Luận án TS: Nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy - Nguyễn Văn Phụng
Nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy, tối ưu hiệu suất nhiên liệu và giảm phát thải. Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành.
Kỹ thuật Động cơ Nhiệt
Luan An
Luận án Tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
213
Thời gian đọc
32 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Nghiên cứu ứng dụng LPG cho động cơ nén cháy diesel
- Số trang:
- 213 trang
- Trường:
- Đại học Đà Nẵng
- Chuyên ngành:
- Kỹ thuật Động cơ Nhiệt
- Tác giả:
- Nguyễn Văn Phụng
- Năm:
- 2014
Tóm tắt nội dung luận án
I.Nghiên cứu ứng dụng LPG cho động cơ nén cháy diesel
Luận án tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy, cụ thể là động cơ diesel. Đây là một hướng tiếp cận quan trọng nhằm giải quyết các thách thức về môi trường và kinh tế trong ngành giao thông vận tải. Việc sử dụng LPG như một nhiên liệu thay thế giúp giảm sự phụ thuộc vào diesel truyền thống. Đồng thời, nó có tiềm năng cải thiện hiệu suất động cơ và giảm phát thải. Động cơ hai nhiên liệu diesel-LPG hoạt động dựa trên nguyên lý phun mồi diesel để đốt cháy hỗn hợp LPG và không khí. Quá trình này đòi hỏi sự điều chỉnh cẩn thận để đảm bảo vận hành ổn định và an toàn. Mục tiêu chính là đánh giá khả năng chuyển đổi động cơ diesel sang chế độ vận hành hai nhiên liệu. Nghiên cứu cũng đi sâu vào các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và hình thành khí thải. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm tổng quan lý thuyết, mô hình hóa và thực nghiệm. Kết quả mong đợi cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển và ứng dụng rộng rãi động cơ nhiên liệu kép LPG-Diesel. Giải pháp này góp phần vào việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải cho ngành công nghiệp ô tô.
1.1. Tổng quan nhiên liệu thay thế và động cơ hai nhiên liệu
Ngành giao thông vận tải đối mặt với nhiều thách thức. Sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. LPG nổi lên như một nhiên liệu thay thế tiềm năng. LPG có giá thành cạnh tranh hơn và đốt cháy sạch hơn so với diesel. Động cơ hai nhiên liệu (hay còn gọi là động cơ nhiên liệu kép) cho phép sử dụng đồng thời hai loại nhiên liệu. Trong trường hợp này là diesel và LPG. Cấu trúc động cơ diesel có thể được chuyển đổi để vận hành theo chế độ này. Việc chuyển đổi này không đòi hỏi thay đổi lớn về kết cấu động cơ. Nó tận dụng nguyên lý nén cháy của diesel để kích hoạt quá trình cháy của hỗn hợp LPG. Điều này mở ra cơ hội lớn cho các phương tiện hiện có. Nó cũng giảm chi phí đầu tư ban đầu so với việc phát triển động cơ hoàn toàn mới.
1.2. Tình hình nghiên cứu LPG Diesel trên thế giới và Việt Nam
Nhiều nghiên cứu quốc tế đã chứng minh tiềm năng của động cơ diesel-LPG. Các công trình tập trung vào việc cải thiện hiệu suất động cơ và giảm khí thải động cơ. Các nhà khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn nhiên liệu. Họ cũng xem xét góc phun sớm và áp suất phun đến quá trình cháy. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về nhiên liệu thay thế đang ngày càng được chú trọng. Việc ứng dụng LPG trên động cơ diesel cũng thu hút nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được làm rõ. Cần có các nghiên cứu chuyên sâu hơn về tối ưu hóa chế độ vận hành. Cần phát triển hệ thống chuyển đổi LPG phù hợp với điều kiện Việt Nam. Luận án này góp phần vào kho tàng kiến thức đó. Nó cung cấp cái nhìn chi tiết về quá trình cháy và hiệu quả của việc sử dụng LPG.
