Luận án: Cơ chế hình thành và phát triển cặn lắng trong buồng cháy động cơ Diesel

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hải Phòng, ngày 26 tháng 03 năm 2019 Tác giả Phạm Văn Việt i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học, tập thể giảng viên Khoa Máy tàu biển và Viện Cơ khí - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam; Ban chủ nhiệm Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, luôn dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành Luận án.

Tôi xin tỏ lòng kính trọng và chân thành biết ơn GS. Lương Công Nhớ, PGS.TS Trần Quang Vinh đã nhận hướng dẫn tôi thực hiện Luận án này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy phản biện, quý Thầy trong Hội đồng chấm Luận án đã đồng ý đọc, duyệt và đóng góp ý kiến để tôi hoàn chỉnh Luận án và định hướng nghiên cứu trong tương lai. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và thân hữu đã ủng hộ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận án này.

ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi THUẬT NGỮ VÀ KÍ HIỆU .viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.

xv MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.

Phương pháp nghiên cứu của đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Điểm mới của luận án. Bố cục chính của luận án.

xix CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Cặn lắng trong buồng cháy động cơ. Đặc điểm của cặn lắng.

Yếu tố hình thành cặn lắng. Các tác động xấu của cặn lắng đến động cơ. Tổng quan về tình hình nghiên cứu cặn lắng trong động cơ. Kết luận chương.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỰ HÌNH THÀNH CẶN LẮNG TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ DIESEL. Cơ sở lý thuyết về sự hình thành cặn lắng trong buồng cháy động cơ. Lý thuyết về sự hình thành và lắng đọng của các hạt. Lý thuyết sự hình thành màng lỏng khi giọt tương tác với vách.

Lý thuyết cơ chế hình thành soot. 34 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giả thuyết cơ chế hình thành cặn lắng trong buồng cháy động cơ. Phương pháp nghiên cứu cặn lắng trong buồng cháy động cơ.

Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp số. Phương pháp qui hoạch thực nghiệm. Kết luận chương.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM TẠO CẶN LẮNG TRÊN VÁCH BUỒNG CHÁY. Giới thiệu chung. Cơ sở thiết kế. Xây dựng mô hình thực nghiệm.

Thiết lập mô hình. Trang thiết bị. Quy trình và chế độ thử nghiệm. Mô hình thực nghiệm đối chứng TNCBC.

Mô hình và trang thiết bị. Quy trình thử nghiệm. Phương trình hồi quy của sự hình thành và phát triển cặn lắng. Mô hình toán mô tả sự hình thành và phát triển cặn lắng của mô hình TNCMH 75 3.

Mô hình toán mô tả sự hình thành và phát triển cặn lắng của mô hình TNCBC. Tính tương đồng giữa mô hình TNCMH và TNCBC. Sự phát triển của cặn lắng. Điều kiện thử nghiệm.

Kết luận chương. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. Phương pháp và quy trình thử nghiệm tạo cặn lắng trên bề mặt vách buồng cháy. Quy trình và điều kiện thử nghiệm.

Đặc tính bay hơi của các nhiên liệu thử nghiệm. 87 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ vách buồng cháy đến sự hình thành và phát triển cặn lắng. Khối lượng cặn lắng tích lũy.

Cấu trúc của lớp cặn. Nhiệt độ lớp cặn. Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ vách buồng cháy. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu đến sự hình thành và phát triển cặn lắng.

Khối lượng cặn tích lũy. Tính chất của lớp cặn. Cơ chế hình thành cặn lắng. Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu.

Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng dầu bôi trơn trong buồng cháy đến sự hình thành và phát triển cặn lắng. Khối lượng cặn tích lũy. Nhiệt độ lớp cặn. Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng của lượng dầu bôi trơn trong buồng cháy.

