Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu giàu hydro để nâng cao hiệu suất và giảm phát thải trên động cơ

• Tác giả: Phạm Ngọc Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Đình Long
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ: Cải thiện hiệu suất và giảm phát thải
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vấn đề kiểm soát phát thải độc hại trong động cơ đốt trong
• 1.1.1. Đặc điểm phát thải độc hại của động cơ đốt trong
• 1.1.2. Các biện pháp giảm phát thải độc hại
• 1.2. Nhiên liệu hydro cho động cơ đốt trong
• 1.2.1. Tính chất của khí hydro
• 1.2.2. Động cơ đốt trong dùng đơn nhiên liệu hydro
• 1.2.3. Động cơ đốt trong bổ sung hydro
• 1.2.4. Động cơ đốt trong bổ sung khí giàu hydro
• 1.2.5. Kết luận về sử dụng hydro và khí giàu hydro trên động cơ
• 1.3. Các phương pháp sản xuất hydro và khí giàu hydro
• 1.3.1. Giới thiệu chung
• 1.3.2. Điện phân nước
• 1.3.3. Khí hóa sinh khối
• 1.3.4. Biến đổi nhiệt hóa cồn hoặc nhiên liệu hydrocarbons
• 1.4. Tích trữ, vận chuyển và cung cấp hydro và khí giàu hydro cho động cơ đốt trong
• 1.4.1. Vấn đề tích trữ và vận chuyển hydro
• 1.4.2. Tạo hydro và khí giàu hydro ngay trên xe
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NHIỆT HÓA NHIÊN LIỆU XĂNG
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Các phản ứng hóa học của quá trình biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng
• 2.2.1. Biến đổi nhiệt hóa xăng với hơi nước (SR)
• 2.2.2. Ô xi hóa không hoàn toàn xăng (PO)
• 2.2.3. Biến đổi nhiệt hóa xăng với hơi nước và ô xy ở trạng thái tự cân bằng về nhiệt (ATR)
• 2.3. Tốc độ của phản ứng xúc tác
• 2.4. Trạng thái cân bằng hóa học của phản ứng biến đổi nhiệt hóa
• 2.5. Biểu thức tốc độ động học phản ứng biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng
• 2.6. Tốc độ thay đổi hàm lượng thành phần khí trong BXT
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN SỰ TẠO KHÍ GIÀU HYDRO TRONG BXT BIẾN ĐỔI NHIỆT HÓA XĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ HONDA WAVE-α
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.1.1. Mục đích tính toán
• 3.1.2. Nhiệt khí thải của động cơ và khả năng tận dụng
• 3.1.3. Sơ đồ BXT biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải
• 3.2. Mô hình tính toán
• 3.2.1. Mô hình trao đổi nhiệt giữa khí thải và BXT
• 3.2.2. Mô hình tính toán quá trình biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu trong BXT
• 3.3. Kết quả tính toán và bàn luận
• 3.3.1. Các thông số vào
• 3.3.2. Kết quả tính toán quá trình SR tận dụng nhiệt khí thải
• 3.3.3. Kết quả tính toán quá trình PO
• 3.3.4. Kết quả tính toán quá trình ATR
• 3.3.5. Kết hợp SR và PO tận dụng nhiệt khí thải
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 4.1. Giới thiệu chung
• 4.1.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm
• 4.1.2. Đối tượng, chế độ và điều kiện thử nghiệm
• 4.1.3. Nhiên liệu thử nghiệm
• 4.2. Thiết kế, chế tạo hệ thống tạo và cấp khí giàu H2 trên động cơ
• 4.2.1. Thiết kế chế tạo BXT
• 4.2.2. Thiết kế lắp đặt hệ thống tạo và cung cấp khí giàu H2 trên động cơ
• 4.3. Trang thiết bị thử nghiệm
• 4.3.1. Phanh thuỷ lực
• 4.3.2. Cảm biến tốc độ động cơ
• 4.3.3. Thiết bị đo lượng nhiên liệu tiêu thụ
• 4.3.4. Tủ phân tích khí thải AVL CEB II
• 4.3.5. Chương trình thử nghiệm
• 4.4. Kết quả thử nghiệm
• 4.4.1. Đánh giá độ tin cậy của mô hình tính toán biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu
• 4.4.2. Tính năng làm việc của động cơ ở 70% tải
• 4.4.3. Tính năng làm việc của động cơ ở toàn tải
• 4.5. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

