1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Tuỳ thuộc vào phương thức sản xuất và sử dụng, nhiên liệu sinh học có thể phân làm 4 nhóm chính
như sau:

Hiện nay có thể chia công nghệ sử dụng mỡ động vật và dầu thực vật làm nhiên liệu (với tỷ lệ thích
hợp) cho động cơ diesel thành hai hướng chính:
(1). Xử lý về mặt hoá học để mỡ động vật và dầu thực vật có được những tính chất tương đương với
diesel dầu mỏ (DO). Dầu qua xử lý như vậy gọi là biodiesel.
(2). Xử lý về mặt cơ - lý để dầu thực vật đạt được một số yêu cầu cơ bản của nhiên liệu DO. Theo
hướng này, công nghệ chủ yếu theo 2 nhánh sau:
- Thứ nhất, chế tạo bộ chuyển đổi thành hệ thống nhiên liệu kép hoặc chế tạo bộ phun nhiên liệu
chuyên dùng cho SVO thành hệ thống nhiên liệu đơn.
- Thứ hai, tạo hỗn hợp dầu thực vật với dung môi có độ nhớt thấp (như: dầu hỏa, ethnol, dầu
diesel ), và chất phụ gia đạt tiêu chuẩn nhiên liệu dùng cho động cơ diesel.
Trong đề tài này, NCS chọn giải pháp tạo hỗn hợp vì:
- Việc chế tạo, lắp đặt thêm bộ chuyển đổi hoặc bộ phun chuyên dùng SVO có khả năng sử dụng đến
100% dầu thực vật nguyên chất nhưng sẽ làm đội giá thành hệ thống nhiên liệu, gây phức tạp trong sử dụng.
- Không cần có nhà máy xử lý với quy mô công nghiệp như biodiesel, hiện giá thành thiết bị còn rất


Dầu thực vật Việt Nam được chế biến từ các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật gồm: đậu nành, đậu
tương, đậu phụng (lạc), vừng, dừa, cám gạo…trong đó phổ biến nhất là dầu dừa. Dầu dừa có độ nhớt, khối
lượng riêng, điểm chớp lửa thấp nhất, chỉ số cetan cao nhất. Đây là lợi điểm đáng kể khi sử dụng làm nhiên
liệu thay thế, hơn nữa sản lượng dầu dừa đứng đầu trong 3 loại dầu thực vật phổ biến ở Việt Nam. Gần đây
xuất hiện thêm một số loại dầu không ăn được như: dầu cây cọc rào (jatropha), dầu cây rong tảo,…đầy tiềm
năng nhưng chưa thành thương phẩm.
Từ những luận cứ trên, thấy rằng: “Nghiên cứu tỷ lệ pha trộn hợp lý giữa dầu dừa và dầu diesel
dùng làm nhiên liệu cho động cơ Diesel nhằm cải thiện các chỉ tiêu kinh tế và môi trường” là rất cấp thiết
trong bối cảnh hiện nay.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ pha dầu dừa vào dầu diesel đến các chỉ tiêu kinh tế và môi trường
trên động cơ diesel, từ đó xác định công thức hỗn hợp làm tham số đầu vào cho việc thiết kế Hệ thống
nhiên liệu chuyển đổi. Để giải quyết mục tiêu của đề tài, NCS đặt ra giả thuyết:
- Động cơ diesel có thể hoạt động được nếu sử dụng nhiên liệu mới có tính chất (chủ yếu là độ nhớt
và chỉ số cetan) tương đương nhiên liệu truyền thống.
- Chỉ tiêu kinh tế, môi trường của động cơ thay đổi theo tính chất nhiên liệu.
3. Đối tượng nghiên cứu: Nhiên liệu thay thế dùng cho động cơ diesel
4. Phạm vi nghiên cứu: Hỗn hợp dầu dừa, chất phụ gia và dầu diesel làm nhiên liệu cho động cơ
diesel.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
1. Về khoa học
- Xây dựng cơ sở lý thuyết sử dụng hỗn hợp dầu dừa, dầu diesel làm nhiên liệu cho động cơ diesel;
Xác lập công thức tính và xây dựng các thông số nhiệt động cho nhiên liệu hỗn hợp: dầu dừa, dầu diesel và
chất phụ gia làm nhiên liệu cho động cơ diesel;
- Xác định các điều kiện mô phỏng (điều kiện ban đầu và điều kiện biên) khi sử dụng hỗn hợp nhiên
liệu dầu dừa với dầu diesel; Xác định yếu tố điều chỉnh chính của nhiên liệu hỗn hợp cho quá trình mô phỏng
là thời gian phun và thời gian cháy trễ thông qua tính chất nhiên liệu là độ nhớt và chỉ số cetan;
- Dẫn liệu khoa học về kết quả chạy thử nghiệm nhiên liệu hỗn hợp từ dầu dừa, dầu diesel và chất
phụ gia trên cụm thử nghiệm chuyên dùng AVL.