1.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu động cơ nhiên liệu kép
Dù có nhiều ưu điểm, động cơ nhiên liệu kép diesel-LPG vẫn tồn tại thách thức. Một trong số đó là hiện tượng cháy kích nổ (knocking). Cháy kích nổ có thể làm giảm hiệu suất động cơ và gây hư hại. Việc kiểm soát cháy kích nổ là cực kỳ quan trọng. Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hình thành và cách phòng tránh. Ngoài ra, việc tối ưu hóa tỷ lệ nhiên liệu diesel và LPG trong từng chế độ vận hành cũng là một vấn đề. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất động cơ và lượng khí thải phát ra. Cần phát triển các thuật toán điều khiển thông minh hơn. Các thuật toán này sẽ tự động điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu. Mục tiêu là đạt được hiệu quả tối ưu trong mọi điều kiện hoạt động. Luận án này đặt ra các câu hỏi đó. Nó tìm kiếm lời giải đáp thông qua mô hình hóa và thực nghiệm.
II.Cơ sở lý thuyết quá trình cháy nhiên liệu kép LPG Diesel
Quá trình cháy trong động cơ diesel nhiên liệu kép LPG-Diesel phức tạp. Nó kết hợp sự cháy của diesel phun mồi và sự cháy của hỗn hợp LPG-không khí. Diesel được phun vào cuối kỳ nén, tạo ra ngọn lửa mồi. Ngọn lửa này sau đó đốt cháy hỗn hợp LPG và không khí đã được nạp vào xi lanh. Hiểu rõ cơ sở lý thuyết về quá trình cháy này là rất quan trọng. Nó giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và kiểm soát khí thải động cơ. Luận án đi sâu vào các yếu tố vật lý và hóa học. Các yếu tố này chi phối sự hình thành và lan truyền của màng lửa. Nhiệt độ cháy, khối lượng riêng của hỗn hợp nhiên liệu cũng được phân tích. Mục tiêu là xây dựng một nền tảng vững chắc cho việc mô hình hóa. Từ đó, các giải pháp cải thiện được đề xuất. Các giải pháp này nhằm giảm thiểu cháy kích nổ và ô nhiễm.
2.1. Quá trình cháy hỗn hợp diesel LPG trong buồng cháy
Quá trình cháy trong động cơ hai nhiên liệu LPG-Diesel bắt đầu bằng sự tự bốc cháy của diesel. Lượng diesel này được phun ở giai đoạn cuối kỳ nén. Ngọn lửa mồi diesel tạo ra các tâm cháy. Các tâm cháy này sau đó kích hoạt sự cháy của hỗn hợp LPG-không khí. LPG được nạp vào cùng với không khí trong kỳ nạp. Tốc độ lan truyền màng lửa cháy chảy tầng và chảy rối là các thông số quan trọng. Chúng quyết định tốc độ giải phóng nhiệt và áp suất trong buồng cháy. Nồng độ oxy và nhiên liệu trong hỗn hợp cũng ảnh hưởng đáng kể. Sự đồng nhất của hỗn hợp LPG-không khí ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả cháy. Việc kiểm soát quá trình này giúp cải thiện hiệu suất động cơ. Nó cũng giúp giảm lượng khí thải độc hại.
2.2. Tính năng công tác và cháy kích nổ động cơ nhiên liệu kép
Tính năng công tác của động cơ diesel sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel là một yếu tố then chốt. Luận án nghiên cứu các thông số như công suất, mô-men xoắn, và hiệu suất nhiệt. Các thông số này thay đổi tùy thuộc vào tỷ lệ pha trộn LPG và diesel. Cháy kích nổ là một hiện tượng không mong muốn. Nó xảy ra khi một phần hỗn hợp nhiên liệu tự bốc cháy trước khi màng lửa cháy lan đến. Cháy kích nổ có thể gây ra tiếng ồn lớn, giảm hiệu suất động cơ và tăng tải trọng cơ học. Thời kỳ cháy trễ của nhiên liệu diesel cũng đóng vai trò trong việc kiểm soát cháy kích nổ. Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy kích nổ cần được hiểu rõ. Chúng bao gồm áp suất, nhiệt độ, và thành phần của hỗn hợp nhiên liệu. Việc kiểm soát cháy kích nổ là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất và độ bền động cơ.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ ô nhiễm khí thải động cơ
Động cơ nén cháy tạo ra nhiều loại khí thải động cơ gây ô nhiễm. Chúng bao gồm NOx, bồ hóng (particulate matter - PM), CO, và HC. Việc sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel có thể thay đổi đáng kể thành phần khí thải. LPG đốt cháy sạch hơn, thường dẫn đến giảm bồ hóng. Tuy nhiên, nó có thể ảnh hưởng đến nồng độ NOx do nhiệt độ cháy cao hơn. Các yếu tố vận hành như tải động cơ, tốc độ động cơ, và tỷ lệ không khí dư (hệ số lambda) đều có tác động. Góc phun sớm của diesel và lưu lượng diesel phun mồi cũng là các yếu tố quan trọng. Việc hiểu rõ mối quan hệ này giúp phát triển chiến lược kiểm soát khí thải hiệu quả. Mục tiêu là đạt được giảm phát thải mà không ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất động cơ.
