BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HOÀNG ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH
CHẤT CỦA DẦU THỰC VẬT NGUYÊN CHẤT
SỬ DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ
DIESEL

Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật
Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực; mã số: 62520116
Chuyên ngành: Khai thác, bảo trì tàu thủy

HẢI PHÒNG - 2015


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Lương Công Nhớ
2. PGS.TS Lê Anh Tuấn
Phản biện 1:

GS.TS Phạm Minh Tuấn

Phản biện 2:

PGS.TS Hà Quang Minh

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Dầu thực vật nguyên chất và động cơ diesel
D243 lắp trên máy kéo, tàu sông, tàu đánh cá.
Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu cải thiện 3 tính
chất cơ bản của nhiên liệu là độ nhớt, sức căng bề mặt và tỷ trọng thông qua
một hệ thống sấy nóng tích hợp nhiệt khí xả và điện. Hệ thống trên được thiết
kế, chế tạo, lắp đặt cho động cơ thử nghiệm, đánh giá đối chứng tính năng và
phát thải của động cơ so với trường hợp động cơ nguyên bản.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Về khoa học
- Xây dựng cơ sở lý thuyết sử dụng dầu thực vật nguyên chất làm nhiên
liệu cho động cơ diesel. Xác lập công thức và xây dựng thành công đặc tính
quan hệ giữa một số tính chất vật lý của dầu thực vật nguyên chất với nhiệt độ
hâm sấy.
- Phát triển thành công một phương pháp tận dụng nhiệt khí thải có tích
hợp điện năng nhằm khắc phục yếu điểm như độ nhớt cao, tỷ trọng và sức căng
bề mặt lớn của dầu thực vật nguyên chất.
Về thực tiễn
- Đề tài góp phần mở rộng khả năng đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử
dụng cho động cơ diesel.
- Hệ thống hâm sấy dầu thực vật nguyên chất được phát triển trong luận
án có thể tiếp tục hoàn thiện hướng tới ứng dụng cho các loại động cơ diesel
tĩnh tại hay tàu thủy cỡ nhỏ. Góp phần cải thiện một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật
và phát thải của động cơ khi chuyển sang sử dụng dầu thực vật nguyên chất.
Phương pháp nghiên cứu
1


Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết về truyền nhiệt và mô phỏng.
Nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu thực nghiệm đối chứng được sử dụng để

1.2.2. Tính chất của dầu thực vật nguyên chất (VO100)
Công thức phân tử của VO100 có dạng C27-57 H54-104 O6 và có khối lượng
phân tử lớn hơn nhiên liệu diesel. VO100 có chứa thành phần oxi trong phân tử,
chứa rất ít lưu huỳnh và hợp chất thơm [40]. Tuy nhiên, độ nhớt, khối lượng
riêng, sức căng bề mặt của VO100 lớn hơn nhiều so với nhiên liệu diesel.
1.3. Tình hình sản xuất và sử dụng dầu thực vật nguyên chất
1.3.1. Tình hình sản xuất và sử dụng trên thế giới
Tại Châu Âu thường sử dụng dầu hướng dương, dầu bông, dầu hạt cải, dầu
đậu nành thì tại các nước Châu Á và Thái Bình Dương thường sử dụng chủ yếu là
dầu dừa, dầu cọ.
1.3.2. Tình hình sản xuất và sử dụng tại Việt Nam
Dầu thực vật sử dụng tại Việt Nam rất phong phú bao gồm ngô, đậu

2


nành, dầu dừa hoặc các nguyên liệu khi thu hoạch những cây trồng không làm
thực phẩm như dầu jatropha.
1.4. Tổng quan về các nghiên cứu sử dụng dầu thực vật nguyên chất cho
động cơ diesel
Để sử dụng dầu thực vật nguyên chất, các nghiên cứu chủ yếu đi sâu vào
các hướng:
Cải tiến động cơ và hệ thống: Giải pháp này tác động vào kết cấu của
động cơ và hệ thống phục vụ nên thường chỉ thích hợp cho động cơ thiết kế
mới do đó rất ít được sử dụng [7].
Cải thiện tính chất nhiên liệu: Các phương pháp thường sử dụng như:
phương pháp pha loãng, nhũ tương hóa, sấy nóng, sử dụng chất phụ gia hoặc
chuyển đổi thành biodiesel [7,10].
1.5. Kết luận chương 1
Nguồn nguyên liệu sản xuất dầu thực vật rất đa dạng và phong phú và có


