Luận văn thạc sĩ hcmute nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp động cơ 3 xylanh diesel phun gián tiếp có buồng cháy three vortex combustion tvc sử dụng nhiên liệu sinh học bio diesel

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu hỗn hợp động cơ 3 xylanh diesel phun gián tiếp với buồng cháy three vortex combustion sử dụng biodiesel.

• Tác giả: Phạm Phúc Phát
• Người hướng dẫn: PGS-TS. Phạm Xuân Mai
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Hỗn Hợp Động Cơ Diesel 3 Xylanh Phun Gián Tiếp Với Buồng Cháy Three Vortex Sử Dụng Biodiesel
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Nhu cầu động cơ đốt trong ở nông thôn Việt Nam
• 1.2. Nhu cầu động cơ 3 xilanh
• 1.3. Công nghiệp máy động lực ở Việt Nam
• 1.4. Nhiên liệu thay thế
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về động cơ 3 xy lanh sử dụng nhiên liệu sinh học
• 1.5.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
• 1.6. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.6.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.7. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.7.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.7.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT HÌNH THÀNH HỖN HỢP CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 2.1. Sự phát triển của tia phun nhiên liệu
• 2.2. Sự phân rã động học của các hạt nhiên liệu
• 2.3. Cơ chế phân rã của tia phun nhiên liệu
• 2.4. Sự tương tác giữa tia phun với thành xilanh
• 2.5. Quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel
• 2.6. Buồng cháy dự bị
• 2.7. Buồng cháy xoáy lốc
• 2.8. Lý thuyết Three Vortex
• 2.9. Phương trình mô phỏng xoáy lốc Three Vortex
• 2.10. Mô hình chuyển động của xoáy lốc Three Vortex
• 2.11. Lý thuyết về nhiên liệu biodiesel
• 2.12. Các tính năng khi sử dụng nhiên liệu biodiesel
• 2.13. Các yêu cầu của quá trình nạp và tạo hỗn hợp trên động cơ sử dụng biodiesel
• 2.14. PHÂN TÍCH BUỒNG CHÁY TVCS (trên động cơ 3 xilanh KUBOTA D1703-E3B)
• 2.14.1. Giới thiệu động cơ KUBOTA D1703-E3B
• 2.14.2. Lý do chọn động cơ Kubota 3 xy lanh
• 2.14.3. Thông số kỹ thuật chính của động cơ Kubota 3 xy lanh
• 2.14.4. Phân tích kết cấu buồng cháy TVCS
• 2.14.4.1. Buồng cháy xoáy lốc
• 2.14.4.2. Cửa buồng cháy
• 2.14.5. Phân tích quá trình hình thành hỗn hợp cháy
• 2.14.6. Các yếu tố cải thiện quá trình hòa trộn nhiên liệu Biodiesel trong buồng cháy TVCS
• 3. CHƯƠNG 3
• 3.1. Nhiệt chớp cháy
• 3.2. Nhiệt trị thấp
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC
• 4.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Ansys Fluent
• 4.2. Đối tượng mô phỏng
• 4.3. Mô hình động cơ mô phỏng
• 4.4. Nhiêu liệu thử nghiệm
• 4.5. Trình tự thực hiện và cơ sở lý thuyết trong mô phỏng
• 4.5.1. Trình tự thực hiện
• 4.5.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô phỏng
• 4.6. Xây dựng mô hình và xác lập các thông số động học liên quan đến quá trình hình hỗn hợp cháy trong buồng cháy TVC
• 4.7. Xây dựng mô hình hình học buồng cháy TVC
• 4.8. Chia lưới mô hình
• 4.9. Cài đặt thông số đầu vào cho bài toán
• 4.10. Mô phỏng động học quá trình hòa trộn nhiên liệu biodiesel
• 4.11. Xử lý và đánh giá kết quả đạt được từ mô phỏng
• 4.12. Nhiệt phận bố trong buồng cháy xoáy lốc
• 4.13. Vận tốc không khí phân bố trong buồng cháy xoáy lốc
• 4.14. Tỉ số mass fraction phân bố trong buồng cháy xoáy lốc
• 4.15. So sánh độ xuyên thấu của tia phun theo áp suất phun
• 5. CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT VÀ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ
• 5.1. Nghiên cứu và đề suất cải tiến động cơ
• 5.1.1. Nghiên cứu cải tiến
• 5.1.2. Đề suất cải tiến
• 5.2. Mô phỏng quá trình hòa trộn của động cơ TVCS sau khi cải tạo
• 5.3. Các cấu trúc được xét đến
• 5.4. Thiết lập thông số và tiêu chí mô phỏng
• 5.5. So sánh và đánh giá kết quả đạt được trước và sau cải tiến
• 5.5.1. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động xoáy lốc trong buồng cháy
• 5.5.2. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động của nhiên liệu trong buồng cháy
• 5.5.3. Tỉ số mass fraction giữa không khí và nhiên liệu trong buồng cháy
• 5.5.4. Nhiệt độ không khí trong buồng cháy
• 5.5.5. Độ xuyên thấu của tia phun nhiên liệu
• 5.5.6. Phân tích kết cấu tối ưu
• 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• 6.1. Tóm tắt kết quả đề tài
• 6.2. Đánh giá kết quả của đề tài
• 6.3. Đề nghị hướng phát triển của đề tài
• KẾ HOẠCH DỰ KIẾN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan về động cơ diesel 3 xylanh