III.Mô hình hóa quá trình cháy phát thải động cơ LPG Diesel
Mô hình hóa số học là một công cụ mạnh mẽ trong nghiên cứu động cơ. Nó cho phép dự đoán và phân tích các hiện tượng phức tạp bên trong buồng cháy. Luận án này sử dụng phần mềm ANSYS - Fluent để mô phỏng quá trình cháy. Mục tiêu là xác định mức độ ô nhiễm và hiệu suất động cơ khi sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel. Mô hình hóa giúp giảm chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế. Nó cung cấp cái nhìn sâu sắc về diễn biến nhiệt động lực học và hóa học. Các thông số như áp suất, nhiệt độ, nồng độ chất phản ứng và sản phẩm cháy được theo dõi. Việc này giúp hiểu rõ hơn về tác động của các yếu tố vận hành. Từ đó, đưa ra các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải một cách hiệu quả.
3.1. Thiết lập mô hình cháy hỗn hợp diesel LPG bằng Fluent
Việc thiết lập mô hình buồng cháy động cơ đòi hỏi sự chính xác cao. Kết cấu hình học của buồng cháy và lưới động được xây dựng chi tiết. Các thông số của động cơ WL-Turbo được nhập vào phần mềm Fluent. Đặc tính vật lý và hóa học của diesel và LPG được định nghĩa rõ ràng. Mô hình phải tính đến quá trình phun nhiên liệu diesel. Nó cũng mô phỏng sự trộn lẫn của LPG và không khí. Các mô hình cháy phức tạp như Eddy-Dissipation Concept (EDC) thường được sử dụng. Chúng mô tả quá trình phản ứng hóa học và tương tác giữa dòng chảy rối và cháy. Việc này giúp tái tạo chân thực quá trình cháy của động cơ nhiên liệu kép. Nó cũng dự đoán chính xác các sản phẩm khí thải động cơ.
3.2. Diễn biến quá trình cháy bồ hóng và NOx trong buồng cháy
Mô phỏng bằng Fluent cung cấp cái nhìn động về quá trình cháy. Nó cho thấy diễn biến của màng lửa và sự giải phóng nhiệt. Các giai đoạn cháy của diesel và LPG được phân tích riêng biệt và tổng thể. Mô hình cũng dự đoán nồng độ các chất ô nhiễm. Đặc biệt là bồ hóng (muội than) và NOx (oxit nitơ). Bồ hóng hình thành ở các vùng thiếu oxy. Trong khi đó, NOx hình thành ở các vùng nhiệt độ cao. Hiểu rõ diễn biến này giúp xác định các khu vực hình thành chất ô nhiễm. Nó cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc phát triển chiến lược kiểm soát khí thải. Việc đánh giá nồng độ này giúp tối ưu hóa hiệu suất. Nó cũng hỗ trợ các giải pháp giảm phát thải hiệu quả cho động cơ diesel-LPG.
3.3. Ảnh hưởng của yếu tố vận hành đến tính năng kỹ thuật động cơ
Mô hình Fluent cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều yếu tố vận hành. Chúng bao gồm tỷ lệ CO2 trong hỗn hợp, hệ số dư lượng không khí (lambda), và tốc độ động cơ. Ảnh hưởng của lưu lượng diesel phun mồi và góc phun sớm cũng được đánh giá. Các yếu tố này tác động trực tiếp đến hiệu suất động cơ, áp suất trong buồng cháy và nhiệt độ cháy. Sự thay đổi của các yếu tố này cũng ảnh hưởng đến khả năng cháy kích nổ. Mô phỏng giúp xác định các thông số vận hành tối ưu. Các thông số này mang lại sự cân bằng giữa hiệu suất động cơ cao và khí thải động cơ thấp. Đây là bước quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất. Nó cũng giúp giảm phát thải trong các ứng dụng thực tế của động cơ nhiên liệu kép.