1. Tổng quan về sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel.
2. Cơ sở lý thuyết sử dụng hỗn hợp dầu dừa và dầu diesel làm nhiên liệu cho động cơ diesel.
3. Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ pha dầu dừa vào dầu diesel đến chỉ tiêu kinh tế và môi trường của
động cơ diesel bằng phần mềm mô phỏng;
4. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ pha dầu dừa vào dầu diesel đến chỉ tiêu kinh tế và
môi trường của động cơ diesel;.
9. Hạn chế của Luận án
Luận án chưa nghiên cứu giải quyết được các vấn đề có liên quan như: Công thức phân tử của nhiên
liệu hỗn hợp; Độ ổn định của nhiên liệu hỗn hợp theo thời gian và điều kiện bảo quản. Chương 1- TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC
CHO ĐỘNG CƠ DIESEL
Khái niệm cũng như công nghệ chế biến và sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel là khá
rộng. Phạm vi của đề tài này chỉ đề cập đến nhiên liệu lỏng: biodiesel và SVO.
1.1. Sử dụng nhiên liệu biodiesel
Biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng được sản
xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật. Về phương diện hóa học thì biodiesel là methyl ester của những axít
béo. Nguyên liệu sản xuất biodiesel từ động vật là mỡ cá tra, cá basa, mỡ gà,… còn từ thực vật: dầu dừa, dầu
đậu nành, dầu hạt cải, dầu hướng dương, dầu mè, dầu lạc,…
Ưu điểm chính của là có thể sử dụng trong các động cơ diesel thông dụng mà không cần cải tạo lớn,
biodiesel hoà trộn tốt với nhiên liệu DO.
Nhược điểm chính của biodiesel là:
- Phải xử lý hoá học, đầu tư dây chuyền công nghệ làm gia tăng giá thành nhiên liệu.
- Biodiesel hoạt động như một chất hoà tan, nên pha vào dầu diesel (DO) không tương thích với một
số loại hợp chất nhựa tổng hợp và cao su tự nhiên.
- Dầu diesel sinh học có tốc độ lão hoá cao
1.2. Sử dụng trực tiếp dầu thực vật làm nhiên liệu (SVO)
Bên cạnh biodiesel còn có nhiều công trình nghiên cứu lắp đặt thêm cụm thiết bị chuyển đổi để động
cơ diesel có thể hoạt động trực tiếp với dầu thực vật hoặc hỗn hợp giữa chúng với chất pha mà không cần chế

Nhánh này đã có một số nghiên cứu của:
Ao Hùng Linh (2005). Ứng dụng dầu dừa làm nhiên liệu cho động cơ diesel DS-60R.
Hồ Đức Tuấn (2008). Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất pha Ethanol trong hỗn hợp nhiên
liệu dầu dừa – Ethanol đến một số thông số kỹ thuật cơ bản của động diesel.
NCS đã có công trình:
Nghiên cứu thử nghiệm dầu thực vật Việt Nam làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu cá cỡ nhỏ, Đề
tài NCKH cấp bộ B2006-13-09.
Dung môi sử dụng trong các đề tài trên là dầu hỏa và ethanol, tùy theo tỷ lệ pha, hỗn hợp có thể cần
sấy nóng hoặc không.
1.2.2.2. Pha dầu thực vật và chất phụ gia với dầu diesel (DO)
Xuất phát từ cơ sở lý thuyết nhiên liệu dùng cho động cơ diesel; sự hình thành hỗn hợp cháy và cháy
nhiên liệu trong động cơ, hai vấn đề cần ưu tiên giải quyết khi sử dụng nhiên liệu thay thế là:
a/ Xử lý độ nhớt: 100% hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel sử dụng trong lĩnh vực Nông-Lâm-
Ngư hiện tại dùng dầu diesel độ nhớt thấp. Hệ thống này không thể hoạt động với nhiên liệu có độ nhớt cao
hơn tiêu chuẩn DO. Nhiên liệu hỗn hợp do có mặt dầu thực vật độ nhớt cao, vì vậy cần phải:
- Một là, pha dầu thực vật vào dầu diesel với tỷ lệ đủ nhỏ để độ nhớt vẫn nằm trong giới hạn tiêu
chuẩn của nhiên liệu DO mà không cần gia nhiệt.
- Hai là, pha dầu thực vật vào dầu diesel với tỷ lệ đủ lớn nhưng công nghệ chuyển đổi hệ thống nhiên
liệu động cơ không quá phức tạp, không can thiệp vào kết cấu động cơ và giá thành chấp nhận được. Theo
lựa chọn này buộc phải sấy nóng hỗn hợp đến nhiệt độ nhất định để độ nhớt đạt tiêu chuẩn.