Động cơ diesel 3 xylanh là một trong những loại động cơ phổ biến trong ngành công nghiệp cơ khí động lực. Với cấu trúc 3 xylanh, động cơ này có khả năng cung cấp công suất từ 20 đến 50HP, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong nông nghiệp. Việc sử dụng biodiesel làm nhiên liệu cho động cơ diesel không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững. Nghiên cứu cho thấy rằng động cơ diesel 3 xylanh có thể hoạt động hiệu quả với nhiên liệu sinh học nhờ vào khả năng hòa trộn tốt giữa nhiên liệu và không khí trong buồng cháy. Điều này mở ra cơ hội cho việc cải tiến công nghệ động cơ, giúp nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải.

1.1. Tình hình nghiên cứu động cơ diesel 3 xylanh

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải tiến hiệu suất của động cơ diesel 3 xylanh. Các nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu và cải tiến thiết kế buồng cháy. Việc áp dụng công nghệ three vortex combustion (TVC) đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu khí thải. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng việc cải tiến buồng cháy có thể làm tăng khả năng hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc phát triển động cơ thân thiện với môi trường.

II. Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp cháy

Quá trình hình thành hỗn hợp cháy trong động cơ diesel 3 xylanh sử dụng biodiesel là một yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất và mức độ ô nhiễm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phân rã của tia phun nhiên liệu và sự tương tác giữa tia phun với không khí trong buồng cháy có ảnh hưởng lớn đến quá trình này. Việc áp dụng công nghệ phun gián tiếp giúp cải thiện khả năng phân tán của nhiên liệu, từ đó tạo ra hỗn hợp cháy đồng nhất hơn. Các mô phỏng 3D cho thấy rằng buồng cháy three vortex có khả năng tạo ra các xoáy lốc, giúp tăng cường sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí, từ đó nâng cao hiệu suất cháy. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu khí thải mà còn tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu tái tạo.

2.1. Phân tích đặc tính của biodiesel

Biodiesel, được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tái tạo như dầu thực vật và mỡ động vật, có nhiều ưu điểm so với diesel truyền thống. Đặc tính hóa học của biodiesel cho phép nó hòa trộn tốt với không khí trong buồng cháy, giúp cải thiện quá trình cháy. Nghiên cứu cho thấy rằng biodiesel có chỉ số cetan cao hơn, giúp tăng cường khả năng khởi động và giảm thiểu hiện tượng kích nổ. Việc sử dụng biodiesel không chỉ giúp giảm lượng khí thải CO2 mà còn giảm thiểu các khí độc hại khác như NOx và PM. Điều này làm cho biodiesel trở thành một lựa chọn lý tưởng cho động cơ diesel, đặc biệt là trong bối cảnh hiện nay khi mà vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng.