IV.Thiết lập hệ thống chuyển đổi LPG thí nghiệm động cơ
Để kiểm chứng các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu quả thực tế, luận án tiến hành thí nghiệm. Một hệ thống chuyển đổi LPG đã được thiết kế và bố trí trên động cơ diesel thực tế. Mục tiêu là đánh giá tính năng công tác và lượng khí thải của động cơ khi chạy ở chế độ nhiên liệu kép. Điều kiện thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ. Quy hoạch thí nghiệm được xây dựng để thu thập dữ liệu đáng tin cậy. Các thiết bị đo lường chuyên dụng được sử dụng để theo dõi các thông số quan trọng. Hệ thống cấp LPG và điều chỉnh nhiên liệu diesel được tích hợp để đảm bảo vận hành linh hoạt. Phần này mô tả chi tiết quy trình xây dựng và thực hiện thí nghiệm. Nó bao gồm từ việc lắp đặt các bộ phận đến sử dụng các thiết bị đo lường tiên tiến. Việc này giúp đảm bảo tính khách quan và chính xác của kết quả.
4.1. Mục tiêu điều kiện và quy hoạch thí nghiệm động cơ
Mục tiêu chính của thí nghiệm là đánh giá hiệu suất động cơ và khí thải động cơ. Động cơ sẽ vận hành trong chế độ nhiên liệu kép LPG-Diesel. Các điều kiện thí nghiệm được xác định rõ ràng. Chúng bao gồm loại động cơ (1KZ-TE và WL-Turbo), nhiệt độ môi trường và tải động cơ. Quy hoạch thí nghiệm được thiết kế cẩn thận. Nó giúp tối đa hóa thông tin thu được từ số lượng thử nghiệm hạn chế. Các thông số đầu vào như tỷ lệ LPG, lưu lượng diesel phun mồi, và góc phun sớm được biến đổi có hệ thống. Điều này cho phép phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố đến quá trình cháy và phát thải. Mục tiêu là xác định các điểm vận hành tối ưu cho động cơ hai nhiên liệu.
4.2. Bố trí hệ thống cấp LPG và điều chỉnh nhiên liệu diesel
Hệ thống chuyển đổi LPG được thiết kế để cấp LPG vào đường nạp của động cơ. LPG được đưa vào qua họng khuếch tán, tạo thành hỗn hợp đồng nhất với không khí. Một bộ điều chỉnh điện tử được phát triển để điều khiển chính xác lưu lượng LPG. Nó cũng điều chỉnh lưu lượng diesel phun mồi. Hệ thống này đảm bảo tỷ lệ pha trộn nhiên liệu tối ưu. Nó cũng giúp kiểm soát cháy kích nổ. Van hồi lưu khí thải (EGR) và bộ làm mát khí thải hồi lưu cũng được tích hợp. Điều này nhằm nghiên cứu tác động của EGR đến khí thải động cơ và hiệu suất. Bố trí này cho phép thử nghiệm nhiều chế độ vận hành hai nhiên liệu. Từ đó, đánh giá toàn diện khả năng của động cơ.
4.3. Thiết bị đo lường và hệ thống điều khiển thí nghiệm
Thí nghiệm sử dụng các thiết bị đo lường hiện đại. Băng thử công suất APA 204/8 đo công suất và mô-men xoắn của động cơ. Thiết bị AVL dùng để phân tích khí thải động cơ. Các cảm biến đo áp suất trong xi lanh, nhiệt độ, và lưu lượng nhiên liệu. Dữ liệu được thu thập và xử lý bằng mạch điện tử điều khiển riêng biệt. Hệ thống này cho phép giám sát liên tục các thông số động cơ. Nó cũng điều chỉnh tự động lưu lượng diesel-LPG. Điều này đảm bảo quá trình thí nghiệm diễn ra chính xác và an toàn. Việc sử dụng các thiết bị chuyên dụng đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Nó giúp hỗ trợ cho việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải của hệ thống.