5

b/ Cải thiện chất lượng quá trình cháy: Nhìn chung, chất lượng quá trình cháy giảm khi tăng tỷ lệ dầu
thực vật, vì vậy cần pha chất phụ gia vào hỗn hợp. Chất phụ gia phải chọn theo tiêu chí giảm tiêu hao nhiên
liệu và ô nhiễm môi trường.
Theo nhánh này, NCS đã có những thành công bước đầu trong đề tài NCKH cấp bộ B2009-13-42:
Nghiên cứu công nghệ chuyển đổi hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel tàu thủy cỡ nhỏ sang sử dụng nhiên
liệu hỗn hợp dầu dừa, chất phụ gia và dầu DO


2
%:

Cận trên của tỷ lệ pha dầu dừa vào dầu diesel và gia nhiệt hỗn hợp đến 80
0
C (trên nhiệt độ này
độ nhớt giảm không đáng kể), tỷ lệ đủ lớn nhưng độ nhớt vẫn nằm trong tiêu chuẩn dầu diesel.
x% (x
1,
x
2
): tỷ lệ pha dầu dừa vào dầu diesel có gia nhiệt làm các mẫu nhiên liệu thử nghiệm.
Pg: Chất phụ gia;
T(
0
C): Nhiệt độ sấy hỗn hợp.
x
2

M
ục ti
êu

Nội dung nghiên cứu

1
2

T
0
C

0
x
1

SƠ ĐỒ KHỐI QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU

6

Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG HỖN HỢP DẦU DỪA
VÀ DẦU DIESEL LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL
Với động cơ diesel (do nén áp suất cao, nhiên liệu tự bốc cháy) ngoài đặc điểm cấu tạo động cơ thì
tính chất nhiên liệu có ý nghĩa quyết định đặc tính phun, chất lượng hình thành hỗn hợp, quá trình cháy và
phát thải trong động cơ. Điều đó cũng có nghĩa là, các chỉ tiêu công tác mà chủ yếu là chỉ tiêu kinh tế và môi
trường phụ thuộc vào tính chất loại nhiên liệu sử dụng.
Như đã trình bày ở phần Tổng quan, chủ ý của NCS khi sử dụng nhiên liệu thay thế trên động cơ
diesel là không can thiệp vào kết cấu động cơ mà chỉ lắp thêm bộ tạo hỗn hợp vào Hệ thống nhiên liệu. Và
như thế, theo mô tả trên sơ đồ ở Hình 2-1, khi cô lập kết cấu động cơ và tham số của hệ thống nạp, các chỉ
tiêu kinh tế và môi trường của động cơ chỉ còn phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu. Nghiên cứu mối quan hệ
này cũng chính là mục tiêu của đề tài Luận án.
Với lập luận như vậy, phần cơ sở lý thuyết sẽ trình bày các ý cơ bản sau:
- Trên cơ sở lý thuyết về nhiên liệu dùng cho động cơ diesel chỉ ra những thông số cần xử lý khi
dùng dầu dừa làm nhiên liệu thay thế.
- Phân tích ảnh hưởng của các thông số: độ nhớt, khối lượng riêng, sức căng bề mặt… của nhiên liệu
đến cấu trúc tia phun. Sự ảnh hưởng này được mô tả bằng các biểu đồ và công thức toán học, làm cơ sở phân
tích cấu trúc tia phun và hình thành giải pháp sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu.
- Nội dung quan trọng tiếp theo là cơ sở lý thuyết về hình thành hỗn hợp, quá trình cháy và phát thải,