III. Cải tiến buồng cháy và mô phỏng

Cải tiến buồng cháy là một trong những yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu suất của động cơ diesel 3 xylanh. Việc áp dụng công nghệ three vortex combustion đã cho thấy khả năng tạo ra các xoáy lốc trong buồng cháy, giúp tăng cường sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí. Mô phỏng động học bằng phần mềm Ansys Fluent đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa thiết kế buồng cháy có thể làm tăng hiệu suất cháy lên đáng kể. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy được cải thiện, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc phát triển công nghệ động cơ mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc sản xuất động cơ thân thiện với môi trường.

3.1. Kết quả mô phỏng và đánh giá

Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng việc cải tiến buồng cháy có thể làm tăng đáng kể hiệu suất hòa trộn của không khí với nhiên liệu biodiesel. Các thông số như nhiệt độ, áp suất và tỉ số mass fraction trong buồng cháy đều được cải thiện. Việc so sánh giữa động cơ nguyên thủy và động cơ đã được cải tiến cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu suất hoạt động. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng công nghệ mới không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu khí thải, góp phần vào việc phát triển bền vững trong ngành công nghiệp cơ khí động lực.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam, với nền kinh tế lớn thứ 6 Đông Nam Á và thứ 59 thế giới, có ngành nông nghiệp chiếm tới 20,29% GDP, đóng vai trò mũi nhọn trong phát triển kinh tế quốc gia. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của cơ giới hóa nông nghiệp, nhu cầu về nguồn động lực phục vụ sản xuất, đặc biệt là động cơ đốt trong công suất nhỏ, ngày càng tăng cao. Động cơ diesel 3 xy lanh với công suất từ 20 đến 50 HP được sử dụng phổ biến trong các hoạt động sản xuất nông thôn, chiếm khoảng 40% thị phần động cơ nhiều xy lanh từ 20 đến trên 90 HP. Tuy nhiên, nguồn động cơ hiện nay chủ yếu nhập khẩu, chưa đáp ứng đủ về số lượng và chất lượng, đặt ra yêu cầu cấp thiết về nghiên cứu, thiết kế động cơ nội địa phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Song song với đó, vấn đề năng lượng và môi trường ngày càng trở nên cấp bách. Việt Nam nhập khẩu khoảng 1,5 triệu tấn nhiên liệu mỗi tháng, phụ thuộc lớn vào nhiên liệu hóa thạch không tái tạo, gây áp lực về kinh tế và môi trường. Nhiên liệu sinh học biodiesel được xem là giải pháp thay thế hiệu quả, giúp giảm phát thải khí độc hại tới 50%, giảm lượng khí nhà kính và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Việc ứng dụng biodiesel trên động cơ diesel 3 xy lanh có buồng cháy xoáy lốc Three Vortex Combustion (TVC) hứa hẹn nâng cao hiệu suất hòa trộn nhiên liệu và không khí, giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời phù hợp với nhu cầu cơ giới hóa nông thôn Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là mô phỏng quá trình tạo hỗn hợp cháy trên động cơ diesel 3 xy lanh sử dụng buồng cháy TVC với nhiên liệu biodiesel, đồng thời đề xuất cải tiến cấu trúc buồng cháy nhằm nâng cao hiệu quả hòa trộn nhiên liệu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào động cơ Kubota D1703-M-E3B, mô phỏng bằng phần mềm ANSYS Fluent, với dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng 3D. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển động cơ diesel nội địa, thúc đẩy sử dụng nhiên liệu sinh học, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành nông nghiệp Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết phân rã tia phun nhiên liệu: Bao gồm các trạng thái phát triển tia phun như Rayleigh, cảm ứng gió thứ nhất và thứ hai, phun sương. Chỉ số Weber được sử dụng để mô tả sự phân rã hạt nhiên liệu trong tia phun, ảnh hưởng bởi vận tốc tương đối giữa hạt nhiên liệu và không khí, sức căng bề mặt và kích thước hạt.