V.Đánh giá hiệu suất khí thải động cơ nhiên liệu kép LPG
Kết quả thực nghiệm là bằng chứng quan trọng nhất. Nó chứng minh hiệu quả của việc ứng dụng LPG trên động cơ diesel. Phần này trình bày chi tiết các dữ liệu thu thập được từ các thí nghiệm. Các dữ liệu này bao gồm hiệu suất động cơ, công suất, mô-men xoắn, và mức tiêu thụ nhiên liệu. Đặc biệt chú trọng đến thành phần khí thải động cơ như NOx và bồ hóng. Các chế độ vận hành khác nhau đã được thử nghiệm. Chúng bao gồm không tải, tải thấp, và tải trung bình. Mục tiêu là đánh giá toàn diện khả năng của động cơ nhiên liệu kép. Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng. Sự đối chiếu này khẳng định độ tin cậy của mô hình đã xây dựng. Từ đó, đưa ra các nhận định và kết luận cuối cùng về hiệu quả của việc sử dụng LPG.
5.1. Kết quả thực nghiệm các chế độ vận hành động cơ
Thí nghiệm được thực hiện trên động cơ 1KZ-TE và WL-Turbo. Các chế độ vận hành khác nhau đã được kiểm tra. Chúng bao gồm chế độ không tải, tải thấp và tải trung bình. Ở chế độ không tải, việc bổ sung CO2 vào hỗn hợp LPG-không khí được nghiên cứu. Nó nhằm mục đích kiểm soát quá trình cháy. Ở chế độ tải thấp, các giải pháp hạn chế cháy kích nổ được áp dụng. Điều chỉnh góc phun sớm cũng được thử nghiệm. Kết quả cho thấy sự thay đổi rõ rệt về công suất và mô-men xoắn. Mức tiêu hao nhiên liệu cũng được ghi nhận. Việc này cung cấp dữ liệu cơ bản cho việc tối ưu hóa hiệu suất. Nó cũng giúp giảm phát thải trong các điều kiện vận hành khác nhau của động cơ diesel-LPG.
5.2. So sánh áp suất công suất mô men động cơ diesel LPG
Phân tích so sánh áp suất chỉ thị, công suất và mô-men xoắn của động cơ. Các giá trị này được thu thập khi động cơ hoạt động ở chế độ 100% diesel và chế độ nhiên liệu kép LPG-Diesel. Kết quả cho thấy việc sử dụng LPG có thể duy trì hoặc thậm chí cải thiện hiệu suất động cơ. Điều này đặc biệt đúng ở chế độ tải trung bình. Áp suất đỉnh trong buồng cháy cũng được theo dõi. Nó liên quan trực tiếp đến cháy kích nổ. Sự so sánh này giúp xác định các điểm mạnh của hệ thống chuyển đổi LPG. Nó cũng chỉ ra các vùng cần cải thiện để tối ưu hóa hiệu suất. Mục tiêu là đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu suất và độ bền động cơ.
5.3. Đối chiếu nồng độ bồ hóng NOx giữa mô phỏng và thực nghiệm
Một phần quan trọng của luận án là đối chiếu kết quả. Nồng độ bồ hóng và NOx từ mô phỏng bằng ANSYS Fluent được so sánh với dữ liệu thực nghiệm. Sự phù hợp giữa hai bộ dữ liệu này khẳng định độ chính xác của mô hình. Kết quả cho thấy việc sử dụng LPG thường làm giảm đáng kể lượng bồ hóng. Tuy nhiên, nó có thể làm tăng nhẹ nồng độ NOx do nhiệt độ cháy cao hơn. Sự đối chiếu này cung cấp bằng chứng thuyết phục về khả năng giảm phát thải của động cơ nhiên liệu kép. Nó cũng giúp tinh chỉnh mô hình để dự đoán chính xác hơn. Việc này hỗ trợ cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa hiệu suất và kiểm soát khí thải động cơ.
VI.Tối ưu hóa phát triển ứng dụng LPG trên động cơ diesel
Luận án cung cấp một cái nhìn toàn diện về ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy. Nó kết hợp lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm để đưa ra các kết luận cụ thể. Phần này tổng kết những đóng góp chính của nghiên cứu. Nó cũng đề xuất các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải. Việc ứng dụng LPG trên động cơ diesel mở ra nhiều tiềm năng. Nó góp phần vào phát triển bền vững trong ngành giao thông vận tải. Các kiến nghị nghiên cứu tiếp theo được đưa ra. Điều này nhằm tiếp tục phát triển công nghệ nhiên liệu kép. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các động cơ sạch hơn và hiệu quả hơn. Luận án này là một bước tiến quan trọng. Nó thúc đẩy việc triển khai rộng rãi hệ thống chuyển đổi LPG cho động cơ diesel.