7Hình 2-1. Sơ đồ mô tả sự hình thành hỗn hợp và cháy nhiên liệu
của động cơ diesel
Cơ chế phá vỡ của tia phun chất lỏng phụ thuộc vào vận tốc tương đối và các thuộc tính của chất
lỏng và khí bao quanh, sự phá vỡ của tia phun chất lỏng được quy định bởi các cơ chế phân rã khác nhau.
Các cơ chế này thường được đặc trưng bởi khoảng cách giữa miệng lỗ phun tới điểm hình thành giọt nhỏ đầu
tiên, gọi là độ dài phân rã và kích thước của các giọt nhỏ được tạo ra. Có thể chia thành bốn giai đoạn phân
rã tia phun, giai đoạn Rayleigh, giai đoạn nhiễu loạn sơ cấp, giai đoạn nhiễu loạn thứ cấp và giai đoạn tán
nhỏ hạt (phun sương).
HC

B
ồ h
óng

N
O
x

Truyền nhiệt
Khuếch tán của
sản phẩm cháy
Cháy trễ
Đặc tính trễ phun
Đ
ặc tính bay h
ơi

Không
khí
Nhiên
liệu

8

Hình 2-2 là sơ đồ Ohnesorge (Ohnesorge W., 1931), ở đó Z là hàm của của Re. Với điều kiện ổn
định, phân biệt được sự khác nhau giữa bốn cơ chế phân rã tia phun. Tuy nhiên, chỉ mô tả các tính chất pha
lỏng trong các cơ chế trên là không đủ, vì sự xé tơi hạt (phun sương) có thể được tăng cường bằng cách tăng
mật độ khí.

Hình 2-2. Sơ đồ Ohnesorge: Cơ chế phá vỡ tia phun
Vì vậy, Reitz (Reitz R.D., Bracco F.V. - 1986) đề cập tỷ lệ mật độ khí/lỏng và mở rộng sơ đồ
Ohnesorge hai chiều thành ba chiều như Hình 2-3.

Hình 2-3. Sơ đồ ảnh hưởng của mật độ khí đến sự phá vỡ tia phunHình 2-4. Sơ đồ mô tả cơ chế phá vỡ tia phun
2.2.1.2. Cơ chế phá vỡ giọt chất lỏng
Nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng, cơ chế phá vỡ giọt phụ thuộc vào số Weber khác nhau. Hình 2-
5 cho thấy tóm tắt cơ chế phân rã giọt, tại số Weber rất thấp gần giá trị
We
g

= 12, giọt biến dạng không phân
rã. Kết quả sự phân rã của giọt do biến dạng giống như một cái túi. Tại bề mặt hình thành giọt lớn, trong khi
phần còn lại của túi vỡ thành các giọt nhỏ hơn, kết quả có 2 phương thức phân bố kích thước.


2.2.2.1. Chiều dài phân rã L
b
:
Tia nhiên liệu lỏng phun ra không phân rã ngay sau khi ra khỏi lỗ vòi phun, mà trải qua một phần
nào đó của chùm tia mới phân rã thành hạt. Chiều dài đó gọi là chiều dài phân rã L
b
. Chiều dài của L
b

khoảng (20 ÷ 30) mm. Hình 2-7. Thông số của tia phun
2.2.2.2. Kích thước hạt nhiên liệu:
Tính bằng đường kính trung bình Sauter (D
32
)
2.2.2.3. Chiều dài chùm tia nhiên liệu S:
Chiều dài chùm tia nhiên liệu S tỷ lệ thuận với căn bậc hai của thời gian tính từ lúc bắt đầu phun
nhiên liệu.
2.2.2.4. Góc nón chùm tia nhiên liệu 2


1,688 1,848
Đường kính
trung bình
Sauter,
µ
m
Hiroyasu and
Kadota, 1974

39,503 39,038
Chiều dài chùm
tia, mm
Hiroyasu and Arai,
1980
0 < t < t
b 41,989
43,928 Góc nón chùm

- Sai lệch chiều dài phân rã L
b
của dầu dừa với nhiên liệu diesel không lớn (khoảng 5%).
- Thời gian phân rã t
b
của dầu dừa lớn hơn diesel gần 9%.
- Chiều dài của tia nhiên liệu trong thời gian t < t
b
dầu dừa lớn hơn nhiên liệu diesel gần 5%.
Như vậy, có thể nhận định:
- Trên quan điểm kích thước cơ bản của tia nhiên liệu thì có thể sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu cho
động cơ diesel.
- Chiều dài L
b
của dầu dừa lớn hơn nhiên liệu diesel, như vậy cần tăng áp suất phun p
ph
.
g
l
b
dL
ρ
ρ
0
10=
p
d
dt
g
l

39,0
25,0
2
2
0
05,02








∆
=
g
g
pd
µ
ρ
θ

12

- Thời gian phân rã t
b
dầu dừa lớn hơn nhiên liệu diesel, đây là thông số ảnh hưởng nhiều đến thời
gian cháy trễ của động cơ, vì vậy cần tăng góc phun sớm của động cơ khi chuyển sang sử dụng dầu dừa làm
nhiên liệu.