3


Quá trình phân rã sơ cấp tia phun được chia bốn cơ chế: cơ chế nhiễu
loạn Rayleigh, cơ chế nhiễu loạn sơ cấp, cơ chế nhiễu loạn thứ cấp và cơ
chế tán nhỏ hạt hay phun sương.
2.1.1.2. Quá trình phân rã thứ cấp
Quá trình phân rã thứ cấp xảy ra khi sức căng bề mặt của giọt nhiên liệu
nhỏ, ảnh hưởng đến khả năng chống biến dạng của giọt nhiên liệu. Quá trình
phân rã thứ cấp của giọt nhiên liệu xảy ra chủ yếu do tác động của lực khí động
nên vận tốc tương đối của giọt nhiên liệu với môi trường khí xung quanh đóng
một vai trò quan trọng trong cơ chế phân rã thứ cấp.
2.1.2. Cấu trúc và các thông số hình học của tia phun nhiên liệu lỏng
2.1.2.1. Cấu trúc của tia phun nhiên liệu lỏng
Sự phát tiển chùm tia phun và hình dáng của chùm tia nhiên liệu phụ
thuộc vào thời gian phun, khối lượng riêng, kích thước lỗ phun và tính chất vật
lý của nhiên liệu [8,20].
  
Lct
 AL  l 
d 
d po
 po 

0, 48

  l l d po 



2.2.1. Tương tác của nhiên liệu với không khí
Kết quả thực nghiệm cho thấy các hạt nhiên liệu có đường kính d bị xé
nhỏ khi điều kiện kωd2/ >10,7 [8,20].
2.2.2. Tương tác của nhiên liệu với vách
Tùy thuộc vào nhiệt độ vách buồng cháy và số lượng của chất lỏng đọng

4


lại trên vách tương tác tia phun - vách có thể có cả tác động tiêu cực, tích cực.
2.2.3. Quá trình cháy
Quá trình cháy trong động cơ diesel được phân thành 4 giai đoạn: cháy
trễ, cháy hỗn hợp hòa trộn trước, cháy hỗn hợp có kiểm soát và cháy rớt. Trong
quá trình công tác thực tế từ lúc bắt đầu phun đến lúc kết thúc quá trình cháy
diễn ra các quá trình lý hóa phức tạp: bay hơi, bốc cháy và cháy nhiên liệu, kèm
với quá trình tỏa nhiệt, thay đổi nhiệt độ, áp suất và tổn thất nhiệt [8,20].
2.3. Các thuộc tính của dầu thực vật nguyên chất theo nhiệt độ
2.3.1. Khối lượng riêng ρ
Khối lượng riêng tỉ lệ thuận với khối lượng phân tử và khả năng bay hơi
của nhiên liệu và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ [31]: ρ = a – bT
2.3.2. Độ nhớt động học µ
Độ nhớt tỉ lệ nghịch với nhiệt độ, một số mô hình tính toán độ nhớt theo
nhiệt độ [31,35]: Mô hình hàm mũ
 T   A.ebT
b
Mô hình tổng hợp
log   A 
T
2.3.3. Sức căng bề mặt σ
Sức căng bề mặt là lực căng trên một đơn vị chiều dài, tỉ lệ thuận với độ


Các tính chất nhiên liệu như khối lượng riêng, độ nhớt hay sức căng bề
mặt đều ảnh hưởng đến sự phân rã, các thông số hình học của chùm tia nhiên
liệu, thời gian phân rã và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ hâm sấy.
Cấu trúc chùm tia phun dầu thực vật nguyên chất tương tự như nhiên
liệu diesel. Quy luật thay đổi áp suất trong xi lanh của động cơ và tốc độ tỏa
nhiệt theo góc quay trục khuỷu khi sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống và
dầu thực vật nguyên chất tương tự nhau khi hâm nóng dầu thực vật nguyên chất
đến nhiệt độ phù hợp.
Một số thuộc tính của dầu thực vật nguyên chất như sức căng bề mặt,
độ nhớt và khối lượng riêng đã được phân tích nhằm thiết lập mối liên hệ toán
học với nhiệt độ hâm sấy, làm cơ sở và định hướng để tính toán thiết kế và chế
tạo hệ thống hâm sấy dầu thực vật nguyên chất bằng năng lượng điện – khí xả.

CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP TÍNH THIẾT BỊ HÂM VÀ ÁP DỤNG ĐỂ
TÍNH THIẾT BỊ HÂM DẦU DỪA NGUYÊN CHẤT DÙNG
CHO ĐỘNG CƠ D243
3.1. Xác định nhiệt độ hâm sấy hợp lý cho dầu thực vật nguyên chất
3.1.1. Xây dựng các thuộc tính của dầu thực vật nguyên chất theo nhiệt độ

Hình 3.1. Mối liên hệ giữa khối lượng riêng, độ nhớt, sức căng bề mặt và và
nhiệt độ
3.1.2. Mô hình thử nghiệm đặc tính phun
Bảng 3.1. Thông số hình học của chùm tia phun nhiên liệu ở nhiệt độ môi
trường
Thông số
Kí
Thứ
Công

So với nhiên liệu DO, dầu thực vật nguyên chất có: Lb lớn hơn khoảng
8%; S lớn hơn khoảng 26%, d32 (SMD) lớn hơn khoảng 4 - 8 lần; góc phun θ
của nhiên liệu DO và gấp 2 lần góc phun θ của VO100; tỉ lệ Lb/S của nhiên liệu
DO lớn hơn của VO100 khoảng 20%.
3.1.2.1. Xây dựng mô hình thử nghiệm
Hệ thống thử nghiệm đặc tính phun do tác giả chế tạo được mô tả trên
hình 4 gồm: một bộ hâm tự động bằng điện cấp nguồn cho điện trở sấy; một
thiết bị tạo áp lực và một thiết bị đo áp suất phun; vòi phun một lỗ với đường
kính lỗ phun D0 = 0,25 mm; một máy ảnh kỹ thuật số với độ phân giải 18
megapixel, tốc độ 120 hình/giây. Điều kiện tiến hành thử nghiệm với áp suất
phun P = 200 bar và áp suất môi trường P 0 = 1 bar.

Hình 3.2. Sơ đồ bố trí phun thử nghiệm
3.1.2.2. Kết quả thử nghiệm

(a)

Chiều dài chùm tia
S = 205 mm
Góc phun θ = 210

(b)

Chiều dài chùm tia
S = 268 mm
Góc phun θ = 110

Hình 3.3. Đặc tính phun của nhiên liệu DO (a) và dầu dừa nguyên chất
CO100 (b) ở nhiệt độ 400C


các thông số hình học khác của chùm tia phun và hình thức phân rã.
Bảng 3.2. Thông số hình học của chùm tia phun nhiên liệu CO100
Dầu dừa nguyên chất CO100
Kí
Thứ
Thông số
hiệu nguyên 800C 900C 1000C 1100C
Chiều dài phân rã
Lb
mm
70,2
68,2
66,8
66,2
Tỉ lệ Lb/S
ψ
0,305 0,31 0,315 0,318

8


Bảng 3.3. Hình thức và thời gian phân rã của nhiên liệu DO và CO100
Nhiên
Dầu dừa nguyên chất CO100
Kí
Thông số
liệu
hiệu
800C
900C 1000C 1100C

Oh
0,36
0,17
0,22
0,28
0,34
Hệ số Reynolds
Re 11904 3983
6069
8996 10836
Phun
Phun
Phun
Phun
sương Nhiễu sương sương sương
Cơ chế phân rã
hoàn
loạn
một
hoàn
hoàn
toàn
phần
toàn
toàn
3.1.3. Xác định nhiệt độ hâm sấy hợp lý
Các kết quả tính toán và thử nghiệm cho thấy, khoảng nhiệt độ hâm sấy
hợp lý đối với nhiên liệu CO100 là từ 100oC – 110oC.
3.2. Phương pháp tính toán hệ thống hâm sấy dầu thực vật nguyên chất
kiểu tích hợp điện – khí xả

