Luận án tiến sĩ: Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nanocacbon cho động cơ đốt trong thiết bị quân sự

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Hồng
• Người hướng dẫn: GS.TS Phan Ngọc Minh
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nanocacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự
• Loại tài liệu: luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON
• 1.1.1. Tổng quan về ống nano-cacbon
• 1.1.2. Giới thiệu về ống nano-cacbon
• 1.1.3. Cấu trúc và tính chất của ống nano-cacbon
• 1.1.4. Các phương pháp chế tạo ống nano-cacbon
• 1.1.5. Một số tính chất của ống nano-cacbon
• 1.1.6. Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nano-cacbon
• 1.1.6.1. Khái niệm chất lỏng nano
• 1.1.6.2. Các phương pháp chế tạo
• 1.1.6.3. Chất lỏng nano chứa thành phần CNTs
• 1.1.6.4. Ứng dụng của chất lỏng nano
• 1.1.7. Dầu bôi trơn tản nhiệt
• 1.1.7.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn
• 1.1.7.2. Một số thông số của dầu bôi trơn
• 1.1.7.3. Các chất phụ gia có trong dầu bôi trơn
• 1.1.7.4. Pha trộn dầu bôi trơn
• 1.1.8. Dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon
• 1.1.9. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án
• 1.1.9.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.1.9.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.1.10. Những vấn đề cần nghiên cứu trong lĩnh vực dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon
• 1.2. Kết luận chương 1
• 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp thực nghiệm
• 2.2. Phương pháp biến tính CNTs
• 2.3. Phương pháp pha trộn dầu bôi trơn tản nhiệt nano
• 2.4. Phương pháp đo đạc, khảo sát tính chất vật liệu
• 2.5. Phương pháp đo đạc thông số kỹ thuật dầu nano
• 2.6. Phương pháp mô hình hóa và tính toán lý thuyết
• 2.7. Nguyên liệu hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
• 2.8. Nguyên liệu phụ gia cho dầu bôi trơn tản nhiệt
• 2.9. Nguyên liệu tản nhiệt
• 2.10. Trang thiết bị chế tạo sử dụng trong nghiên cứu
• 2.10.1. Thiết bị phân tán CNT trong dầu bôi trơn
• 2.10.2. Một số thiết bị dùng trong chế tạo dầu bôi trơn chứa thành phần nano cacbon
• 2.11. Kết luận chương 2
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON
• 3.1. Kết quả biến tính CNTs
• 3.2. Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon
• 3.2.1. Phân tán CNTs – OH trong dầu gốc PAO
• 3.2.2. Tối ưu hàm lượng CNTs trong dầu bôi trơn tản nhiệt
• 3.2.3. Cơ chế phân tán CNTs
• 3.2.4. Tối ưu hàm lượng phụ gia đối với từng loại dầu bôi trơn tản nhiệt
• 3.3. Xây dựng mô hình truyền nhiệt tính toán độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt
• 3.3.1. Xây dựng mô hình truyền nhiệt
• 3.3.2. So sánh mô hình truyền nhiệt với các nhóm thực nghiệm trên thế giới
• 3.3.3. So sánh mô hình truyền nhiệt lý thuyết với kết quả thực nghiệm của dầu bôi trơn tản nhiệt nano
• 3.4. Đánh giá một số tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo được
• 3.4.1. Các thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn tản nhiệt nano
• 3.5. Kết luận chương 3
• 4. ỨNG DỤNG DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ
• 4.1. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ
• 4.1.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử
• 4.1.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ
• 4.1.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ
• 4.1.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử
• 4.2. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe tăng
• 4.2.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử
• 4.2.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ
• 4.2.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ
• 4.2.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử
• 4.3. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe thiết giáp
• 4.3.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử
• 4.3.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ
• 4.3.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ
• 4.3.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử
• 4.4. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe chở khí tài quân sự
• 4.4.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử
• 4.4.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ
• 4.4.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ
• 4.4.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử
• 4.5. Khảo sát dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa thành phần nano trên thực địa
• 4.5.1. Thử nghiệm thực địa trên xe thiết giáp
• 4.5.2. Thử nghiệm thực địa trên xe chở khí tài quân sự
• 4.6. Thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần CNTs trong tản nhiệt cho đèn LED công suất lớn
• 4.7. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN CHUNG
• KIẾN NGHỊ VÀ KẾ HOẠCH TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• 1. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan về dầu bôi trơn và công nghệ tản nhiệt

Dầu bôi trơn đóng vai trò quan trọng trong việc giảm ma sát và tản nhiệt cho động cơ đốt trong, đặc biệt trong thiết bị quân sự. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của dầu bôi trơn bằng cách tích hợp vật liệu nanocacbon, đặc biệt là ống nanocacbon (CNTs). CNTs có độ dẫn nhiệt cao, lên đến 2000 W/mK, giúp tăng khả năng tản nhiệt của dầu. Công nghệ này đã được ứng dụng trong các hệ thống tản nhiệt hiệu quả, đặc biệt trong các động cơ quân sự. Việc sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt chứa CNTs không chỉ giảm ma sát mà còn tăng tuổi thọ và hiệu suất của động cơ.