Hàm lượng tro, % 0,02 ÷ 0,05
Hàm lượng iod, gI
2
/100g 21,3 ÷ 22,1
Độ nhớt ở 20
0
C, (cSt)
40
0
C
30 ÷ 37
28,92÷29,03
3÷6
1,3-2,4
Chỉ số cetan, (CN) 40÷42 45÷50
Điểm đục, (
0
C) 20÷28 (-14)÷(-18)
Điểm chớp lửa, (
0
C) 110 60
Nhiệt trị, (MJ/kg;Kcal/kg) 37,1/8.875 43,8/10.478
2.3.1. Về thành phần hóa học

13

Về thành phần hóa học của dầu dừa so với dầu diesel (Bảng 2.2): hàm lượng C ít hơn 14,6%, hàm
lượng H ít hơn 12% còn lượng O thì lớn hơn rất nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu dừa có
16% O, cho nên dầu dừa là nhiên liệu có chứa nhiều oxy).
Chính vì điều này mà dầu dừa có thể làm việc với lượng dư không khí nhỏ mà vẫn cháy hoàn toàn.

bởi nhiệt độ sấy hỗn hợp ≤ 80
o
C.
Bảng 2.3: Độ nhớt (
0
E) hỗn hợp dầu dừa và dầu diesel
theo tỷ lệ pha và nhiệt độ sấy
T(
o
C) B05 B10 B15 B20 B25
30 1,27 1,31 1,37 1,40 1,43
40 1,25 1,29 1,33 1,36
1.38
50 1,23 1,27 1,30 1,32 1,33
60 1,22 1,25 1,28 1,29 1,30
70 1,21 1,23 1,25 1,26 1,27
80 1,20 1,21 1,22 1,23
1,24

14

Qua kết quả khảo sát, khi sấy đến 80
0
C độ nhớt các hỗn hợp gần như nhau và tương đương độ nhớt
của dầu diesel (ở nhiệt độ phòng thử nghiệm). Riêng hỗn hợp dưới 10% dầu dừa không cần sấy nếu nhiệt độ
môi trường khoảng 30
0
C, đã có công trình thử nghiệm hỗn hợp Jatropha và DO ở tỷ lệ này được công bố.
Vì vậy, nhiên liệu trong phạm vi đề tài được chọn là hỗn hợp dầu dừa và dầu diesel (B10 – B25) sấy
đến 80

Khi nhiệt độ > 70
0
C sức căng bề mặt của dầu dừa gần bằng dầu diesel ở nhiệt độ phòng. Như vậy,
khi sấy đến 80
0
C sức căng bề mặt của hỗn hợp tương đương dầu diesel (Bảng 2.4).
Mối quan hệ sức căng bề mặt hỗn hợp và tỷ lệ pha dầu dừa vào dầu diesel được tính bằng:
σ = 0,05x + 23,4 (2.3)
Trong đó: σ là sức căng bề mặt hỗn hợp (mN/m); x là tỉ lệ % pha dầu dừa.
2.3.2.6. Khối lượng riêng.

15

Khi pha loãng và sấy nóng khối lượng riêng của hỗn hợp dầu dừa - DO xấp xỉ với dầu diesel. Mối
quan hệ khối lượng riêng hỗn hợp (g/cm
3
)

và tỷ lệ pha dầu dừa được tính bằng:
ρ = 0,0008x + 0,836 (2.4)
Trong đó: ρ là khối lượng riêng hỗn hợp; x là tỉ lệ % pha dầu dừa
2.3.2.7. Điểm chớp lửa, điểm vẩn đục
Dầu dừa nguyên chất có điểm đục khá cao (>20
0
C) nhưng pha loãng (điểm đục tính toán cho hỗn
hợp < - 4
0
C) và sấy nóng đến 80
0
C thì vấn đề này được giải quyết.

vào điều kiện sử dụng) và được gia nhiệt bằng nước làm mát.
Từ kết quả phân tích trên, ta có:
(1). Tỷ lệ pha dầu thực vật và chất phụ gia vào dầu DO:
Pha dầu dừa vào dầu diesel (DO) với tỷ lệ lần lượt: 10, 15, 20, 25%
Pha chất phụ gia Nano fuel bosster theo chỉ định của Nhà sản xuất 1/800
Các nhiên liệu hỗn hợp được ký hiệu từ B10 đến B25
(2). Các công thức nội suy từ 2.1 đến 2.4 được sử dụng để:
Đánh giá sự tương hợp các thông số của vật lý của mẫu nhiên liệu thay thế so với nhiên liệu truyền
thống, từ đó hình thành giải pháp sử dụng nhiên liệu mới.