Nhiệt độ cần thiết để hâm
nhiên liệu CO100 khoảng
100oC – 110oC Khi nhiệt
độ của CO100 đã đạt đến
nhiệt độ trong dải 110oC
thì van by/pass sẽ điều
chỉnh để toàn bộ lượng khí
xả đi thẳng ra ngoài mà
không đi vào bầu tận dụng
nhiệt. Độ mở của van
by/pass và bơm tuần được
Hình 3.5. Mô hình nguyên lý hệ thống hâm
điều khiển bằng bộ điều
nhiên liệu kiểu tích hợp điện - khí xả
khiển.
3.3.2. Tính toán hệ thống hâm sấy CO100 kiểu tích hợp điện - khí xả sử
dụng trên động cơ D243
3.3.2.1. Thành phần hóa học của dầu dừa nguyên chất: Dầu dừa nguyên chất
chứa nhiều loại axit béo như: Caproic, Caprylic, Capric, Lauric…
3.3.2.2. Xác định các thông số của khí xả: Nhiệt lượng Qkx = 8532W.
3.3.2.3. Tính toán, thiết kế thiết bị tận dụng nhiệt khí xả
Bảng 3.4. Thông số cơ bản thiết bị tận dụng nhiệt khí xả
TT
Các thông số
Ký hiệu
Thứ nguyên
Kết quả
1
Đường kính ống chứa CO100
d2/d1

3.3.2.6. Tính tổn hao áp suất của dòng khí xả qua thiết bị tận dụng nhiệt
Tổng trở lực ở chế độ 100% Ne nhỏ hơn trở lực cho phép.
3.3.2.7. Tính bền bộ tận dụng nhiệt khí thải: Thiết bị đủ bền cơ và nhiệt.
3.3.2.8. Chế tạo và lắp đặt hệ thống
3.3.2.9. Kiểm tra hệ thống

10


a, Kiểm tra độ ổn định nhiệt độ của nhiên liệu CO100 thử nghiệm
Dùng 2 nhiệt kế để kiểm tra, sai số giữa 2 nhiệt kế phải nhỏ hơn 5%.
b, Kiểm tra thời gian hâm sấy nhiên liệu
Bảng 3.6. Thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 từ nhiệt độ 800C đến 1000C
Tốc độ (vòng/phút)
Tải (%)
Kí hiệu
Thứ nguyên
Kết quả
75
τ
s
1367
1500
100
τ
s
1035
3.4. Mô phỏng hệ thống hâm nhiên liệu CO100 bằng phần mềm ANSYS
FLUENT
Giải bài toán nhiệt bằng phần mềm ANSYS FLUENT đối với dạng kết

xả Cpkx,
Gkx,
khí xả
độ
0
dụng, C
trình gct, kg
(%)
kJ/kg.K
kg/s
Qkx, kW
(v/p)
10
231
0,0000144
1,103
0,011
0,15
75
440
0,0000578
1,154
0,045
3,06
100
547
0,0000645
1,191
0,049
3,68

Chế độ mô phỏng
Tốc độ (v/p) Tải (%)
10
1500
75
100
10
2000
75
100

Qkx phục vụ cho
mô phỏng, kW

Tkx ra khỏi thiết
bị,0C

TCO100 ra khỏi
thiết bị, 0C

0,15
0,306
0,368
0,23
0,396
0,562

219
371
476

Tính toán được các thông số về chùm tia phun của nhiên liệu DO và dầu
thực vật nguyên chất. Xây dựng được đặc tính phụ thuộc giữa một số tính chất
vật lý của dầu thực vật nguyên chất theo nhiệt độ, qua đó cho phép xác định
được khoảng nhiệt độ hâm sấy phù hợp với từng loại nhiên liệu. Đối với dầu
dừa nguyên chất, khoảng nhiệt độ phù hợp đó nằm trong khoảng 100 – 1100C.
Thiết kế và chế tạo thành công hệ thống hâm sấy dầu dừa nguyên chất sử dụng
làm nhiên liệu cho động cơ diesel D243. Kết quả mô phỏng trên hệ thống sau
khi tính toán thiết kế cho thấy, sai số nhiệt độ của dầu dừa nguyên chất sau khi
hâm sấy từ 3% - 8%.

