp 0,006. 17190 12,4                p i a S E n RT p  (3.5) trong đó: R=8,314 [kJ/mol.K] là hằng số phổ biến khí lý tưởng; Ea là năng lượng kích hoạt Ea=23000÷28000 [kJ/kmol]; T và p tương ứng là nhiệt độ, [K] và 13 áp suất, [MPa] ở thời điểm phun nhiên liệu; i là thời gian cháy trễ, [ms]; CN là trị số xê tan; n là tốc độ của động cơ, [vg/ph]; Vh là thể tích công tác của xi lanh, [m3]; Vh1 là thể tích của xi lanh khi xu páp nạp đã đóng, [m3];  là tỷ số nén của động cơ;  là hệ số kết cấu;  là GPS nhiên liệu, [độ GQTK]. Qua phân tích các công thức xác định TGCT nêu trên NCS nhận thấy: - Các công thức phổ biến để xác định TGCT nhìn chung có dạng thức giống nhau, xét đến một số tham số như: năng lượng kích hoạt (Ea), trị số xê tan (CN), nhiệt độ (T) và áp suất môi chất (p) tại thời điểm nhiên liệu được phun vào xi lanh, một số thông số kết cấu-vận hành cơ bản của động cơ. - Các công thức thực nghiệm xác định TGCT được các tác giả nghiên cứu trong những điều kiện khảo sát cụ thể, loại động cơ và nhiên liệu cụ thể ... kết hợp với sự phức tạp của hiện tượng cháy trễ trong động cơ diesel nên việc có một công thức đúng với mọi trường hợp tính toán, mọi loại nhiên liệu sử dụng là không thể. 3.3. Xây dựng công thức dự báo TGCT ứng với điều kiện nhiệt động trong ống xung kích (Shock Tube) Trong các nghiên cứu về TGCT đã công bố, TGCT thường được xây dựng trên biểu thức của Arrhenius theo nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ tương đương, [67, 74]: exp a E Ap RT           (3.6) Trên cơ sở bộ dữ liệu thực nghiệm về (, T, p, ) thu được trên ống xung kích, sử dụng phương pháp hồi qui đa biến, NCS đã xây dựng được công thức thực nghiệm xác định TGCT ("hóa học") của hỗn hợp diesel-biodiesel có dạng như sau: 4 0.73 161937,53.47 10 exp         RT   (3.12) Trong công thức (3.12) số mũ của tỷ lệ tương đương là dương chứng tỏ rằng ϕ tỷ lệ thuận với TGCT, hỗn hợp đậm sẽ TGCT ngắn hơn và điều này hoàn phù hợp với kết quả thực nghiệm trong khoảng ϕ=0,5; 1,0; 1,5. Khi xét thêm ảnh hưởng của hàm lượng biodiesel thì công thức TGCT của hỗn hợp nhiên liệu diesel/biodisel với tỷ lệ pha trộn bất kỳ có dạng như sau:   0.73 4 3 0.73 0 161937,5 3.47 10 1 1.725 10 exp                Bx Bx RT   (3.15) Công thức xác định TGCT (3.12) và (3.15) mới chỉ xét đến yếu tố “hóa học” mà chưa xét đến yếu tố “vật lý” nên khi áp dụng công thức với điều kiện nhiệt động trong xi lanh động cơ diesel sẽ có sự chênh lệch lớn. 3.4. Xây dựng công thức dự báo TGCT với điều kiện nhiệt động trong động cơ diesel 3.4.1. Đánh giá một số công thức xác định TGCT ứng với bộ dữ liệu thực nghiệm thu được trên động cơ diesel CFR-F5 Trên cơ sở kết quả thực nghiệm trong Chương 2 (bộ dữ liệu thực nghiệm xác định TGCT trên động cơ diesel CFR-F5, ký hiệu là _TN), NCS đánh giá độ tin cậy, độ chính xác của các công thức thông dụng xác định TGCT trong Mục 3.2 của luận án ) 3.4.1.1. Với nhiên liệu diesel dầu mỏ(B0) Hình 3.1 cho thấy, khi sử dụng B0 với cùng điều kiện nhiệt động trong xi lanh các công thức dự báoTGCT cho các kết quả τi_TT rất khác nhau. Điều này sẽ làm ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán mô phỏng CTCT của động cơ diesel . 