I. Nhiên liệu hydro và động cơ

Nhiên liệu hydro được xem là một trong những nhiên liệu sạch tiềm năng nhất trong việc cải thiện hiệu suất và giảm phát thải của động cơ đốt trong. Hydro có khả năng cháy nhanh và hoàn toàn, giúp tăng hiệu suất năng lượng và giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, việc tích trữ và vận chuyển hydro gặp nhiều khó khăn do tính chất vật lý của nó. Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo ra khí giàu hydro ngay trên động cơ, nhằm khắc phục những hạn chế này.

1.1. Tính chất của khí hydro

Hydro là nhiên liệu sạch có nhiệt trị cao và khả năng cháy hoàn toàn, tạo ra hơi nước thay vì các khí độc hại. Điều này giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính như CO2 và NOx. Tuy nhiên, hydro tồn tại ở dạng khí và có tỷ trọng thấp, gây khó khăn trong việc tích trữ và vận chuyển. Nghiên cứu này đề xuất phương pháp tạo khí giàu hydro ngay trên động cơ, tận dụng nhiệt khí thải để biến đổi nhiên liệu xăng thành hydro.

1.2. Ứng dụng hydro trong động cơ

Việc bổ sung khí giàu hydro vào động cơ đốt trong giúp cải thiện quá trình cháy, tăng hiệu suất năng lượng và giảm phát thải độc hại. Hydro có khả năng khuếch tán nhanh và cháy hoàn toàn, giúp nhiên liệu cháy kiệt hơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo ra khí giàu hydro từ nhiên liệu xăng thông qua quá trình biến đổi nhiệt hóa, tận dụng nhiệt khí thải của động cơ.

II. Cải thiện hiệu suất và giảm phát thải

Nghiên cứu này nhằm mục đích cải thiện hiệu suất và giảm phát thải của động cơ đốt trong thông qua việc sử dụng khí giàu hydro. Bằng cách tạo ra hydro ngay trên động cơ, nghiên cứu đã giải quyết được vấn đề tích trữ và vận chuyển hydro, đồng thời tận dụng nhiệt khí thải để tăng hiệu quả năng lượng.

2.1. Phương pháp tạo khí giàu hydro

Nghiên cứu sử dụng phương pháp biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng để tạo ra khí giàu hydro. Quá trình này tận dụng nhiệt khí thải của động cơ, giúp tăng hiệu suất năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính. Các phương pháp như điện phân nước, khí hóa sinh khối và biến đổi nhiệt hóa cồn đã được nghiên cứu và so sánh để tìm ra phương án tối ưu.

2.2. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy việc bổ sung khí giàu hydro vào động cơ đã cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng và giảm phát thải độc hại. Cụ thể, hiệu suất động cơ tăng lên ở cả chế độ 70% tải và 100% tải, đồng thời lượng phát thải CO, HC và NOx giảm đáng kể. Điều này chứng minh tính khả thi của việc sử dụng khí giàu hydro trong động cơ đốt trong.

III. Công nghệ xanh và năng lượng tái tạo

Nghiên cứu này góp phần vào sự phát triển của công nghệ xanh và năng lượng tái tạo bằng cách sử dụng nhiên liệu hydro để cải thiện hiệu suất và giảm phát thải của động cơ đốt trong. Việc tạo ra khí giàu hydro ngay trên động cơ không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

3.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn trong việc phát triển công nghệ xanh và năng lượng tái tạo. Bằng cách tạo ra khí giàu hydro ngay trên động cơ, nghiên cứu đã giải quyết được vấn đề tích trữ và vận chuyển hydro, đồng thời tận dụng nhiệt khí thải để tăng hiệu quả năng lượng. Điều này góp phần vào sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.

3.2. Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới trong việc sử dụng nhiên liệu hydro và năng lượng tái tạo trong động cơ đốt trong. Trong tương lai, việc tối ưu hóa quá trình tạo khí giàu hydro và ứng dụng rộng rãi trong các phương tiện vận tải sẽ giúp giảm thiểu tác động đến môi trường và tiết kiệm năng lượng.