• Lý thuyết Three Vortex Combustion (TVC): Mô hình buồng cháy xoáy lốc ba vòng xoáy, giúp tăng cường quá trình hòa trộn nhiên liệu và không khí, nâng cao hiệu suất cháy. Mô hình chuyển động xoáy lốc được mô phỏng bằng phần mềm CFD, dựa trên các phương trình động học và mô hình xoáy lốc của Grobli.

• Khái niệm về nhiên liệu biodiesel: Tính chất lý hóa của biodiesel từ mỡ cá basa, bao gồm độ nhớt, nhiệt trị, trị số cetan, ảnh hưởng đến quá trình phun và cháy. Biodiesel có ưu điểm giảm phát thải khí độc hại, nhưng có nhiệt trị thấp hơn diesel truyền thống.

• Mô hình mô phỏng động học và CFD: Sử dụng phần mềm ANSYS Fluent để xây dựng mô hình 3D buồng cháy TVC, chia lưới tinh vi, cài đặt các thông số đầu vào như áp suất phun, nhiệt độ, vận tốc không khí, tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực nghiệm từ động cơ Kubota D1703-M-E3B, các đặc tính nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá basa, dữ liệu thị trường và thống kê cơ giới hóa nông nghiệp Việt Nam.

• Phương pháp phân tích: Kết hợp phân tích lý thuyết, mô phỏng CFD và so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm. Phân tích các thông số như vận tốc không khí, tỷ lệ mass fraction nhiên liệu-không khí, nhiệt độ buồng cháy, độ xuyên thấu tia phun.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình động cơ 3 xy lanh được chọn do phổ biến trong nông nghiệp Việt Nam, công suất 30-50 HP chiếm 40% thị phần. Mô phỏng tập trung vào buồng cháy TVC với các cấu trúc nguyên thủy và cải tiến.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài 2 năm, bao gồm khảo sát thị trường, thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất cải tiến.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả hòa trộn nhiên liệu biodiesel trong buồng cháy TVC: Mô phỏng cho thấy buồng cháy TVC tạo ra các xoáy lốc mạnh, giúp tăng cường sự phân tán và hòa trộn nhiên liệu biodiesel với không khí. Tỷ lệ mass fraction nhiên liệu-không khí phân bố đồng đều hơn, tăng khoảng 15% so với buồng cháy nguyên thủy.

2. Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu: Khi áp suất phun tăng từ 150 bar lên 180 bar, độ xuyên thấu của tia phun tăng khoảng 10%, kích thước hạt nhiên liệu giảm, thúc đẩy quá trình phân rã sơ cấp và thứ cấp, nâng cao hiệu quả phun sương.

3. Cải tiến cấu trúc buồng cháy TVC: Thiết kế thêm cửa buồng cháy phụ đối xứng và điều chỉnh góc phun giúp tăng vận tốc xoáy lốc lên 20%, cải thiện quỹ đạo chuyển động nhiên liệu, tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu biodiesel lên đến 25% so với cấu trúc gốc.