Kết luận chương. 122 HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

136 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt Å Ångström Đơn vị độ dài AIC Akaike info criterion Tiêu chuẩn thông kê Akaike A/F Air/fuel Tỷ số không khí/nhiên liệu B100C Nhiên liệu 100% dầu dừa B100 Nhiên liệu 100% dầu cọ B50 Nhiên liệu diesel pha trộn với 50% khối lượng B100 B20 Nhiên liệu diesel pha trộn với 20% khối lượng B100 B5 Nhiên liệu diesel pha trộn với 5% khối lượng B100 CCD Combustion chamber deposit Cặn lắng buồng cháy CHEMKIN Phần mềm mô phỏng các phản ứng hóa học của quá trình cháy CME Coconut metyl ester Dầu dừa CPO Crude palm oil Dầu cọ thô DI Direct injection Phun trực tiếp DDC Dodecane (C12H26) DO Nhiên liệu diesel DO+1%L Dầu diesel pha trộn với 1% dầu bôi trơn về khối lượng DO+2%L Dầu diesel pha trộn với 2% dầu bôi trơn về khối lượng ESR Electron spin resonance Sự cộng hưởng chuyển động quay của điện tử FTIR Fourier Transform Infra-Red Phân tích hồng ngoại biến đổi Fourier fps Frame per second Số khung hình trên giây HC Hydrocarbon Phát thải hydrocacbon vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com HCCI Homogeneous charge compression Động cơ nén cháy hỗn hợp ignition đồng nhất LO Lubricated oil Dầu bôi trơn MEP Maximum evaporation rate point Điểm có tốc độ hóa hơi cực đại NASA National Aeronautics and Space Cơ quan hàng không, vũ trụ Administration quốc gia Hoa Kỳ Pb Chì PBA Polybutane amine-based additive Phụ gia gốc polybutan amin PEA Polyether amine-based additive Phụ gia gốc polyeste amin PM Particulate matter Phát thải hạt PME Palm metyl ester Metyl este dầu cọ OH Gốc hiđroxit R Ngôn ngữ lập trình R SI Spark ignition Cháy cưỡng bức (đánh lửa) SEM Scanning Electron Microscopes Kính hiển vi điện tử quét tb Trung bình TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền dẫn TGA Thermo-Gravimetric Phương pháp phân tích nhiệt TNCBC Thử nghiệm xác định lượng cặn buồng cháy động cơ thực TNCMH Thử nghiệm tạo cặn trên mô hình vách buồng cháy vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com THUẬT NGỮ VÀ KÍ HIỆU Kí hiệu Giải thích Đơn vị a Hệ số của phương trình Arrhenius Ai Giá trị thực nghiệm thứ i 𝐴 Giá trị thực nghiệm trung bình Bi Số Biot b Hệ số của phương trình Arrhenius C Hằng số không thứ nguyên xét đến khuếch tán c Số lượng kích thước riêng phần d Đường kính hạt soot mm Da Số Damkohler Dd Đường kính của giọt nhiên liệu mm dc Đường kính xilanh m Di Hệ số khuếch tán riêng phần của chất i D0 Kích thước ban đầu của giọt mm Dp Hệ số khuếch tán dp Đường kính của hạt m 𝑑𝑁 Tốc độ kết tụ của các hạt soot m/s 𝑑𝑡 Ea Năng lượng kích hoạt phản ứng J f Tần suất va chạm của giọt với vách fs Hệ số “hút nhiệt” g Gia tốc trọng trường m/s2 G’ Hệ số xét đến sự gia tăng sự va chạm do lực điện từ và phân tán hLF Độ dày của lớp chất lỏng mm k Hằng số Boltzmann kc Hệ số truyền nhiệt của xilanh W/Km Kn Hệ số dòng trượt kg Hệ số truyền nhiệt của khí thể trong xilanh W/Km kp Hệ số mật độ phần tử khí viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ktn Hệ số kết tụ của các hạt soot ka, kb, kt, Các hệ số thực nghiệm liên quan đến hệ số tốc độ cho các kz phản ứng thay đổi trong cơ chế Krc Tiêu chuẩn không thứ nguyên về kích thước giọt Lh Khoảng cách từ đầu kim đến tâm bề mặt mô hình vách mm lr Chiều dài của độ nhám mm MR Tổng khối lượng cặn trên bề mặt vách g MD Tổng khối lượng các giọt nhiên liệu g Md Khối lượng tích lũy của các giọt nhiên liệu g mD Khối lượng của một giọt nhiên liệu g N Mật độ số lượng hạt soot ND Số giọt nhiên liệu va chạm với bề mặt Num Hệ số đặc trưng cho tác động đồng thời của sự khuếch tán Nsd Không thứ nguyên của hiệu ứng khuếch tán Nse Không thứ nguyên của hiệu ứng điện di Nst Không thứ nguyên của khuếch tán nhiệt Stokes Nsg Không thứ nguyên khi xét đến trọng lực Oh Số không thứ nguyên Ohnesorge p Số lượng nút lưới trên mỗi chiều Pes Số Peclet Pi Áp suất riêng phần của chất i MPa r Hệ số tương quan R Tham số tổng hợp liên quan đến hiệu suất thu thập sự lắng đọng hạt trên một xilanh Rec Hệ số xét đến sự đồng dạng về đường kính R2 Tổng bình phương sai số Stk Không thứ nguyên Stokes RS Độ nhám bề mặt T Nhiệt độ trong xilanh K t Thời gian xét đến sự chuyển động ngẫu nhiên của hạt s ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.