CHƯƠNG 4
THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ
4.1. Mục đích và phạm vi thử nghiệm
4.1.1. Mục đích thử nghiệm
Đánh giá khả năng làm việc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu CO100.
Đánh giá khả năng tận dụng nhiệt khí thải vào mục đích hâm sấy nhiên liệu so
với việc tính toán bằng lý thuyết. Xác định nhiệt độ hâm sấy hợp lý cho
CO100. So sánh đối chứng hàm lượng phát thải, các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật
của động cơ khi sử dụng 2 loại nhiên liệu DO và nhiên liệu CO100.
4.1.2. Phạm vi thử nghiệm
Thử nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng của nhiệt độ hâm sấy nhiên liệu
CO100 đến các chỉ tiêu kinh tế và phát thải của động cơ và so sánh đối chứng
với nhiên liệu DO.
4.2. Đối tượng thử nghiệm
Nhiên liệu CO100 được hâm sấy từ nhiệt độ 80 oC đến 120oC và nhiên
liệu DO được tiến hành thử nghiệm trên động cơ diesel D243.
4.3. Sơ đồ bố trí và thiết bị thử nghiệm
13



18
Lượng không khí thực tế cấp
B_CO100_t100
B_CO100_t120
cho động cơ đánh giá lượng không khí
nạp cần thiết để đốt cháy nhiên liệu
14
trong điều kiện khai thác bình thường
của động cơ, do đó ảnh hưởng đến chất
10
lượng hình thành hỗn hợp cháy và đặc
tính phát thải.Lượng không khí thực tế
6
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
cấp cho động cơ khi sử dụng
Tốc độ quay (vòng/phút)
CO100_t80,
CO100_t100
và
Hình
4.1.
Lượng
không khí thực tế
CO100_t120 giảm so với trường hợp
cấp
cho
động
cơ
ở chế độ 100% tải
sử dụng nhiên liệu DO tương ứng với

529
510
500 không
442
439
1400
554
531
518 đi vào
468
459
100% tải
1500
568
547
533 thiết bị
484
478
tận
1600
580
557
545
490
482
dụng
1800
590
568
550

mômen của động cơ giảm so với
200
trường hợp sử dụng nhiên liệu DO lần
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
lượt trong khoảng từ 6,61%-11,59%,
Tốc độ quay (vòng/phút)
từ 7,14%-14,44% và từ 10,31%Hình 4.2. Đặc tính mômen của
15,14%
động cơ ở chế độ 100% tải
4.5.4. Công suất của động cơ, Ne (kW)
DO CO_t80 CO_t100 CO_t120
Trong dải nhiệt độ sấy nóng từ
60
800C đến 1200C, mức độ sấy nóng cao
55
thì giá trị công suất động cơ có xu
50
45
hướng giảm, tuy nhiên sự khác nhau
40
về công suất khi sử dụng nhiên liệu
35
30
CO100 ở dải nhiệt độ hâm sấy trên là
25
không lớn, khoảng 2,5% - 4%. Trên
20
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
toàn dải tốc độ, tương ứng với nhiên
Tốc độ quay (vòng/phút))

suất tiêu hao nhiên liệu CO100_t100
360
đạt giá trị nhỏ nhất và CO100_t80 là
320
lớn nhất. Suất tiêu hao nhiên liệu của
280
động cơ ge , theo đặc tính ngoài ở chế
240
độ 100% tải, khi sử dụng nhiên liệu
CO100_t80,
CO100_t100
và
200
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
CO100_t120 tăng so với trường hợp sử
Tốc độ quay(vòng/phút)
dụng nhiên liệu DO tương ứng trong
Hình
4.4.
Suất
tiêu hao nhiên liệu
khoảng từ 16,08%-26,45%, từ 14,68%của
động
cơ
ở 100% tải
24,83% và từ 15,73%-25,64%.
Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng nhiên liệu như trên
tăng so với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO tương ứng tại vòng quay 1500
vòng/phút lần lượt trong khoảng từ 14,29%-30,18%, từ 11,66%-26,31% và từ
12,79%-28,09%. Tại vòng quay 2000 vòng/phút tăng trong khoảng từ 13,98%27,18%, từ 10,88%-20,84% và từ 11,98%-24,01%.