6.1. Tổng kết những kết quả chính của luận án
Luận án đã thành công trong việc xây dựng cơ sở lý thuyết vững chắc. Nó cũng phát triển mô hình mô phỏng quá trình cháy LPG-Diesel. Đặc biệt, nó đã thiết kế và thử nghiệm hệ thống chuyển đổi LPG trên động cơ diesel. Các kết quả thực nghiệm chứng minh rằng động cơ nhiên liệu kép LPG-Diesel có thể vận hành ổn định. Nó mang lại hiệu suất động cơ tương đương hoặc cao hơn diesel thuần túy. Đồng thời, nó giảm đáng kể lượng bồ hóng. Nồng độ NOx cần được kiểm soát thông qua các chiến lược tối ưu. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và khí thải động cơ đã được xác định. Việc này cung cấp dữ liệu quý giá cho các ứng dụng thực tế.
6.2. Các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải
Dựa trên kết quả nghiên cứu, nhiều giải pháp đã được đề xuất. Chúng nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm phát thải. Việc điều chỉnh tỷ lệ pha trộn LPG-diesel là rất quan trọng. Điều này cần được thực hiện dựa trên chế độ vận hành của động cơ. Tối ưu hóa góc phun sớm của diesel phun mồi cũng mang lại hiệu quả cao. Việc sử dụng hồi lưu khí thải (EGR) có kiểm soát có thể giảm NOx. Tuy nhiên, cần cân nhắc tác động đến bồ hóng và hiệu suất. Việc phát triển bộ điều khiển thông minh hơn là cần thiết. Nó giúp tự động thích ứng với các điều kiện vận hành khác nhau. Mục tiêu là đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu suất động cơ và giảm phát thải.
6.3. Kiến nghị hướng nghiên cứu phát triển động cơ nhiên liệu kép
Để tiếp tục phát triển công nghệ này, cần có các nghiên cứu chuyên sâu hơn. Cần tập trung vào việc nghiên cứu vật liệu buồng cháy chịu nhiệt cao. Việc này giúp cải thiện độ bền của động cơ khi sử dụng nhiên liệu kép. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hình thành cháy kích nổ ở các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Việc này giúp phát triển các chiến lược phòng tránh hiệu quả hơn. Cần xem xét ứng dụng các công nghệ phun LPG tiên tiến hơn. Ví dụ như phun trực tiếp LPG. Điều này có thể cải thiện sự hòa trộn và hiệu quả cháy. Phát triển các tiêu chuẩn khí thải động cơ mới cho nhiên liệu kép cũng là một hướng đi quan trọng. Điều này thúc đẩy việc chuyển đổi sang một tương lai năng lượng sạch hơn.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (213 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bội ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN PHỤNG GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ Nhiệt Mã số: 62. 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT N ƯỜ HƯỚN ẪN KH A HỌ : 1: PGS. TRẦN VĂN NAM 2: PGS. TRẦN THANH HẢI TÙNG NẴN - 2014 i LỜI CAM ĐOAN ôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
ác số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Đà Nẵng, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận án Nguyễn Văn Phụng i MỤC LỤC LỜ AM AN. i ANH M KÝ H ỆU HỮ Ế Ắ. iv ANH M HÌNH.
viii ANH M ẢN. xiii MỞ ẦU. 1 NHỮN ÓN ÓP MỚ ỦA LUẬN N. N H ÊN ỨU ỔN QUAN.
Môi trường và phương tiện giao thông. Nhiên liệu thay thế sử dụng trên phương tiện giao thông. Động cơ nén cháy dùng hai nhiên liệu. ình hình nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LP trên thế giới và ở iệt Nam.
Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG trên thế giới. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG ở Việt Nam. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Ơ SỞ LÝ HUYẾ ÍNH N QU RÌNH H Y HỖN HỢP DIESEL - LPG - KHÔN KHÍ R N UỒN H Y N ĂN H.
ơ sở lý thuyết về quá trình cháy của động cơ dùng diesel - LPG. Xác định nồng độ oxygen, nồng độ nhiên liệu của hỗn hợp trong buồng cháy ngăn cách. Phương trình năng lượng của hỗn hợp hai nhiên liệu. Sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy hỗn hợp hai nhiên liệu.
Tốc độ lan tràn màng lửa cháy chảy tầng. Tốc độ lan tràn màng lửa cháy rối. Nhiệt độ cháy và khối lượng riêng của hỗn hợp hai nhiên liệu. Tính năng công tác của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel - LPG.
háy kích nổ khi động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG. Thời kỳ cháy trễ. Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy kích nổ ở động cơ hai nhiên liệu. ác yếu tố vận hành ảnh hưởng đến n ng độ các chất ô nhi m của động cơ nén cháy.