4. Giảm phát thải khí độc hại: Sử dụng biodiesel trong động cơ 3 xy lanh TVC giảm lượng khí CO và HC trung bình khoảng 50% so với diesel truyền thống, phù hợp với các tiêu chuẩn môi trường hiện hành.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy buồng cháy TVC với cấu trúc xoáy lốc ba vòng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tán và hòa trộn nhiên liệu biodiesel, nhờ vào các xoáy lốc mạnh và vận tốc không khí cao trong buồng cháy. Việc tăng áp suất phun nhiên liệu làm giảm kích thước hạt nhiên liệu (SMD), tăng diện tích bề mặt bay hơi, từ đó nâng cao hiệu quả cháy và giảm lượng nhiên liệu chưa cháy.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với các báo cáo về hiệu quả của buồng cháy xoáy lốc trong việc cải thiện quá trình hòa trộn và giảm phát thải. Việc cải tiến cấu trúc buồng cháy bằng cách thêm cửa phụ và điều chỉnh góc phun là bước tiến quan trọng, giúp tối ưu hóa dòng khí và nhiên liệu, nâng cao hiệu suất động cơ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố mass fraction nhiên liệu-không khí, biểu đồ vận tốc xoáy lốc theo góc quay trục khuỷu, và bảng so sánh lượng khí thải trước và sau cải tiến. Những biểu đồ này minh họa rõ ràng sự cải thiện về hiệu suất hòa trộn và giảm phát thải khi sử dụng biodiesel trong động cơ cải tiến.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng áp suất phun nhiên liệu lên mức 180 bar nhằm giảm kích thước hạt nhiên liệu, tăng hiệu quả phân rã và hòa trộn, dự kiến nâng hiệu suất cháy lên 10-15% trong vòng 1 năm, do các nhà sản xuất kim phun và kỹ sư động cơ thực hiện.

2. Cải tiến cấu trúc buồng cháy TVC bằng việc bổ sung cửa phụ đối xứng và điều chỉnh góc phun để tăng vận tốc xoáy lốc và khả năng hòa trộn nhiên liệu biodiesel, mục tiêu tăng hiệu suất hòa trộn 20-25% trong 2 năm, do các viện nghiên cứu và nhà sản xuất động cơ phối hợp thực hiện.

3. Khuyến khích sử dụng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá basa trong nông nghiệp nông thôn nhằm giảm phát thải khí độc hại và giảm phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch, với mục tiêu tăng tỷ lệ sử dụng biodiesel lên 30% trong 3 năm, do các cơ quan quản lý và doanh nghiệp nhiên liệu phối hợp triển khai.

4. Đào tạo kỹ thuật viên và người sử dụng động cơ về bảo trì, vận hành động cơ diesel sử dụng biodiesel và buồng cháy TVC để đảm bảo hiệu quả vận hành và kéo dài tuổi thọ động cơ, dự kiến thực hiện trong 1 năm, do các trường cao đẳng nghề và trung tâm đào tạo kỹ thuật đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư cơ khí động lực: Nghiên cứu sâu về quá trình hòa trộn nhiên liệu biodiesel trong buồng cháy TVC, áp dụng mô hình CFD và cải tiến cấu trúc động cơ.

2. Doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp động cơ diesel: Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế, cải tiến động cơ phù hợp với nhiên liệu sinh học, nâng cao hiệu suất và giảm phát thải.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng, môi trường: Tham khảo để xây dựng chính sách khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học, phát triển cơ giới hóa nông nghiệp bền vững.

4. Các trường đại học, cao đẳng đào tạo kỹ thuật ô tô và cơ khí: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy, nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ mới trong lĩnh vực động cơ đốt trong và nhiên liệu sinh học.

Câu hỏi thường gặp

1. Biodiesel có ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất động cơ diesel 3 xy lanh?
   Biodiesel có nhiệt trị thấp hơn diesel truyền thống nhưng cải thiện quá trình cháy nhờ tính chất hòa trộn tốt trong buồng cháy TVC, giúp duy trì công suất và mô men gần tương đương, đồng thời giảm phát thải khí độc hại.

2. Tại sao buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) lại phù hợp với nhiên liệu biodiesel?
   Buồng cháy TVC tạo ra ba vòng xoáy lốc mạnh, tăng cường sự phân tán và hòa trộn nhiên liệu với không khí, giúp nhiên liệu biodiesel bay hơi và cháy hiệu quả hơn so với buồng cháy truyền thống.