14 Hình 3.1. So sánh i_TT với i_TN khi sử dụng nhiên liệu B0 3.4.1.2. Với hỗn hợp diesel-biodiesel Hình 3.2. So sánh τi_TT với τi_TN khi sử dụng B20, B40, B60, B100. Hình 3.2 cho thấy: Khi tăng tỷ lệ pha trộn của hỗn hợp diesel-biodiesel, mức độ chính xác của việc dự báo τi_TT sẽ giảm (∆τi có xu hướng tăng). Cụ thể, với công thức của Hesse (là công thức có mức sai số nhỏ nhất khi áp dụng cho B0), ∆τi min lần lượt là 4,05; 4,67; 18,41; 28,67 % và ∆τi max lần lượt là 17,71; 27,83; 40,64; 53,37 % tương ứng với các hỗn hợp là B20, B40, B60, B100. Như vậy khi áp dụng các công thức dự báo TGCT (vốn đã được xây dựng cho nhiên liệu diesel dầu mỏ, B0) cho hỗn hợp diesel-biodiesel thì mức sai số ∆τi đều có xu hướng tăng khi tăng tỷ lệ pha trộn. Do đó, cần thiết phải xây dựng công thức thực nghiệm dự báo TGCT cho hỗn hợp diesel-biodiesel. 3.4.2. Xây dựng công thức dự báo TGCT với điều kiện nhiệt động trong động cơ diesel Để xây dựng được công thức thực nghiệm xác định TGCT, ngoài các dữ liệu 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T h ờ i g ia n c h áy t rễ (m s) Áp suất xi lanh tại thời điểm phun [bar] τi_TN τi_Tolstov (Ea=23000) τi_Tolstov (Ea=28000) τi_Simenov (Ea=23000) τi_Simenov (Ea=28000) τi_Hardenberg τi_Hesse τi_Sitkei 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 16 18 20 22 24 T h ờ i g ia n c h áy t rễ (m s) Áp suất xi lanh tại thời điểm phun [bar] τi_TN τi_Tolstov (Ea=23000) τi_Tolstov (Ea=28000) τi_Simenov (Ea=23000) τi_Simenov (Ea=28000) τi_Hardenberg τi_Hesse τi_Sitkei 15 thực nghiệm về (, T, p, ) cần phải xác định năng lượng kích hoạt Ea. Đây là thông số rất khó xác định bằng thực lý thuyết hay thực nghiệm (do không thể giữ cố định áp suất (p) trong trong xi lanh động cơ). Trên thế giới, người ta thường xác định Ea thông qua trị số xê tan (CN) qua công thức của Hardenberg và Hase: 681840 25   aE CN (3.22) Trên cơ sở bộ dữ liệu thực nghiệm về (, T, p, ) và Ea, sử dụng phương pháp hồi qui đa biến, NCS đã xây dựng công thức thực nghiệm dự báo TGCT (ký hiệu là τ M-VBxx) có dạng như sau: B0: -0,701 -0,104 _ 0 e 7995,349 0,005 xp5         M VB p RT (3.25) B20: -0,689 -0,113 _ 20 0,00535 e 7793,955 xp        M VB p RT   (3.26) B40: -0,724 -0,171 _ 40 0,00577 e 7510,194 xp        M VB p RT   (3.27) B60: -0,727 -0,164 _ 60 0,00609 e 7080,549 xp        M VB p RT   (3.28) B100: -0,664 -0,194 _ 100 0,00497 e 6733,841 xp        M VB p RT   (3.29) Trong các công thức trên ký hiệu τ là TGCT dự báo, chỉ số M-V là chữ viết tắt của nhóm tác giả xây dựng công thức, Bxx là ký hiệu hỗn hợp diesel sinh học. 3.4.3. Đánh giá công thức xác định TGCT do NCS xây dựng ứng với bộ dữ liệu thực nghiệm thu được trên động cơ diesel CFR-F5 Bảng 3.6 cho thấy: Công thức xác định TGCT do NCS xây dựng có ∆τi min lần lượt là 0,42; 0,07; 0,1; 0,03; 0,61 % và có ∆τi max lần lượt là 12,12; 11,82; 12,39; 13,42; 12,48 % tương ứng với các tỷ lệ pha trộn là B0, B20, B40, B60, B100. Như vậy, công thức M_VBxx do NCS xây dựng có đủ độ tin cậy để sử dụng cho các mục đích nghiên cứu tiếp theo. Bảng 3.6. Tổng hợp sai số tương đối về TGCT (∆τi) theo công thức M_VBxx khi sử dụng nhiên liệu B0, B20, B40, B60, B100 Nhiên liệu B0 B20 B40 B60 B100 ∆τimin [%] 0,42 0,07 0,1 0,03 0,61 ∆τimax [%] 12,12 11,82 12,39 13,42 12,48 3.5. Kết luận chương 3 - Đã xây dựng được dựng công thức dự báo TGCT của các hỗn hợp nhiên liệu diesel- biodiesel trong ống xung kích (Shock Tube) ở điều kiện áp suất 0,12 MPa và nhiệt độ trong khoảng từ 1174K đến 1685 K; với  = 0,5, 1,0 và 1,5. - Đã xây dựng được công thức dự báo TGCT của NCS (ký hiệu chung là M_VBxx) cho các hỗn hợp B0, B20, B40, B60, B100, với điều kiện nhiệt động trong động cơ diesel. - Trên cơ sở bộ dữ liệu thực nghiệm (, T, p, ) thu được trên động cơ diesel CFR-F5 đã tiến hành đánh giá mức độ chính xác của công thức do NCS xây dựng (M_VBxx). Kết quả đánh giá cho thấy công thức dự báo TGCT do NCS xây dựng có độ chính xác khá tốt 16 (với ∆τi max lần lượt là 12,12; 11,82; 12,39; 13,42; 12,48 % tương ứng với các hỗn hợp B0, B20, B40, B60, B100 khi so sánh với TGCT đo thực nghiệm). CHƯƠNG 4. ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ PHA TRỘN ĐẾN ĐẶC TÍNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU TRONG XI LANH ĐỘNG CƠ DIESEL CFR-F5 4.1. Vấn đề chung Trong chương 3 mới chỉ dừng lại ở việc sử dụng bộ dữ liệu thực nghiệm để xây dựng công thức dự báo TGCT mà chưa đánh giá chi tiết ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn đến đặc tính cháy của nhiên liệu trong xi lanh động cơ. Trong chương 4, NCS tiến hành mô phỏng CTCT của động cơ diesel CFR-F5 có đưa vào các công thức thực nghiệm xác định TGCT của NCS nhằm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn đến đặc tính cháy của nhiên liệu. 4.2. Xây dựng mô hình mô phỏng CTCT của động cơ CFR-F5 bằng phương pháp cân bằng năng lượng Việc xây mô hình mô phỏng CTCT được sử dụng lý thuyết chung từ các tài liệu tham khảo chuyên ngành, ([8], [9], [24], [73], [99])... 4.2.1. Mô hình hóa các quá trình công tác của động cơ 4.2.2. Xác định TGCT, mô hình cháy 4.2.2.1. Xác định TGCT của nhiên liệu Các công thức thực nghiệm xác định TGCT (M_VBxx) (3.25), (3.26), (3.27), (3.28) và (3.29) và công thức của các tác giả khác ((3.1), (3.2), (3.3), (3.5) sẽ được đưa vào mô hình mô phỏng CTCT. 4.2.2.2. Xác định mô hình cháy 4.2.3. Xác định hệ số trao đổi nhiệt và tốc độ trao đổi nhiệt đối lưu giữa môi chất công tác với các bề mặt trao đổi nhiệt 4.2.4. Xác định lượng khí vào/ra qua họng xu páp nạp/thải trong quá trình trao đổi khí 4.2.5. Xác định khối lượng không khí và sản vật chá

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftom_tat_luan_an_nghien_cuu_dac_tinh_chay_cua_hon_hop_nhien_l.pdf
Tài liệu liên quan