Trường hợp động cơ dùng 100 % diesel. Trường hợp động cơ dùng diesel - LPG. MÔ HÌNH HÓA QU RÌNH H Y X ỊNH MỨ PH Ô NH ỄM ỦA N Ơ WL - TURBO DÙNG DIESEL - LPG. iới thiệu phần mềm ANSYS - Fluent.
hiết lập mô hình quá trình cháy h n hợp hai nhiên liệu diesel - LPG trong động cơ WL - Turbo. Kết cấu hình học và lưới động của buồng cháy động cơ. Các thông số của mô hình buồng cháy. Tính chất của nhiên liệu.
i n biến quá trình cháy của diesel, h n hợp LPG-không khí và n ng độ b hóng – NOx trong bu ng cháy ngăn cách khi mô phỏng bằng Fluent. Diễn biến quá trình cháy nhiên liệu diesel. Diễn biến quá trình cháy LPG trong buồng cháy ngăn cách. Diễn biến nồng độ bồ hóng và NOx trong buồng cháy ngăn cách.
ác yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật của động cơ. Ảnh hưởng của thành phần CO2 trong hỗn hợp. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ.
Ảnh hưởng của lưu lượng diesel phun mồi. Ảnh hưởng của cháy kích nổ. XÂY ỰN Ố RÍ HÍ N H ỆM. Mục tiêu, điều kiện, phương pháp và nội dung thí nghiệm.
Mục tiêu thí nghiệm. Điều kiện thí nghiệm. Quy hoạch thí nghiệm. Nội dung thí nghiệm.
ố trí thí nghiệm. Bố trí hệ thống cấp LPG vào động cơ 1KZ - TE qua họng khuếch tán. Bố trí bộ điều chỉnh cung cấp nhiên liệu diesel, phun khí LPG và hồi lưu khí thải trên đường nạp động cơ WL - Turbo. hiết bị A L dùng trong thí nghiệm.
Băng thử công suất APA 204/8. Thiết bị dùng thí nghiệm. hiết bị cung cấp LP và h i lưu khí thải dùng trong thí nghiệm. Van hồi lưu khí thải.
Bộ làm mát khí thải hồi lưu. ộ điều chỉnh cung cấp diesel - LP và tiết lưu khí thải h i lưu. Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh. Các cảm biến sử dụng trong bộ điều chỉnh.
Các cơ cấu chấp hành cung cấp LPG và hồi lưu khí thải. Mạch điện tử điều khiển lưu lượng diesel - LPG và hồi lưu khí thải .96 hương 5 KẾ QUẢ HỰ N H ỆM N LUẬN. Kết quả thực nghiệm. Phạm vi làm việc thường xuyên của động cơ ô tô du lịch dùng 100 % diesel.
Vận hành ở chế độ không tải (thí nghiệm trên động cơ 1KZ - TE dùng diesel - LPG được bổ sung CO2). Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG khi áp dụng các giải pháp hạn chế kích nổ). Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG khi điều chỉnh góc phun sớm). Vận hành chế độ tải trung bình (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG bổ sung CO2).
Thí nghiệm phối hợp các giải pháp hạn chế kích nổ. ánh giá kết quả động cơ dùng LP cho bởi mô phỏng và thực nghiệm. Về áp suất chỉ thị của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải trung bình. Về công suất và mô men của động cơ WL - Turbo dùng LPG - diesel ở chế độ tải trung bình.
So sánh nồng độ bồ hóng và NOx cho bởi mô phỏng và thực nghiệm của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải trung bình. So sánh nồng độ bồ hóng của khí thải, nhiệt độ môi chất và ngọn lửa trong buồng cháy xoáy lốc của động cơ WL - Turbo cho bởi phần mềm ANSYS Fluent và thiết bị quay phim kỹ thuật số AVL - 513D. Kết luận về thực nghiệm. So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm .123 KẾ LUẬN K ẾN N HỊ.