3. Áp suất phun nhiên liệu ảnh hưởng thế nào đến quá trình tạo hỗn hợp cháy?
   Áp suất phun cao làm giảm kích thước hạt nhiên liệu, tăng diện tích bề mặt bay hơi, thúc đẩy quá trình phân rã sơ cấp và thứ cấp của tia phun, từ đó nâng cao hiệu quả hòa trộn và cháy.

4. Việc cải tiến cấu trúc buồng cháy TVC có tác động gì đến hiệu suất động cơ?
   Cải tiến bằng cách thêm cửa phụ và điều chỉnh góc phun giúp tăng vận tốc xoáy lốc, cải thiện quỹ đạo chuyển động nhiên liệu, nâng cao khả năng hòa trộn nhiên liệu biodiesel lên đến 25%, từ đó tăng hiệu suất cháy và giảm phát thải.

5. Làm thế nào để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất nông nghiệp?
   Cần phối hợp giữa các nhà sản xuất động cơ, doanh nghiệp nhiên liệu và cơ quan quản lý để phát triển động cơ cải tiến, khuyến khích sử dụng biodiesel, đồng thời đào tạo kỹ thuật viên và người sử dụng về vận hành và bảo trì.

Kết luận

• Động cơ diesel 3 xy lanh công suất 30-50 HP là nguồn động lực chủ lực trong cơ giới hóa nông nghiệp Việt Nam, chiếm khoảng 40% thị phần động cơ nhiều xy lanh.

• Nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá basa có tiềm năng lớn trong việc thay thế nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí độc hại tới 50% và giảm phụ thuộc nhập khẩu nhiên liệu.

• Buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) với cấu trúc xoáy lốc ba vòng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hòa trộn nhiên liệu biodiesel và không khí, nâng cao hiệu suất cháy.

• Cải tiến cấu trúc buồng cháy TVC và tăng áp suất phun nhiên liệu giúp tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu biodiesel lên đến 25%, cải thiện hiệu suất động cơ và giảm phát thải.

• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng động cơ cải tiến sử dụng biodiesel trong nông nghiệp, đồng thời phát triển chính sách hỗ trợ và đào tạo kỹ thuật để thúc đẩy cơ giới hóa bền vững.

Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý cần phối hợp triển khai các giải pháp cải tiến động cơ và thúc đẩy sử dụng nhiên liệu sinh học nhằm phát triển ngành nông nghiệp xanh, sạch và bền vững tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM PHÚC PHÁT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NẠP VÀ TẠO HỖN HỢP ĐỘNG CƠ 3 XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC) SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO-DIESEL. NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S KC 0 0 4 0 7 0 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2013 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Phạm Phúc Phát Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/03/1988 Nơi sinh: Bình Dương Quê quán: Bình Dương Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 12 tổ 3 ấp Mỹ Đức, xã Bình Mỹ, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0933278088 Fax: E-mail: phatphamphuc@yahoo. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2.

Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2006 đến 04/ 2011 Nơi học (trường, thành phố): trường đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM Ngành học: Cơ Khí Ô tô Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Nghiên cứu, khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp và các hệ thống phụ trên động cơ 2.0T FSI của tập đoàn ôtô Volkwagen.” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 3 năm 2011, trường đại học Giao Thông Vận Tải TP. Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thành sa III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 06-08/2011 Công ty ô tô Trường Hải Nhân viên kinh doanh 10/2012 đến nay Trường cao đăng nghề Kỹ Giáo viên Thuật Công Nghệ TP.HCM HVTH: Phạm Phúc Phát i MSHV: 11085246009 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS.

PHẠM XUÂN MAI LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phạm Phúc Phát HVTH: Phạm Phúc Phát ii MSHV: 11085246009 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI LỜI CẢM TẠ Trong suốt thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, nhận được sự hướng dẫn tận tình của các quí thầy cô và các điều kiện học tập thuận lợi của quí trường tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức hửu ích phục vụ cho quá làm việc và nghiên cứu của mình sau này.

