Luận án tiến sĩ: Giảm phát thải độc hại từ xe máy nhờ phương pháp sấy nóng bộ xử lý khí thải

• Tác giả: Nguyễn Kim Kỳ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Đình Long
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu giảm phát thải độc hại xe máy bằng phương pháp sấy nóng bộ xử lý khí thải
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí động lực
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Vấn đề phát thải độc hại của xe máy
• 1.1.1. Các thành phần phát thải độc hại của xe máy
• 1.1.2. Đặc điểm phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy
• 1.1.3. Hàm lượng phát thải của xe máy theo chu trình thử
• 1.2. Các phương pháp kiểm soát phát thải của xe máy
• 1.2.1. Kiểm soát phát thải từ bên trong động cơ
• 1.2.1.1. Điều chỉnh chính xác tỉ lệ không khí nhiên liệu
• 1.2.1.2. Thiết kế hệ thống đánh lửa thích hợp
• 1.2.1.3. Tối ưu kết cấu buồng cháy
• 1.2.1.4. Luân hồi khí thải
• 1.2.1.5. Sử dụng nhiên liệu thay thế
• 1.2.2. Xử lý khí thải sau cửa thải
• 1.2.2.1. Đốt cháy CO và HC trên đường thải
• 1.2.2.2. Trang bị BXT xử lý khí thải
• 1.2.2.3. Công nghệ tăng hiệu quả BXT trong quá trình khởi động lạnh
• 1.2.2.3.1. Đốt cháy CO, HC trong ống thải
• 1.2.2.3.1.1. Phun khí thứ cấp
• 1.2.2.3.1.2. Đốt cháy khí thải (EGI)
• 1.2.2.3.2. Cải tiến thiết kế BXT
• 1.2.2.3.3. Tăng cường sấy nóng BXT bằng năng lượng khí thải
• 1.2.2.3.3.1. Quản lý nhiệt đường ống thải
• 1.2.2.3.3.2. Điều khiển đánh lửa muộn
• 1.2.3. Sấy nóng BXT bằng nguồn nhiệt bên ngoài
• 1.2.3.1. Sử dụng buồng đốt bên ngoài
• 1.2.3.2. Sấy nóng BXT bằng năng lượng điện (EHC)
• 1.2.4. Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần
• 1.2.4.1. Cơ sở lý thuyết của việc đốt nóng bằng điện cao tần
• 1.2.4.2. Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần
• 1.3. Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ XE MÁY
• 2.1. Mô tả mô hình
• 2.1.1. Mô hình đa vùng mô phỏng diễn biến nhiệt động trong xylanh
• 2.1.2. Phương trình chính
• 2.1.3. Phương trình mô hình hóa tổng thể
• 2.1.4. Truyền nhiệt và sấy nóng động cơ
• 2.1.5. Lưu lượng và nhiệt độ khí thải
• 2.2. Mô hình hóa sự phát thải ôxit nitơ từ động cơ
• 2.3. Mô hình tính toán phát thải HC của động cơ
• 2.3.1. Nguồn HC ban đầu
• 2.3.2. Sự ôxy hoá HC phía sau màng lửa
• 2.4. Mô hình tính toán phát thải CO của động cơ
• 2.5. Kết quả mô phỏng
• 2.5.1. Hiệu chỉnh mô hình
• 2.5.2. Áp suất và nhiệt độ khí thể trong xylanh
• 2.5.3. Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng dòng khí thải
• 2.5.4. Nồng độ phát thải CO, HC và NO
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THẢI CÓ TRANG BỊ BXT ĐƯỢC SẤY NÓNG BẰNG DÒNG CAO TẦN
• 3.1. Mô hình truyền nhiệt của hệ thống thải
• 3.1.1. Truyền nhiệt trong ống thải
• 3.1.1.1. Bề mặt truyền nhiệt ướt
• 3.1.1.2. Bề mặt truyền nhiệt khô
• 3.1.2. Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường
• 3.1.2.1. Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường do quá trình đối lưu
• 3.1.2.2. Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường do quá trình bức xạ
• 3.1.3. Tính toán công suất sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần
• 3.1.4. Mô hình trung hòa khí thải trong BXT có sấy nóng bằng dòng điện cao tần
• 3.1.4.1. Mô tả mô hình
• 3.1.4.1.1. Các phản ứng hóa học
• 3.1.4.1.2. Biểu thức động học phản ứng
• 3.1.4.1.3. Cơ sở chuyển đổi xúc tác
• 3.1.4.1.4. Hệ số trao đổi nhiệt và trao đổi chất
• 3.1.4.1.5. Phương pháp giải mô hình
• 3.1.5. Kết quả mô phỏng
• 3.1.5.1. Nhiệt độ khí thải và BXT
• 3.1.5.2. Hàm lượng các chất độc hại phía trước và sau BXT
• 3.1.6. Kết luận chương 3