1.1. Giới thiệu về ống nanocacbon

Ống nanocacbon (CNTs) là vật liệu có cấu trúc hình ống, được tạo thành từ các nguyên tử cacbon sắp xếp theo mạng lục giác. CNTs có hai dạng chính: ống đơn tường (SWCNT) và ống đa tường (MWCNT). Với độ dẫn nhiệt và điện cao, CNTs được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ cao, đặc biệt là trong công nghệ tản nhiệt. Các phương pháp chế tạo CNTs bao gồm lắng đọng hóa học pha hơi (CVD) và phương pháp bốc bay bằng laser.

1.2. Ứng dụng của CNTs trong dầu bôi trơn

Việc tích hợp CNTs vào dầu bôi trơn giúp cải thiện đáng kể khả năng tản nhiệt và giảm ma sát. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy dầu bôi trơn chứa CNTs có độ dẫn nhiệt cao hơn so với dầu thông thường. Điều này giúp tăng hiệu suất của động cơ đốt trong, giảm tiêu hao nhiên liệu và kéo dài tuổi thọ động cơ. Ứng dụng này đặc biệt quan trọng trong các thiết bị quân sự, nơi yêu cầu độ bền và hiệu suất cao.

II. Phương pháp chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa CNTs

Quy trình chế tạo dầu bôi trơn chứa ống nanocacbon bao gồm các bước chính: biến tính CNTs, pha trộn với dầu gốc và tối ưu hóa hàm lượng CNTs. CNTs được biến tính bằng cách gắn các nhóm chức -COOH và -OH lên bề mặt để tăng khả năng phân tán trong dầu. Sau đó, CNTs được phân tán trong dầu gốc PAO bằng phương pháp rung siêu âm. Hàm lượng CNTs được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả tản nhiệt tối đa mà không ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu.

2.1. Biến tính CNTs

Biến tính CNTs là bước quan trọng để cải thiện khả năng phân tán của CNTs trong dầu. Các nhóm chức -COOH và -OH được gắn lên bề mặt CNTs thông qua các phản ứng hóa học. Quá trình này giúp CNTs dễ dàng phân tán trong dầu gốc, tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Phổ FTIR và Raman được sử dụng để xác nhận sự hiện diện của các nhóm chức trên bề mặt CNTs.

2.2. Pha trộn và tối ưu hóa

Sau khi biến tính, CNTs được phân tán trong dầu gốc PAO bằng phương pháp rung siêu âm. Thời gian rung siêu âm được tối ưu hóa để đảm bảo CNTs phân tán đều trong dầu. Hàm lượng CNTs được điều chỉnh trong khoảng 0.12% thể tích để đạt hiệu quả tản nhiệt tối đa. Các thông số kỹ thuật của dầu, bao gồm độ nhớt và độ dẫn nhiệt, được đo đạc và đánh giá để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt chứa CNTs trong thiết bị quân sự

Dầu bôi trơn tản nhiệt chứa CNTs đã được thử nghiệm trên các động cơ đốt trong của thiết bị quân sự như xe tăng, xe thiết giáp và tàu thủy. Kết quả thử nghiệm cho thấy dầu bôi trơn chứa CNTs giúp giảm nhiệt độ động cơ, giảm hệ số ma sát và tiêu hao nhiên liệu. Điều này giúp tăng hiệu suất và tuổi thọ của động cơ, đặc biệt trong điều kiện hoạt động khắc nghiệt. Ứng dụng này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao khả năng tác chiến của các thiết bị quân sự.

3.1. Thử nghiệm trên động cơ xe tăng

Thử nghiệm trên động cơ xe tăng cho thấy dầu bôi trơn chứa CNTs giúp giảm nhiệt độ động cơ từ 5-10°C so với dầu thông thường. Hệ số ma sát giảm đáng kể, giúp tăng hiệu suất động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu. Kết quả này khẳng định hiệu quả của dầu bôi trơn tản nhiệt chứa CNTs trong việc nâng cao độ bền và hiệu suất của động cơ.

3.2. Thử nghiệm trên tàu thủy

Thử nghiệm trên động cơ tàu thủy cũng cho kết quả tương tự. Dầu bôi trơn chứa CNTs giúp giảm nhiệt độ động cơ và tăng hiệu suất hoạt động. Đặc biệt, dầu bôi trơn này giúp kéo dài thời gian sử dụng, giảm chi phí bảo trì và nâng cao khả năng tác chiến của tàu thủy. Đây là bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ nano vào thiết bị quân sự.