16

Khai báo các thông số, hệ số điều chỉnh thông số đầu vào phục vụ cho nghiên cứu mô phỏng khi
chuyển loại nhiên liệu được trình bày ở chương tiếp theo. Hình 2-8. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị phối trộn dùng van tiết lưu

Chương 3. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ PHA DẦU DỪA VÀO DẦU DIESEL ĐẾN CHỈ
TIÊU KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG.
3.1. Quá trình cháy trong động cơ diesel và mô hình của nó.
Nhiều hướng tiếp cận đã được thực hiện để tạo các mô hình toán học của sự ch áy không đồng nhất.
Các mô hình đó đã miêu tả về nhiệt động lực học, hiện tượng và các mô hình chi tiết.
3.1.1. Mô hình tia phun nhiên liệu.
3.1.1.1. Phân rã sơ cấp
a/ Phương pháp Blob (giọt hình cầu)
Cách tiếp cận này được phát triển bởi Reitz và Diwakar (1987).
b/ Hàm phân bố tia phun hình nón
Phương pháp này giả định rằng, nhiên liệu đã được phun sương hoàn toàn tại miệng ra lỗ vòi phun
và sự phân bố của kích thước các giọt có thể được mô tả bởi các phương trình toán học.

Nishimura và Assanis (2000) đã trình bày một mô hình phân rã sơ cấp gây ra do xâm thực và nhiễu
loạn cho tia nón phun động cơ diesel có tính đến năng lượng nổ vỡ bong bóng khí xâm thực.
3.1.1.2. Phân rã thứ cấp
a/ Mô hình hiện tượng
Arcoumanis C., Gavaises M., French B. (1997), phân biệt cơ chế phân rã thứ cấp theo 7 hình thức
phụ thuộc vào số Weber.
b/ Mô hình phân rã tương tự Taylor: O’Rourke P.J., Amsden A.A. (1987) đề xuất mô hình phân rã
tương tự Taylor
c/ Biến dạng giọt và mô hình phân rã: Ibrahim E.A., Yang H.Q., Przekwas A.J. (1993), đề xuất sự
biến dạng giọt và mô hình phân rã.
d/ Mô hình phân rã Kelvin-Helmholtz:
Mô hình này được đề xuất bởi Reitz R.D. (1990)
đ/ Mô hình phân rã Rayleigh-Taylor:
Các mô hình này dựa trên lý thuyết Taylor G.I. (1963)
3.1.2. Chuyển động rối của không khí và phân tán hỗn loạn
Chuyển động rối của không khí trong xy lanh ảnh hưởng lớn đến chất lượng hình thành hỗn hợp
cháy. Các mô hình chi tiết đa chiều (Gosman - 1985, [20]) đã đề cập đến tốc độ xoáy lốc của không khí. Các
phân toán hỗn loạn được mô tả bởi: Faeth G.M. (1983, 1987) và Gosman A.D., Ioannides E. (1981).
3.1.3. Sự bay hơi của nhiên liệu, tự bốc cháy và cháy trễ
3.1.3.1. Sự bay hơi của nhiên liệu
3.1.3.2. Sự tự bốc cháy của nhiên liệu
Mô hình tự bốc cháy của nhiên liệu sử dụng rộng rãi nhất là mô hình Shell.
Mô hình Shell là mô hình sử dụng nhiều nhất trong mô phỏng tự phát hỏa động cơ diesel hiện nay.
Nó có khả năng mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và thành phần hỗn hợp nhiên liệu - không khí khi
cháy trễ.
3.1.3.3. Thời gian cháy trễ.
Hai tiêu chí chung nhất được sử dụng là độ trễ tăng áp suất và độ trễ phát hỏa. Ảnh hưởng của áp
suất và nhiệt độ môi trường đến thời gian cháy trễ được nghiên cứu bởi Arai và cộng sự (1984).
3.1.4. Tỏa nhiệt và truyền nhiệt
3.1.4.1. Tốc độ tỏa nhiệt