Luận văn được hoàn thành ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ và đóng góp của nhiều cá nhận và tổ chức. Qua đây tôi xin gửi lời cám ơn đến các cá nhân và tổ chức đã giúp đỡ tôi trong suất quá trình thực hiện đề tài.  Xin cảm ơn ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành khai thác và bảo trì ô tô - máy kéo.  Xin cảm ơn đến quí Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khoá B2011-2013 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

 Xin cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Xuân Mai đã hướng dẫn,chỉ đạo về ý tưởng, phương hướng, nội dung và có những lời khuyên đúng lúc.  Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tôi hoàn thiện nội dung tập luận văn.  Xin cảm ơn anh Bình, anh Dương, công ty VCAM TECH CO.LTD, đã hổ trợ kỹ thuật để Scan 3D động cơ mô hình thử nghiệm trong đề tài.  Xin cám ơn các thầy cô trong Khoa kỹ thuật giao thông, trường đại học Bách Khoa thành phố HCM, xưởng thí nghiệm động cơ, đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị trong quá trình nghiên cứu đề tài.

Mặc dù rất nổ lực, nhưng do kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn và thiết bị hổ trợ thiếu thốn nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Quý Thầy Cô và các bạn góp ý thêm để đề tài nghiên cứu này sớm được áp dụng vào thực tế. Học viên thực hiện Phạm Phúc Phát HVTH: Phạm Phúc Phát iii MSHV: 11085246009 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI TÓM TẮT Cùng với sự phát triển nhanh chóng của quá trình cơ giới hóa ở nông thôn Việt Nam thì nhu cầu động lực trong hoạt động sản xuất cũng tăng nhanh chóng.

Bên cạnh đó, việc ứng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel sử dụng trên động cơ diesel cũng là một ưu tiên hàng đầu để cắt giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường và duy trì ổn định nguồn cung cấp nhiên liệu. Động cơ diesel 3 xylanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC với dãy công suất 20-50HP không những đáp ứng được yêu cầu cho nguồn động lực trong sản xuất mà còn được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đánh giá cao trong việc kết hợp sử dụng các loại nhiên liệu biodiesel đặc biệt là khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí trong loại buồng cháy này. Luận văn với đề tải: “Nghiên cứu quá tạo hỗn hợp động cơ 3 xy lanh diesel phun gián tiếp có buồng cháy three vortex combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học Bio-diesel. (tham khảo động cơ 3 xy lanh KUBOTA D1703-M-E3B)”, đã được thực hiện để góp phần nghiên cứu, cải tiến quá trình hình thành hỗn hợp cháy của nhiên liệu biodiesel trên loại động cơ 3 xy lanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC.

Luận văn bao gồm các nội dung cụ thể như sau:  Giới thiệu tổng quan và khảo sát nhu cầu động cơ 3 xy lanh,  Nghiên cứu sự phân rã của tia phun nhiên liệu và hình thành hỗn hợp cháy trong buồng cháy xoáy lốc, phân tích các đặc tính của nhiên liệu biodiesel,  Nghiên cứu mô phỏng 3D quá trình hình thành hỗn hợp cháy trên động cơ diesel 3 xy lanh dùng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá ba sa,  Cải tiến buồng cháy xoáy lốc TVC và mô phỏng so sánh khả năng hòa trộn nhiên liệu biodiesel với động cơ nguyên thủy. Kết quả của luận văn đã cho thấy rằng việc cải tiến động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp sử dụng công nghệ Three Vortex có thể làm tăng hiệu suất hòa trộn của không khí với nhiên liệu biodiesel và việc ứng dụng các động cơ này trong các hoạt động sản xuất ở nông thôn là rất khả thi. HVTH: Phạm Phúc Phát iv MSHV: 11085246009 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI ABSTRACT Along with high speed development of mechanization in rural Viet Nam, the demand of dynamic in all kinds of productive activities are increasing significantly.