ở chế độ 100% tải
27,39%-78,06%; tính trung bình, hàm
lượng phát thải CO tăng lần lượt là 77,57%; 22,02% và 40,90%.
4.5.6.2. Phát thải NOx
NOx_DO
NOx_CO100_t80
Hàm lượng phát thải NOx của
NOx_CO100_t100 NOx_CO100_t120
động cơ khi sử dụng nhiên liệu DO lớn
1200
hơn so với khi sử dụng nhiên liệu
1100
1000
CO100_t80, CO100_t100,CO100_t120
900
tương ứng 21,62% - 24,47%, từ
800
7,27%-10,35% và từ 15,38%-16,90%.
700
Tương tự, hàm lượng phát thải NOx
600
giảm so với trường hợp sử dụng nhiên
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Tốc độ quay (vòng/phút)
liệu DO tương ứng với đặc tính tải tại
vòng quay 1500 vòng/phút lần lượt
Hình 4.6. Đặc tính phát thải NOx
trong khoảng từ 23,51%-43,48%, từ
ở chế độ 100% tải


200
nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 và
100
CO100_t120 tăng so với trường hợp sử
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Tốc độ quay(vòng/phút)
dụng nhiên liệu DO lần lượt là
Hình 4.7. Đặc tính phát thải HC
37,28%; 10,43% và 21,71%.
ở chế độ 100% tải
4.5.6.4. Phát thải khói
Smoke_DO
Smoke_CO100_t80
Trong dải nhiệt độ hâm sấy từ
10
Smoke_CO100_t100 Smoke_CO100_t120
9
800C đến 1200C của nhiên liệu CO100,
8
chỉ số phát thải khói trong khí xả của
7
động cơ khi sử dụng CO100_t100 là
6
5
nhỏ nhất, còn CO100_t80 là lớn nhất.
4
Xét trên toàn dải tốc độ của động cơ,
3
2
chỉ số phát thải khói khi sử dụng nhiên

100
34
CO100 còn lại trong bầu hâm ΔG (kg)
0
400
800
1200
1600
và nhiệt độ nhiên liệu Tnl (oC) theo thời
Thời gian, τ (s)
Tnl_CO100_t100
Gnl_CO100_t100
gian τ (s) được biểu diễn bằng biểu
thức:
Hình 4.9. Đồ thị thay đổi lượng
ΔG = 43 – 0,0057.τ
nhiên liệu và nhiệt độ theo thời gian
Tnl = 100 + 0,0083.τ
ở chế độ 75% tải, 1500 vòng/phút
Như vậy, sau thời gian khoảng 1200s thì cần bổ sung nhiên liệu CO100
khi động cơ hoạt động ở chế độ 75% tải và 1500 vòng/phút.


4.6. So sánh kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm hệ thống cải thiện
tính chất của nhiên liệu CO100
4.6.1. Nhiệt độ khí xả ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt
Bảng 4.3. Giá trị nhiệt độ khí xả (0C) ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt khí xả
CO100_t100
Nhiên liệu
Nhiệt độ khí xả ra khỏi

1,7%
10
235
221
226
2,2%
2000
75
448
385
390
1,3%
100
578
498
510
2,4%
Sai số nhiệt độ khí xả ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt giữa mô phỏng và
thực nghiệm cao nhất là 2,4%. Đây là mức chênh lệch phù hợp đối với mô hình
mô phỏng trên phần mềm ANSYS FLUENT.
4.6.2. Thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100
Bảng 4.4. Thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 (giây)
Dầu dừa nguyên chất CO100 được hâm sấy
từ nhiệt độ 800C đến 1000C
Nhiên liệu
Kết quả
Tốc độ (vòng/phút)
Tải (%)
Lý thuyết
Thực nghiệm


Hàm lượng phát thải HC tăng tương ứng là 30,77%; 4,77% và 14,57%.
- Tính trung bình, hàm lượng phát thải NOx của động cơ theo đặc tính
ngoài ở chế độ 100% tải khi sử dụng nhiên liệu CO100_t80, CO100_t100 và
CO100_t120 giảm so với trường hợp sử dụng nhiên liệu DO lần lượt là
23,38%; 8,38% và 16,16%; chỉ số phát thải khói giảm lần lượt là 33,15%;
48,23% và 43,62% so với nhiên liệu DO.
2. So sánh kết quả giữa tính toán lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm cho thấy
sai số tương đối nhỏ, cụ thể là:
- Sai số nhiệt độ khí xả ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt giữa mô phỏng
và thực nghiệm nằm trong khoảng từ 1% - 3%.
- Sai số thời gian hâm sấy nhiên liệu CO100 giữa lý thuyết và thực
nghiệm nằm trong khoảng 12% - 14%.