125 Kết luận của luận án .125 Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo. 128 L ỆU HAM KHẢ. a iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. Các ký hiệu mẫu tự La Tinh: Ký hiệu Đơn vị Diễn giải Af m² ề mặt màng lửa D mm ường kính xi lanh df mm ường kính l kim phun Di - ỷ lệ khối lượng h n hợp F/A lý tưởng f - hành phần h n hợp (mixed fraction) gct g/ct Lượng nhiên liệu cấp cho m i chu trình gctCO2 g/ct rọng lượng khí CO2 tham dự m i chu trình gctds g/ct rọng lượng nhiên liệu diesel tham dự m i chu trình gctLPG g/ct rọng lượng LP tham dự m i chu trình Gk kg/s Lưu lượng không khí nạp vào xi lanh GL kg/s Lưu lượng nhiên liệu LP nạp vào xi lanh i - Số xi lanh Lo kgkk/kgLPG Lượng không khí để đốt cháy hoàn toàn 1 kg LP lt m hang độ dài rối M1 kmolkk/kgnl Số mol h n hợp khí nạp mới M2 kmolkk/kgnl Số mol sản vật cháy mb kg Khối lượng h n hợp khí đã cháy m ”v kmolkk/kgnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy m v’ kJ/kmolnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất mCvkk kmolkk/kgnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí m vz’ kJ/kmolnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại z Me Nm Mô men động cơ mmix kg Khối lượng h n hợp khí chưa cháy mp kg Khối lượng sản phẩm cháy n v/ph Số vòng quay của trục khuỷu động cơ n/nn ốc độ tương đối của động cơ Nc/Nen ông cản tương đối của động cơ Ne kW ông suất động cơ Pc Pa p suất cuối quá trình nén v pe Pa p suất có ích trung bình pf Pa p suất trước miệng l phun pi Pa p suất chỉ thị trung bình pk Pa p suất không khí trên đường ống nạp pth Pa p suất cuối quá trình thải qds kJ/ct Năng lượng nhiên liệu diesel tham dự m i chu trình Qh MJ/kg Nhiệt trị thấp Qk kg/s Lưu lượng khối lượng không khí vào đường nạp qLPG kJ/ct Năng lượng LP tham dự m i chu trình R J/kg.K Hằng số khí lý tưởng Re huẩn số Reynolds S mm Hành trình của pit tông Sf m² iện tích miệng kim phun SL m/s ốc độ màng lửa cháy chảy tầng St m/s ốc độ màng lửa rối Ta ˚K Nhiệt độ cuối quá trình nạp Tc ˚K Nhiệt độ cuối quá trình nén Tk °C Nhiệt độ không khí trên đường ống nạp Tm ˚K Nhiệt độ của h n hợp trước khi cháy Tp ˚K Nhiệt độ của sản phẩm cháy Vc m³ hể tích bu ng cháy Ve m3/kW.h Suất tiêu hao nhiên liệu khí LP có ích vf m/s ốc độ nhiên liệu LP qua l kim phun F300 Vh cm³ hể tích công tác của một xi lanh Xnal % ỷ lệ năng lượng LP thay thế trong h n hợp XNOx(%) N ng độ N x trong khí thải động cơ Xsoot(%) N ng độ b hóng trong khí thải động cơ +dsm i iải pháp tăng lượng diesel m i +CO2 iải pháp bổ sung 2 +EGR iải pháp h i lưu khí thải 100%ds iesel làm nhiên liệu chính cho động cơ vi 2.
Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp: ∆P Pa ộ chênh áp suất trước và sau miệng l vòi phun ∆Qh kJ/kg ổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn Hệ số tương đương trước màng lửa α - Hệ số dư lượng không khí của động cơ α% - ị trí cần điều khiển nhiên liệu diesel ở bơm cao áp αb - Hệ số bóp dòng của miệng kim phun αt - ộ mở vị trí % bướm ga (% tải) thực nghiệm A L.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nguyễn Văn Phụng (2014). Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS [Luận án tiến sĩ, Đại học Đà Nẵng]. LuanAn.net. https://luanan.net/nang-luong-moi-truong/ky-thuat-nang-luong/nghien-cuu-ung-dung-lpg-dong-co-nen-chay-luan-an-ts
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy, tối ưu hiệu suất nhiên liệu và giảm phát thải. Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành.
Luận án "Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Đại học Đà Nẵng. Năm bảo vệ: 2014.
Luận án "Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Động cơ Nhiệt. Danh mục: Kỹ Thuật Năng Lượng.
Luận án "Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS" có bao nhiêu trang?
Luận án "Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS" có 213 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy: Luận án TS" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.