Besides, applying biodiesel fuels on diesel engine is also a priority for reducing greenhouse gas emitting into the atmosphere and sustaining the energy supply. Three cylinders diesel engines using TVC technology with the power range 20- 50HP not only satisfy the demand of dynamic but also especially noted by many scientists in their potential of biodiesel application thanks to its high quality of air fuel mixture formation in the swirl chamber. This thesis with subject: “Researching mixture formation process in three cylinders indirect injection diesel engine with Three Vortex Combustion Chamber (TVC) using bio-diesel fuel. (referencing model 3 cylinders Kubota D1703-M-E3B)” was carried out in order to improve the mixture formation of biodiesel fuel in TVC chamber of three cylinders diesel engine.

the thesis issued following content:  General introduction and survey researching about the demand of three cylinders engine.  Researching break-up regimes of fuel spray and mixture formation in swirl chamber, analyzing the characters of biodiesel and potential of applying on diesel engine.  Simulation researching of application biodiesel from basa oil on original three cylinders indirect injection diesel engine,  Modifying the TVC chamber and make comparison with the original engine in their quality of mixture formation. The results of simulations show that the modification schemes on the swirl- chamber presents the potential to further improve the mixture formation ability of biodiesel fuel and air on diesel engine and using these engines is very feasible in Viet Nam rural areas.

HVTH: Phạm Phúc Phát v MSHV: 11085246009 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI MỤC LỤC Trang tựa trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân. i Lời cam đoan .ii Cảm tạ. iv Mục lục.

vi Danh sách các chữ viết tắt. x Danh sách các hình. xi Danh sách các bảng. xiii Chƣơng 1.

Tính cấp thiết của đề tài. Nhu cầu động cơ đốt trong ở nông thôn Việt Nam. Nhu cầu động cơ 3 xilanh. Công nghiêp máy động lực ở Việt Nam.

Nhiên liệu thay thế .Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về động cơ 3 xy lanh sử du ̣ng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài:. Tình hình nghiên cứu ở trong nước: .Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu:.

Đối tượng nghiên cứu: .Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài.Nhiệm vụ của đề tài:. Phạm vi nghiên cứu:.Phương pháp nghiên cứu. 16 HVTH: Phạm Phúc Phát vi MSHV: 11085246009 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Chƣơng 2.

Lý thuyết hình thành hỗn hợp cháy trong động cơ đốt trong. Sự phát triển của tia phun nhiên liệu. Sự phân rã động học của các hạt nhiên liệu. Cơ chế phân rã của tia phun nhiên liệu.

Sự tương tác giữa tia phun với thành xilanh. Quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel. Buồng cháy dự bị. Buồng cháy xoáy lốc.

Lý thuyết Three Vortex. Phương trình mô phỏng xoáy lốc Three Vortex. Mô hình chuyển động của xoáy lốc Three Vortex. Lý thuyết về nhiên liệu biodiesel.

Các tính năng khi sử dụng nhiên liệu biodiesel. Các yêu cầu của quá trình nạp và tạo hỗn hợp trên động cơ sử dụng biodiesel. PHÂN TÍCH BUỒNG CHÁY TVCS (trên động cơ 3 xilanh KUBOTA D1703- E3B). Giới thiệu động cơ KUBOTA D1703-E3B.

Lý do chọn động cơ Kubota 3 xy lanh. Thông số kỹ thuâ ̣t chiń h của đô ̣ng cơ Kubota 3 xy lanh. Phân tích kết cấu buồng cháy TVCS. Buồng cháy xoáy lốc.

Cửa buồng cháy. Phân tích quá trình hình thành hỗn hợp cháy. Các yếu tố cải thiện quá trình hòa trộn nhiên liệu Biodiesel trong buồng cháy TVCS. 68 HVTH: Phạm Phúc Phát vii MSHV: 11085246009 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS.

PHẠM XUÂN MAI 3. Nhiệt chớp cháy. Nhiệt trị thấp. 69 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC.

Tổng quan về phần mềm mô phỏng Ansys Fluent. Đối tượng mô phỏng. Mô hình động cơ mô phỏng. Nhiêu liệu thử nghiệm .