KẾT LUẬN CHUNG
Luận án đã xây dựng cơ sở lý thuyết cải thiện tính chất của dầu thực vật
nguyên chất bằng phương pháp gia nhiệt nhằm đáp ứng việc sử dụng trực tiếp
trên động cơ diesel.
Đã tính toán thiết kế và chế tạo thành công hệ thống cải thiện tính chất
của dầu dừa nguyên chất (CO100) bằng phương pháp hâm sấy nhờ nhiệt khí
thải và sấy điện, sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT để tính toán một số
thông số nhiệt động đặc trưng khi sử dụng CO100 được hâm sấy trên động cơ
diesel, áp dụng cụ thể cho động cơ diesel D243. Từ kết quả tính toán lý thuyết,
mô phỏng và thử nghiệm cho thấy: khoảng nhiệt độ tối ưu cần hâm sấy CO100
nhằm đạt được độ nhớt, sức căng bề mặt và tỷ trọng tương đương với nhiên liệu
DO là 1000C đến 1100C.
Xây dựng thành công đặc tính phụ thuộc giữa độ nhớt, khối lượng riêng
và sức căng bề mặt với nhiệt độ hâm sấy.
Kết quả thử nghiệm động cơ sử dụng CO100 được cải thiện tính chất
nhờ biện pháp hâm sấy cho thấy nhiệt độ hâm sấy phù hợp nhất là 100 0C. Tại

liệu cho động cơ diesel thông qua giải pháp hâm sấy nhiên liệu bằng nhiệt khí
xả kết hợp với hâm sấy bằng điện nhằm cải thiện các tính chất quan trọng của
nhiên liệu như độ nhớt, sức căng bề mặt và khối lượng riêng.
- Xác lập được mối quan hệ giữa một số tính chất vật lý của dầu thực vật
nguyên chất như sức căng bề mặt, độ nhớt và khối lượng riêng với nhiệt độ
hâm sấy, làm cơ sở cho việc sử dụng trực tiếp nhiên liệu này trên động cơ.
Về thực tiễn
- Đề tài góp phần mở rộng khả năng đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử
dụng cho động cơ diesel.
- Phát triển một phương pháp hâm sấy nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải
có tích hợp sấy điện nhằm khắc phục yếu điểm về tính chất của dầu thực vật
gốc. Phương pháp và thiết bị hâm sấy nhiên liệu được pháp triển có thể ứng
dụng để triển khai trên các loại động cơ khác nhau.
- Góp phần cải thiện một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của
động cơ khi chuyển sang sử dụng dầu thực vật nguyên chất.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Dựa trên kết quả của nghiên cứu cho thấy dầu thực vật nguyên chất có
thể làm nhiên liệu thay thế và phương pháp hâm sấy kiểu tích hợp năng lượng
điện - khí thải nhằm cải thiện tính chất của dầu thực vật nguyên chất là một
trong những giải pháp đơn giản, dễ áp dụng và mang lại hiệu quả kinh tế và
môi trường. Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo của đề tài:
- Nghiên cứu sử dụng hệ thống hâm sấy nhiên liệu cho các loại nhiên
liệu sinh học nguyên chất khác nhau và nghiên cứu về độ bền của hệ thống hâm
sấy nhiên liệu trong điều kiện vận hành thực tế.
- Nghiên cứu đặc tính cháy của dầu thực vật nguyên chất sau khi được
hâm sấy.
- Hoàn thiện cơ sở lý thuyết đánh giá tính ổn định của dầu thực vật nguyên
chất và giải pháp nâng cao khả năng chống oxi hóa và biến chất của nó. Ảnh hưởng
của loại nhiên liệu này đến tuổi thọ động cơ.

Conventional Diesel Engines, Chaingmai, Thailand, 12/2014, ISBN 978616-33-8035-7.
[8] Hoang Anh Tuan, Luong Cong Nho, Le Anh Tuan: Improve the
Properties of Pure Bio-oil Aiming a Direct Use in Diesel Engines, TP Hồ
Chí Minh 10/2013, ISBN 978-604-73-1990-9.
[9] Hoang Anh Tuan, Luong Cong Nho, Le Anh Tuan: Effects of the
Heating Temperature of Pure Coconut Oil on Breakup Mechanism of Fuel
Sprays, Ho Chi Minh city, Vietnam 10/2015, ISBN 978-604-63-1599-5.

22