Re-Normalisation Group (RNG) k-ε cải tiến của Han và
Reitz, 1995
Xé tơi tia nhiên liệu Wave Breakup của Liu và cộng sự, 1993
Cháy trễ Mô hình Shell bởi Kong và cộng sự, 1995
Cháy chính Mô hình cháy theo thời gian đặc trưng của Abraham và
cộng sự, 1985
Hình thành NO
x
Cơ chế Zel’dovich mở rộng
Hình thành bồ hóng Mô hình hình thành bồ hóng theo nhiều bước của Kazakov
và Foster, 1998
Ô xy hóa bồ hóng Mô hình Nagle and Strickland-Constable, 1962

3.2. Quá trình mô phỏng
3.2.1. Lưu đồ tính toán trong KIVA
Tất cả các mô hình trên được tích hợp vào KIVA. Trình tự tính toán được mô tả trên Hình 3-14 và
Bảng 3.7 trong Luận án .
3.2.2. Các điều kiện mô phỏng
Để so sánh kết quả giữa thực nghiệm và mô phỏng, các thông số đưa vào mô phỏng cũng tương ứng
với các thông số động cơ nghiên cứu một xy lanh AVL 5402 tại Phòng thí nghiệm trọng điểm động cơ đốt
trong của Đại học Quốc gia TPHCM.
Trong thực tế hoạt động của động cơ, chế độ tải lớn là chế độ phát sinh nhiều khí thải ô nhiễm nhất.
Vì vậy việc mô phỏng được thực hiện tại chế độ 80% tải ở số vòng quay 2000 vg/phút với 5 mẫu nhiên liệu
khác nhau: B0 – B25
Do tính chất đối xứng của buồng cháy và vòi phun có 5 lỗ phun, việc mô phỏng được thực hiện trên
mô hình 1/5 buồng cháy (72
o
) thay vì toàn buồng cháy để giảm thời gian tính toán.
Mô hình chia lưới buồng cháy để tính toán được trình bày trên Hình 3-15 với 37 ô theo phương
hướng kính (trục x), 36 ô phương tiếp tuyến (trục y) và và 31 ô theo theo phương dọc trục (trục z). Việc tính

3.3.1. Các chỉ tiêu kinh tế và môi trường của động cơ Diesel
3.3.1.1. Chỉ tiêu kinh tế

a/ Hiệu suất của động cơ
b/ Suất tiêu hao nhiên liệu (g
e
)
3.3.1.2. Chỉ tiêu môi trường
a/ Oxyt lưu huỳnh (SO
2
)
b/ Oxyt carbon (CO)
c/ Carbonic (CO
2
)
d/ Oxyt nitơric (NO
x
)
đ/ Hydrocarbon (HC)
e/ Bồ hóng
Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ diesel
Như vậy:
- Chỉ tiêu kinh tế cần đánh giá là: suất tiêu hao nhiên liệu - g
e
(g/kW.h).
- Chỉ tiêu môi trường đối với động cơ diesel đáng chú ý nhất là: hàm lượng NO
x
và Bồ hóng (độ mờ
khói xả - K%)
3.3.2. Kết quả mô phỏng.

B0 B10 B15 B20 B25
Giá trị
7,7 x 10
-5
5,6 x 10
-5
4,8 x 10
-5
5,6 x 10
-5
6,6 x 10
-5

Sai biệt so với B0
- 27,3 % - 37,6 % - 27,2 % - 14,2 %
3.3.2.5. Ảnh hưởng tỷ lệ dầu dừa đến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu
Bảng 3.7 giới thiệu công suất động cơ khi thay đổi tỷ lệ dầu dừa trong nhiên liệu từ 0% đến 25%.
Trong khi tất cả các mẫu có sự tăng nhẹ công suất so với mẫu B0, thì mẫu B25 giảm hơn 4%.
Bảng 3.7: Công suất động cơ (kW)

B0 B10 B15 B20 B25
Giá trị
5,328 5,354 5,477 5,394 5,108
Sai biệt so với B0
0,48 % 2,79 % 1,24 % - 4,12 %
Suất tiêu hao nhiên liệu g
e
(ISFC) của các mẫu thử được trình bày trong Bảng 3.8. g
e
có xu hướng

lớn nhất của hỗn hợp nhiên liệu có pha thêm dầu dừa so với nhiên liệu diesel nguyên chất.

21

Trong tất cả các mẫu thử, khi xem xét đến chỉ tiêu kinh tế: suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,96% và
chỉ tiêu môi trường: phát thải NO
x
giảm 23,21%, bồ hóng giảm 37,6% thì mẫu nhiên liệu có pha 15% dầu
dừa (B15) là tốt nhất.
Mẫu B25 có các tham số nêu trên là xấu nhất, không thử nghiệm mẫu này để tiết kiệm chi phí.
Tồn tại của nghiên cứu mô phỏng này là chưa đề cập đến cấu trúc phân tử, sức căng bề mặt, khả
năng bay hơi,…của nhiên liệu thay thế, và do đó sẽ có độ sai khác nhất định giữa kết quả mô phỏng và thực
nghiệm sẽ trình bày ở chương sau.