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc giảm phát thải độc hại từ xe máy bằng phương pháp sấy nóng bộ xử lý khí thải. Mục tiêu chính là tìm ra giải pháp hiệu quả để giảm thiểu các chất độc hại như CO, HC và NOx trong khí thải xe máy, đặc biệt trong giai đoạn khởi động lạnh. Phương pháp sấy nóng được đề xuất nhằm tăng hiệu quả của bộ xử lý khí thải (BXT) ngay từ khi động cơ bắt đầu hoạt động.

1.1. Vấn đề phát thải độc hại từ xe máy

Xe máy là một trong những nguồn chính gây ô nhiễm không khí tại các đô thị lớn. Các chất độc hại như CO, HC và NOx được thải ra từ xe máy gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Đặc biệt, trong giai đoạn khởi động lạnh, lượng phát thải độc hại tăng đáng kể do BXT chưa đạt nhiệt độ hoạt động tối ưu.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm tìm ra phương pháp sấy nóng hiệu quả để tăng tốc độ làm nóng BXT, từ đó giảm thiểu phát thải độc hại ngay từ giai đoạn khởi động. Phương pháp này hứa hẹn mang lại hiệu quả cao trong việc kiểm soát khí thải xe máy, đặc biệt tại các khu vực đô thị có mật độ xe máy cao.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần để tăng nhiệt độ hoạt động của BXT ngay từ giai đoạn khởi động. Phương pháp này dựa trên nguyên lý truyền nhiệt nhanh và hiệu quả, giúp BXT đạt nhiệt độ tối ưu trong thời gian ngắn. Các mô hình nhiệt động học và phát thải được sử dụng để đánh giá hiệu quả của phương pháp.

2.1. Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần

Phương pháp sấy nóng bằng dòng điện cao tần được áp dụng để tăng nhiệt độ BXT nhanh chóng. Dòng điện cao tần tạo ra nhiệt lượng lớn, giúp BXT đạt nhiệt độ hoạt động tối ưu trong vòng vài phút. Phương pháp này được đánh giá là hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống như sử dụng buồng đốt bên ngoài hoặc năng lượng điện.

2.2. Mô hình hóa và mô phỏng

Các mô hình nhiệt động học và phát thải được xây dựng để mô phỏng quá trình sấy nóng và hiệu quả của BXT. Mô hình này bao gồm các phương trình truyền nhiệt, lưu lượng khí thải và phản ứng hóa học trong BXT. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp sấy nóng bằng dòng điện cao tần giúp giảm đáng kể lượng phát thải độc hại trong giai đoạn khởi động.

III. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần mang lại hiệu quả cao trong việc giảm phát thải độc hại từ xe máy. Nhiệt độ BXT đạt được nhanh chóng, giúp giảm thiểu lượng CO, HC và NOx thải ra môi trường. Phương pháp này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát khí thải xe máy tại các đô thị.

3.1. Hiệu quả giảm phát thải

Phương pháp sấy nóng giúp giảm đáng kể lượng phát thải độc hại trong giai đoạn khởi động. Kết quả mô phỏng cho thấy lượng CO và HC giảm tới 50% so với phương pháp truyền thống. Điều này chứng tỏ hiệu quả vượt trội của phương pháp sấy nóng bằng dòng điện cao tần.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Phương pháp sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát khí thải xe máy. Đặc biệt, phương pháp này phù hợp với các đô thị có mật độ xe máy cao, nơi mà ô nhiễm không khí đang là vấn đề nghiêm trọng. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển công nghệ xử lý khí thải hiệu quả và bền vững.