Chương 4- NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ PHA DẦU DỪA
VÀO DẦU DIESEL ĐẾN CHỈ TIÊU KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG.
Thực nghiệm “Đánh giá chỉ tiêu kinh tế và môi trường khi thay đổi tỉ lệ pha dầu thực vật vào dầu
DO” được thực hiện tại PTN Trọng điểm Động cơ đốt trong, Trường đại học Bách Khoa Tp. HCM trên động
cơ Diesel phun dầu điện tử sử dụng nhiên liệu hỗn hợp dầu dừa. Bốn loại nhiên liệu lần lượt được thử
nghiệm bao gồm: B0 (nhiên liệu diesel truyền thống); B10 và các hỗn hợp B15, B20. Dựa vào kết quả phân
tích (Chương 2) và mô phỏng (Chương 3) không cần thử nghiệm mẫu B05 và B25.

4.1. Sơ đồ bố trí và thiết bị thực nghiệm AVL
4.1.1.Bố trí thiết bị thí nghiệmHình 4-1. Sơ đồ bố trí chung các thiết bị trong phòng thử
4.1.2. Thiết bị thí nghiệm (Phụ lục 3)
4.2. Phương pháp thực nghiệm
4.2.1. Nhiên liệu thử nghiệm

Nhiên liệu/
Tải (%)
B0 B10 B15 B20
20 1,43 1,35 1,35 1,27
40 2,46 2,43 2,35 2,36
60 3,97 3,90 3,91 3,81
80 5,00 5,08 5,04 4,99
100 5,29 5,30 5,29 5,22
b/ Mô-men động cơ
Bảng 4.3: So sánh mô-men động cơ ở các chế độ tải và
mẫu nhiên liệu (B10-B20), N.m
Nhiên liệu/
Tải (%)
B0 B10 B15 B20
20 6,8 6,45 6,43 6,05
40 11,7 11,63 11,3 11,25
60 18,95 18,6 18,68 18,18
80 23,95 24,28 24,1 23,85
100 25,25 25,33 25,23 24,95

234.3.1.2. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế
a/ Hiệu suất động cơ
Hiệu suất nhiệt động cơ là đại lượng tỉ lệ nghịch của suất tiêu hao nhiên liệu.
Bảng 4.4: So sánh hiệu suất nhiệt (%) của động cơ ở các chế độ tải và
mẫu nhiên liệu (B10-B20)

Nhiên liệu/

Việc giảm lượng NO
x
có thể nói là ưu điểm rất lớn đối với các hỗn hợp nhiên liệu này.

24

Bảng 4.6: So sánh phát thải NO
x
(ppm) ở các chế độ tải và
mẫu nhiên liệu (B10-B20)

Nhiên liệu/
Tải (%)
B0 B10 B15 B20
20 338,5 258 262,5 198,5
40 417 309,5 307,75 287,25
60 450 363,25 341 437,5
80 379 320,5 298 352
100 291 224,25 260,5 265,75

4.3.2.2. Độ mờ khói (Opacimeter)
Bảng 4.7: So sánh độ mờ khói xả (K%) ở các chế độ tải và
mẫu nhiên liệu (B10-B20)

Nhiên liệu/
Tải (%)
B0 B10 B15 B20

mẫu nhiên liệu (B10-B20)

Nhiên liệu/

Tải (%)
B0 B10 B15 B20
20 77,30 78,19 74,93 74,64
40 81,45 79,97 77,89 77,00
60 86,78 84,41 83,82 83,82
80 90,93 90,04 88,85 87,37
100 93,00 90,93 89,74 89,15

4.3.4. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng
Trên cơ sở số liệu thu được từ thực nghiệm và mô phỏng, ta có Bảng 4.12 đối chiếu độ lệch các chỉ
tiêu kinh tế, môi trường của B15 so với nhiên liệu diesel truyền thống ở 80% tải:
Bảng 4.9: So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng
của B15 so với B0

Suất tiêu hao
nhiên liệu (g
e
)
Phát thải NO
x
Phát thải bồ hóng
Thực nghiệm
+ 0,7% - 21,4 % - 9 %
Mô phỏng - 2,96 % - 23,21% - 37,6 %

Bảng 4.9 cho thấy: