intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 7

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST
Báo xấu
177
lượt xem 62
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

I. YÊU CẦU ĐỐI VỚI NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Trong chu trình làm việc thực tế, môi chất công tác trên động cơ là những khí thực có tính chất hoá lý luôn biến thiên trong suốt chu trình, bao gồm: không khí, nhiên liệu và sản vật cháy. Công suất, hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ khi động cơ làm việc phụ thuộc nhiều vào tính chất của nhiên liệu và chất lượng hình thành hoà khí trong động cơ. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 7

  1. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Chöông 7 NHIEÂN LIEÄU I. YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI NHIEÂN LIEÄU SÖÛ DUÏNG TRONG ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG Trong chu trình laøm vieäc thöïc teá, moâi chaát coâng taùc treân ñoäng cô laø nhöõng khí thöïc coù tính chaát hoaù lyù luoân bieán thieân trong suoát chu trình, bao goàm: khoâng khí, nhieân lieäu vaø saûn vaät chaùy. Coâng suaát, hieäu suaát, ñoä tin caäy vaø tuoåi thoï khi ñoäng cô laøm vieäc phuï thuoäc nhieàu vaøo tính chaát cuûa nhieân lieäu vaø chaát löôïng hình thaønh hoaø khí trong ñoäng cô. Ñoái vôùi ñoäng cô ñoát trong, ngöôøi ta chæ söû duïng nhöõng nhieân lieäu deã hoaø troän vôùi khoâng khí taïo thaønh hoaø khí, ngoaøi ra trong saûn vaät chaùy khoâng ñöôïc coù tro, vì tro laøm taêng ñoä maøi moøn cuûa xylanh, piston vaø xecmaêng. Do nhöõng tính chaát treân neân ñoäng cô ñoát trong chæ duøng nhöõng loaïi nhieân lieäu theå khí hoaëc theå loûng vôùi yeâu caàu khi chaùy khoâng taïo tro. Nhieân lieäu theå raén chæ coù theå söû duïng cho ñoäng cô ñoát trong khi ñaõ ñöôïc hoaù loûng hoaëc khí hoaù. II. CAÙC LOAÏI NHIEÂN LIEÄU SÖÛ DUÏNG TRONG ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG Nhieân lieäu söû duïng cho ñoäng cô ñoát trong chuû yeáu coù 2 daïng: nhieân lieäu theå loûng vaø nhieân lieäu theå khí. Nhieân lieäu theå loûng duøng cho ñoäng cô ñoát trong chuû yeáu laø caùc saûn phaåm ñöôïc taïo ra töø daàu moû (xaêng, Diesel) vì loaïi naøy coù öu ñieåm laø nhieät trò lôùn, ít tro trong saûn vaät chaùy, deã vaän chuyeån vaø baûo quaûn. Moãi loaïi nhieân lieäu loûng keå treân laø moät hoãn hôïp cuûa nhieàu loaïi hydrocacbon coù caáu taïo hoaù hoïc raát khaùc nhau. Chính caáu taïo khaùc nhau naøy gaây aûnh höôûng lôùn ñeán quaù trình bay hôi, taïo hoaø khí vaø boác chaùy cuûa nhieân lieäu trong ñoäng cô. Nhieân lieäu theå khí duøng cho ñoäng cô ñoát trong goàm coù: khí thieân nhieân (saûn phaåm cuûa caùc moû khí), khí coâng nghieäp (saûn phaåm taïo ra trong quaù trình tinh luyeän daàu moû, khí loø cao) vaø khí loø ga (khí hoaù nhieân lieäu theå raén trong caùc loø ga). II.1. X ng Xaêng söû duïng cho ñoäng cô ñoát trong cuõng laø loaïi nhieân lieäu ñöôïc söû duïng khaù phoå bieán trong ñôøi soáng vaø saûn xuaát. Noù duøng laøm nhieân lieäu cho nhieàu loaïi xe oâtoâ, xe gaén maùy vaø caùc ñoäng cô xaêng tónh taïi. Ñeå coù theå söû duïng xaêng hieäu quaû, tieát kieäm vaø keùo daøi tuoåi thoï cuûa ñoäng cô, chuùng ta caàn phaân bieät caùc chuûng loaïi, nhaõn hieäu vaø naém vöõng yeâu caàu kyõ thuaät cuûa caùc loaïi xaêng. II.1.1. Phaân loaïi xaêng Ñeå phaân bieät caùc loaïi xaêng thöông phaåm duøng cho ñoäng cô ñoát trong, ngöôøi ta phaân loaïi chuùng theo trò soá octan. Döôùi ñaây seõ xem xeùt cuï theå veà söï phaân loaïi, nhaõn hieäu vaø quy caùch moät soá loaïi xaêng oâtoâ ñöôïc söû duïng ôû nöôùc ta vaø chuûng loaïi xaêng ôû caùc nöôùc trong khu vöïc. Treân thò tröôøng theá giôùi, xaêng duøng cho ñoäng cô ñöôïc phaân laøm 3 loaïi: xaêng thöôøng, xaêng cao caáp vaø xaêng ñaëc bieät. 1) Xaêng thöôøng Xaêng thöôøng laø xaêng coù RON (Research Octane Number – chæ soá Octan nghieân cöùu) töø 92 trôû xuoáng, ñöôïc söû duïng cho caùc ñoäng cô xe oâtoâ taûi, xe gaén maùy coù tyû soá neùn töø 7 ÷ 8,5. Loaïi xaêng naøy cuõng coù theå phaân bieät thaønh 2 nhoùm ñöôïc saûn xuaát theo tieâu chuaån khaùc nhau cuûa töøng khu vöïc. 106
  2. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng - Xaêng thöôøng coù RON 90 ÷ 92 ñöôïc saûn xuaát chuû yeáu töø ñaàu thaäp nieân 70 trôû laïi ñaây taïi caùc nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån nhö Myõ, Canada, Taây aâu (Phaùp, Ñöùc, Anh, Haø Lan, Bæ,...) vaø Nhaät Baûn nhaèm thay theá cho loaïi xaêng thöôøng coù trò soá octan thaáp hôn (RON = 80 ÷ 86). - Xaêng thöôøng coù RON 80 ÷ 86 hieän ñöôïc saûn xuaát vaø söû duïng taïi coäng ñoàng caùc quoác gia ñoäc laäp SNG (Lieân Xoâ cuõ), caùc nöôùc Ñoâng AÂu (BaLan, Hungary, Rumani, Bungari,...), ôû caùc nöôùc Chaâu AÙ nhö Trung Quoác, Singapore, Thaùi Lan, AÁn Ñoä, Ñaøi Loan, Malaisia, Indonesia, Philippin, ôû caùc nöôùc Myõ La Tinh vaø UÙc. ÔÛ nöôùc ta cuõng söû duïng loaïi xaêng thöôøng coù RON 80 ÷ 86. 2) Xaêng cao caáp Xaêng cao caáp laø loaïi xaêng coù trò soá RON töø 83 ÷ 100 ñöôïc söû duïng thích hôïp cho taát caû caùc loaïi xe gaén maùy vaø oâtoâ du lòch coù tyû soá neùn töø 8,8 ÷ 10. Tuyø thuoäc khu vöïc maø xaêng cao caáp ñöôïc chia thaønh 2 nhoùm: - Xaêng cao caáp coù RON töø 98 ÷ 100 ñöôïc saûn xuaát ôû caùc nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån (Myõ, Taây AÂu, Nhaät Baûn,...) chuû yeáu töø nhöõng naêm 70 trôû laïi ñaây. - Xaêng cao caáp RON baèng 93 ÷ 98 hieän ñöôïc saûn xuaát ôû caùc nöôùc SNG, Ñoâng AÂu, Chaâu AÙ, Chaâu Phi vaø Myõ La Tinh. Caùc nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån tröôùc ñaây cuõng saûn xuaát loaïi xaêng naøy, sau thaäp nieân 70 chuyeån sang loaïi xaêng RON 98 ÷ 100. 3) Xaêng ñaëc bieät - Xaêng coù trò soá RON 101 ÷ 103, duøng cho caùc loaïi ñoäng cô tyû soá neùn treân 10. ÔÛ nöôùc ta (theo TCVN 5690 – 1998) döïa treân trò soá octan, xaêng ñöôïc phaân thaønh 3 loaïi: xaêng thöôøng, xaêng chaát löôïng cao vaø xaêng ñaët bieät. - Xaêng thöôøng : coù trò soá octan xaùc ñònh theo phöông phaùp nghieân cöùu khoâng nhoû hôn 83. - Xaêng chaát löôïng cao: coù trò soá octan theo phöông phaùp nghieân cöùu khoâng nhoû hôn 92. - Xaêng daëc bieät: coù trò soá octan theo phöông phaùp nghieân cöùu khoâng nhoû hôn 97. II.1.2. Caùc chæ tieâu chaát löôïng cuûa xaêng Ñeå baûo ñaûm cho ñoäng cô hoaït ñoäng bình thöôøng, xaêng phaûi ñaït ñöôïc nhöõng yeâu caàu chaát löôïng döôùi ñaây: - Coù ñoä bay hôi thích hôïp ñeå ñoäng cô deã khôûi ñoäng vaø laøm vieäc oån ñònh, khoâng taïo ra hieän töôïng ngheõn hôi, ñaëc bieät vaøo muøa heø khi nhieät ñoä moâi tröôøng cao. - Coù tính choáng kích noå cao, baûo ñaûm cho ñoäng cô laøm vieäc bình thöôøng ôû phuï taûi lôùn. - Coù tính oån ñònh hoaù hoïc toát, khoâng taïo ra caùc hôïp chaát keo trong bình chöùa, khi chaùy khoâng ñeå laïi nhieàu muoäi than trong buoàng ñoát vaø khoâng laøm aên moøn caùc chi tieát trong ñoäng cô. - Khoâng bò ñoâng ñaëc khi nhieät ñoä haï thaáp, khoâng huùt nöôùc vaø khoâng taïo ra caùc tinh theå nöôùc ñaù khi gaëp laïnh. II.1.3. Xaêng pha chì vaø xaêng khoâng pha chì Vaøo naêm 1923, song song vôùi vieäc caûi tieán ñoäng cô, thieát keá nhöõng maãu xe môùi, General Motor baét ñaàu saûn xuaát “tetra-ethyl chì” thöông maïi laøm giaûi phaùp cho hieän töôïng kích noå. Ñeán naêm 1924 haèng loaït caùc coâng ty hoaù chaát cuõng tham gia vaøo vieäc saûn xuaát, töø ñoù saûn löôïng “tetra-ethyl chì” khoâng ngöøng taêng vaø chæ moät thôøi gian ngaén sau ñoù taát caû caùc loaïi xaêng treân theá giôùi ñeàu pha 107
  3. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng “tetra-ethyl chì”. Ñieàu naøy ñoàng nghóa vôùi moät lôïi nhuaän khoång loà thu veà cho taäp ñoaøn saûn xuaát xe oâ toâ lôùn cuûa Myõ “General Motor”. Söï phaùt trieån cuûa ngaønh coâng nghieäp oâ toâ gaén lieàn vôùi “tetra-ethyl chì” trong suoát thôøi gian daøi. Nhöng, nhö bao hoaù chaát thoâng duïng khaùc, beân caïnh tính naêng vöôït troäi, “tetra-ethyl chì” baét ñaàu coù nhöõng aûnh höôûng ñeán söùc khoeû con ngöôøi treân dieän roäng. Khoâng phaûi ñeán taän khi coù nhöõng soá lieäu thoáng keâ veà soá ngöôøi bò cheát, bò thöông do hít phaûi quaù nhieàu khí thaûi töø xaêng pha chì ngöôøi ta môùi bieát ñeán tính chaát ñoäc haïi cuûa noù. Ngay töø naêm 1925, trong cuoäc hoäi thaûo veà “tetra-ethyl chì” do Cuïc söùc khoeû coäng ñoàng Myõ toå chöùc, coù ngöôøi ñaõ goïi “tetra-ethyl chì” laø thuû phaïm gieát ngöôøi. Ñeán naêm 1975, Myõ chính thöùc pheâ chuaån quyeát ñònh caét giaûm haøm löôïng “tetra-ethyl chì” coù trong xaêng, vaø ñeán naêm 1986 caám hoaøn toaøn vieäc saûn suaát vaø söû duïng xaêng pha chì. ÔÛ chaâu AÂu, xaêng pha chì ñöôïc caám söû duïng vaøo nhöõng naêm 1990. Coøn ôû Vieät Nam, ngaøy 01/11/2001, Thuû töôùng chính phuû cuõng ñaõ ra quyeát ñònh caám söû duïng xaêng pha chì treân phaïm vi toaøn quoác. Quyeát ñònh khai tröø “tetra-ethyl chì” coù trong xaêng laø moät quyeát ñònh saùng suoát nhaèm baûo söùc khoeû cho nhaân loaïi treân toaøn caàu. Baûng 7.1 giôùi thieäu chæ tieâu cuûa xaêng oâ toâ, duøng chæ soá octan ñeå kyù hieäu cho loaïi xaêng chöõ M. Baûng 7.1. Caùc chæ tieâu cuûa xaêng oâ toâ Chæ tieâu chaát löôïng Haïng muïc 66/M 70/M 74/M 76/M 80/M 85/M Soá octan 66 70 74 76 80 85 o Ñieåm chöng caát ( C) 75 75 10%, khoâng quaù 79 79 70 75 - 50%, khoâng quaù 145 145 105 120 120 120 - 180 180 180 90%, khoâng quaù 195 195 165 - Ñieåm khoâ, khoâng quaù 205 205 180 195 195 195 - Toån thaát (%) 4,5 4,5 2,5 3,5 3,5 3,5 Löôïng vaät soùt (%) 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 AÙp suaát hôi baûo hoaø (mmHg), khoâng quaù 500 500 500 500 500 500 Thaønh phaàn keo (mg/100ml), khoâng quaù 7 7 2 7 10 10 Löu huyønh S (%), khoâng quaù 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Ñoä axít (mgKOH/100ml), khoâng quaù 3 3 0,15 3 3 3 II.2. Daàu Diesel Nhieân lieäu Diesel khoâng nhöõng ñöôïc duøng trong caùc ñoäng cô Diesel maø coøn duøng trong caùc tuabin khí, ñoäng cô taøu thuûy. Thaønh phaàn chuû yeáu cuûa nhieân lieäu laø caùc hôïp chaát hydrocacbon coù trong caùc phaân ñoaïn chöng caát chöng caát töø daàu thoâ. Nhö vaäy veà baûn chaát hoùa hoïc, nhieân lieäu Diesel coù caùc thaønh phaàn hydrocacbon traùi ngöôïc vôùi caùc thaønh phaàn trong xaêng. Chính söï khaùc nhau naøy, ñaõ daãn ñeán söï khaùc nhau veà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel. Vì nguyeân nhaân ñoù, trong coâng taùc vaän chuyeån, baûo quaûn caàn traùnh khoâng ñeå hai loaïi nhieân lieäu naøy laãn vaøo nhau. Söï troän laãn hai loaïi nhieân lieäu vaøo nhau seõ daãn tôùi hoaït ñoäng khoâng bình thöôøng trong caû hai loaïi ñoäng cô. Ngoaøi ra trong nhieân lieäu Diesel coøn coù chöùa moät soá phuï gia nhaèm caûi thieän phaàn naøo chaát 108
  4. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng löôïng nhieân lieäu nhö phuï gia caûi thieän trò soá xeâtan, phuï gia choáng ñoâng,... II.2.1. Phaân loaïi daàu Diesel Döïa theo toác ñoä ñoäng cô vaø trò soá xeâtan cuûa nhieân lieäu, coù hai nhoùm nhieân lieäu Diesel thöông phaåm hieän nay: 1) Nhoùm 1: Nhieân lieäu Diesel duøng cho ñoäng cô cao toác, phaân thaønh hai loaïi nhieân lieäu: Loaïi thöôøng: coù chæ soá xeâtan baèng 52 nhöng phaïm vi ñoä soâi roäng hôn 175 ÷ 345oC, thöôøng - ñöôïc saûn xuaát baèng caùch pha troän theo nhöõng tyû leä hôïp lyù caùc phaân ñoaïn cuûa daây chuyeàn cheá bieán. Nhieân lieäu naøy cuõng duøng cho ñoäng cô cao toác, nhöng chaát löôïng keùm hôn loaïi cao caáp. Loaïi cao caáp: coù chæ soá xeâtan baèng 50 vaø phaïm vi ñoä soâi 180 ÷ 320oC, ñöôïc duøng cho ñoäng - cô toác ñoä cao nhö caùc loaïi xe buyùt, xe oâ toâ vaø xe taûi. Loaïi naøy thöôøng ñöôïc saûn xuaát töø phaân ñoaïn chöng caát tröïc tieáp. 2) Nhoùm 2: Nhieân lieäu Diesel cho ñoäng cô toác ñoä thaáp Nhieân lieäu Diesel trong nhoùm naøy cuõng ñoøi hoûi coù nhöõng tieâu chuaån chaát löôïng töông töï nhö nhieân lieäu cho ñoäng cô cao toác, tuy nhieân chæ soá xeâtan cuûa chuùng keùm hôn, chæ baèng 40 ÷ 45, ñoä bay hôi thaáp vaø ñieåm soâi cuoái cao hôn (360 ÷ 370oC). Theo TCVN 5689 – 1997, döïa vaøo haøm löôïng löu huyønh coù theå phaân chia nhieân lieäu Diesel thaønh hai loaïi sau: - Nhieân lieäu Diesel coù haøm löôïng löu huyønh khoâng lôùn hôn 0,5% khoái löôïng, kyù hieäu laø DO 5,5% S - Nhieân lieäu Diesel coù haøm löôïng löu huyønh lôùn hôn töø 0,5 ñeán 1,0% khoái löôïng, kyù hieäu laø DO 1% S. II.2.2. Caùc chæ tieâu chaát löôïng cuûa nhieân lieäu Diesel Ñeå ñoäng cô Diesel hoaït ñoäng oån ñònh, ñoøi hoûi nhieân lieäu Diesel phaûi ñaûm baûo caùc chæ tieâu chaát löôïng nhö sau: - Tính chaùy cuûa nhieân lieäu Diesel phaûi phuø hôïp, ñaëc ñieåm naøy bieåu thò khaû naêng töï chaùy thoâng qua chæ tieâu chaát löôïng vaø trò soá xeâtan. - Ñoä bay hôi hôïp lyù, bôûi tính bay hôi cuûa nhieân lieäu Diesel aûnh höôûng raát lôùn ñeán chaát löôïng hoãn hôïp. - Tính löu chuyeån toát trong moïi ñieàu kieän thôøi tieát, tính chaát naøy raát quan troïng khi ñoäng cô Diesel laøm vieäc ôû caùc vuøng coù nhieät ñoä moâi tröôøng thaáp. Chaát löôïng naøy ñöôïc ñaùnh giaù qua chæ tieâu ñoä nhôùt vaø nhieät ñoä ñoâng ñaëc. - Khoâng gaây hieän töôïng oxy hoaù vaø aên moøn beà maët caùc chi tieát cuûa ñoäng cô. - Baûo ñaûm tính an toaøn chaùy noå khi vaän chuyeån, löu tröõ vaø vaän haønh ñoäng cô. Chæ tieâu chaát löôïng cuûa caùc loaïi nhieân lieäu Diesel ñöôïc theå hieän treân baûng 7.2, ngöôøi ta laáy nhieät ñoä keát tuûa laøm soá hieäu cho nhieân lieäu Diesel. 109
  5. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Baûng 7.2. Caùc chæ tieâu cuûa nhieân lieäu Diesel Chæ tieâu chaát löôïng Nhieân lieäu Diesel nheï Diesel Haïng muïc chöng Soá 10 Soá 0 Soá -10 Soá -20 Soá -30 caát Soá xeâtan khoâng thaá p hôn 50 50 50 45 43 55 Ñieåm chöng caát 50%, khoâng quaù 300 300 300 300 300 290 - 90%, khoâng quaù 355 355 350 350 -- 350 - 95%, khoâng quaù 365 365 -- -- 350 -- - o Ñoä nhôùt (20 C) Töông ñoái (oE) 1,2 ÷ 1,67 1,2 ÷ 1,67 1,2 ÷ 1,67 1,15 ÷ 1,67 1,15 ÷ 1,67 - Vaän ñoäng (milipoa) 3,0 ÷ 8,0 3,0 ÷ 8,0 3,0 ÷ 8,0 2,5 ÷ 8,0 2,5 ÷ 7,0 3,5 ÷ 8,0 - Löôïng vaät soùt (%), khoâng quaù 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 Buïi (%), khoâng quaù 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,03 Ñieåm baét löûa (%), khoâng nhoû hôn 65 65 65 65 50 60 Ñoä axít (mgKOH/100ml), khoâng quaù 10 10 10 10 10 3 Ñieåm keát tuûa (oC), khoâng quaù +10 0 -10 -20 -35 -10 Löôïng keo (mg/100ml), khoâng quaù 70 70 70 70 70 Haøm löôïng S (%), khoâng quaù 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 II.3. Caùc loaïi nhieân lieäu khí Nhieân lieäu khí (gas) ñöôïc duøng trong caùc ñoäng cô ñoát trong bao goàm khí thieân nhieân laáy töø caùc moû khí; khí coâng nghieäp laáy töø vieäc tinh luyeän daàu moû, töø trong caùc loø luyeän coác vaø loø cao; vaø khí loø ga laáy töø vieäc khí hoaù caùc nhieân lieäu raén trong caùc thieát bò ñaëc bieät. Baát kyø moät loaïi nhieân lieäu theå khí naøo ñeàu laø moät hoãn hôïp cô hoïc cuûa nhieàu loaïi khí chaùy vaø khí trô khaùc nhau. Thaønh phaàn chuû yeáu cuûa nhieân lieäu theå khí goàm: cacbonmonoxít (CO), metan (CH4), caùc loaïi hydrocacbon (CnHm), cacbondioxít (CO2), hyñro (H2), hydrosunfur (H2S) vaø caùc thöù khí trô maø chuû yeáu laø nitô (N2) vôùi nhöõng tyû leä raát khaùc nhau. Noùi chung coù theå bieåu thò coâng thöùc hoaù hoïc cuûa baát kyø moät chaát thaønh phaàn naøo coù trong nhieân lieäu theå khí coù chöùa cacbon (C )vaø hydro (H) hoaëc oxy (O) döôùi daïng: CnHmOr (trong ñoù: n = 0 ÷ 5, m = 0 ÷ 12, r = 0 ÷ 2). Neáu haøm löôïng cuûa töøng chaát thaønh phaàn trong 1 kmol (hoaëc m3) nhieân lieäu theå khí bieåu thò theo phaàn traêm cuûa theå tích vaø kyù hieäu caùc chaát thaønh phaàn ñoù baèng caùc coâng thöùc hoaù hoïc cuûa chuùng thì thaønh phaàn cuûa nhieân lieäu theå khí ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: ∑ C n H m O r + N 2 = 1kmol (1 m3 tieâu chuaån) Neáu caên cöù vaøo nhieät trò thaáp thì nhieân lieäu theå khí coù theå chia laøm ba loaïi: 1) Nhieân lieäu coù nhieät trò lôùn Loaïi naøy bao goàm khí thieân nhieân vaø khí thu ñöôïc khi khai thaùc hoaëc tinh luyeân daàu moû hay khí nhaân taïo (qua cracking), thaønh phaàn chuû yeáu cuûa loaïi khí naøy laø meâtan (CH4) chieám töø 30 ÷ 99%, coøn laïi laø caùc hyñrocacbon khaùc. Coù Qm > 23 MJ/m3 (vôùi Qm laø nhieät trò cuûa 1 m3 n hieân lieäu khí). 110
  6. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng 2) Nhieân lieäu khí coù nhieät trò trung bình QH = 16 ÷ 23 MJ/m3 Loaïi naøy bao goàm caùc loaïi khí thu ñöôïc töø luyeän coác, thaønh phaàn chuû yeáu laø H2 (chieám khoaûng 40 ÷ 60%), coøn laïi laø CH4 vaø CO. 3) Nhieân lieäu khí coù nhieät trò nhoû QH = 4 ÷ 16 MJ/m3 Loaïi naøy bao goàm khí loø cao vaø khí loø ga. Thaønh phaàn chuû yeáu laø CO vaø H2 chieám khoaûng 40%, coøn laïi laø caùc loaïi khí trô nhö N2 vaø CO2. Caên cöù vaøo tính chaát, phöông phaùp chöng caát vaø löu tröõ coù caùc loaïi sau: II.3.1. Khí daàu moû hoaù loûng LPG (Liquefied Petroleum Gas) Thaønh phaàn chuû yeáu cuûa khí hoaù loûng laø hoãn hôïp propan (vaø butan (C4H10), thu ñöôïc töø khí ñoàng haønh khi khai thaùc daàu moû hoaëc caùc nhaø maùy loïc daàu, noù ñöôïc cheá bieán töø daàu moû coù thaønh phaàn hoãn hôïp nhö sau.: - Hôi butan (C4H10) 89%. - 6 % hôi butylen (C4H8). - 2% hôi iso-pentan (C5H12). Caùc loaïi hôi naøy boác ra trong quaù trình khai thaùc daàu moû vaø chöng caát daàu thoâ, taïi ñaây ngöôøi ta bieán noù thaønh theå loûng ñeå löu tröõ vaø coù thaønh phaàn chuû yeáu laø propan vaø butan theo nhöõng tyû leä khaùc nhau. Tuyø theo nhu caàu söû duïng vaø tính naêng laøm vieäc maø thaønh phaàn tæ leä theo theå tích cuûa (propan : butan) seõ khaùc nhau, chuùng coù theå laø (50 : 50) hoaëc (60 : 40) hay (70 : 30). Thaønh phaàn khí ñoát hoaù loûng: khí ñoát hoaù loûng maø hieän nay chuùng ta ñang söû duïng coù thaønh phaàn chuû yeáu (propan : butan) theo theå tích laø (50 : 50). Ñoái vôùi nhieân lieäu khí duøng cho ñoäng cô ñoát trong thì tæ leä giöõa propan vaø butan cuõng khoâng aûnh höôûng nhieàu ñeán tính naêng laøm vieäc cuûa ñoäng cô, tuy nhieân neáu haøm löôïng cuûa propan lôùn hôn butan thì quaù trình boác hôi cuûa nhieân lieäu nhanh hôn, khi ñoäng cô laøm vieäc noàng ñoä CO trong khoâng khí thaûi ít hôn do löôïng cacbon cuûa propan nhoû hôn butan vaø ngöôïc laïi. Ñaëc tính cuûa khí ñoát hoaù loûng 1) Tính hoaù lyù Khoâng maøu, khoâng muøi, nhöng ñöôïc taïo muøi ñeå deã phaùt hieän khi bò roø ræ. Tæ troïng khí hoaù loûng nheï hôn nöôùc: 0,54 ÷ 0,56 kg/lít. Butan = 1.900oC. Nhieät ñoä ngoïn löûa cao: Propan = 1.935oC. Tæ leä hoaù hôi cuûa khí hoaù loûng naøy trong khoâng khí theå tích taêng leân 250 laàn. Laø loaïi chaát ñoát saïch do haøm löôïng löu huyønh gaàn nhö khoâng ñaùng keå (< 0,02%) vaø cuõng khoâng chöùa caùc chaát ñoäc khaùc nhö chì, hydrocacbon (chöùa trong saûn vaät chaùy coøn ñoäc hôn caû CO) do ñaëc tính chaùy heát neân khoâng taïo muoäi than, khoùi, khí CO. 111
  7. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Laø loaïi khí coù khaû naêng hoaù loûng ôû aùp suaát khoâng cao (töø 3 ÷ 14 kg/cm2), nhôø ñoù 5.000 lít coù theå hoaù loûng chöùa trong moät bình chöùa khoaûng 20 lít, do vaäy noù thuaän tieän hôn trong vieäc chuyeân chôû. Thoâng thöôøng caùc bình chæ chöùa ñöôïc gas loûng toái ña khoaûng töø 80 ÷ 85%, coøn laïi töø 15 ÷ 20 % cho phaàn hôi giaõn nôû do nhieät ñoä taêng. Do LPG coù hai traïng thaùi loûng vaø hôi neân caùc bình chöùa khí duøng treân oâ toâ ñöôïc laép ñaët van tieâu thuï, moät van daãn hôi hoaù loûng, moät van daãn khí hoaù loûng. 2) Tính ñoäc haïi LPG khoâng ñoäc haïi, tuy nhieân khoâng neân hít vaøo vôùi löôïng lôùn vì coù theå laøm say hay bò ngaït thôû vaø cuõng khoâng neân ôû nhöõng nôi coù ñaày hôi LPG vì ngoaøi nguy hieåm do tính deã chaùy coøn coù theå gaây ngaït do thieáu oxy. II.3.2. Khí thieân nhieân NGV (Natural Gas Vehicle) Nhieân lieäu khí duøng trong ñoäng cô ñoát trong ñöôïc laáy töø caùc moû khí. Baát kyø moät loaïi khí thieân nhieân naøo bao giôø cuõng chöùa moät hôïp coù nhieân lieäu khí chaùy vaø khí trô khaùc nhau. Thaønh phaàn cuûa khí thieân nhieân bao goàm:CO, CH4, CnHm, CO2, H2S,... Caên cöù vaøo phöông phaùp löu tröõ khí, khí thieân nhieân ñöôïc chia laøm ba loaïi. 1) Khí neùn CNG (Compress Natural Gas) Ñaây laø loaïi khí ñöôïc laáy töø caùc moû daàu hay khí töø thieân nhieân. Khí neùn CNG ñöôïc neùn vaøo boàn chöùa vôùi aùp suaát cao khoaûng 250 bar, baèng moät maùy neùn khí. Maùy neùn khí naøy laáy töø ñöôøng oáng hay töø traïm ñieàu aùp, vaø ñöôïc neùn vôùi aùp suaát yeâu caàu cuûa boàn chöùa. Vieäc söû duïng boàn chöùa khí neùn cuõng gioáng nhö vieäc duøng bình chöùa khí neùn trong xe, moãi bình chöùa khí neùn coù dung tích 40 ÷ 50 lít, coù töø 12 ÷ 15 kg khí neùn ôû aùp suaát laø 250 bar. 2) Khí hoaù loûng LNG (Liquefied Natural Gas) Ñaây laø khí thieân nhieân ôû daïng loûng, khi khí thieân nhieân ñöôïc laøm laïnh tôùi möùc aâm döôùi 161oC. Noù trôû thaønh daïng loûng trong suoát vaø khoâng muøi. LNG khoâng ñoäc vaø cuõng khoâng phaûi laø chaát aên moøn kim loaïi. Thaønh phaàn chính cuûa LNG laø meâtan vaø coù theâm moät soá hôïp chaát hoaù hoïc khaùc nhö nöôùc, cacbondioxít, nitô, oxy vaø moät soá hôïp chaát cuûa löu huyønh. Trong suoát quaù trình hoaù loûng, khí LNG laïnh hôn ôû döôùi ñieåm soâi vaø loaïi boû bôùt caùc hôïp chaát. Khí coøn laïi chuû yeáu laø meâtan vaø moät ít khí hyñroâ. LNG chæ naëng baèng moät nöûa troïng löôïng cuûa nöôùc neân chính vì ñieàu naøy noù noåi leân treân nöôùc. Khí hoaù loûng ñöôïc naïp vaøo boàn chöùa vôùi aùp suaát khoaûng 8,9 bar, vôùi dung tích löu tröõ töø 1.420 ÷ 4.500 lít, nhöõng boàn chöùa lôùn ñöôïc thieát keá baèng nhöõng vaùch ñoâi vaø vôùi chaát caùch nhieät vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi. 3) Khí haáp thuï ANG (Air Natural Gas) Khí haáp thuï laø moät khí thieân nhieân coù theå löu tröõ hoaøn toaøn trong oáng mao daãn cacbon hoaït tính. AÙp suaát löu tröõ cho khí haáp thuï töø 3 ÷ 4 MPa thaáp hôn so vôùi aùp suaát khí neùn. III. CAÙC TÍNH CHAÁT CÔ BAÛN CUÛA NHIEÂN LIEÄU DUØNG TREÂN ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG III.1. Nhieät trò cuûa nhieân lieäu Nhieät trò cuûa nhieân lieäu laø nhieät löôïng thu ñöôïc khi ñoát chaùy hoaøn toaøn 1kg (hoaëc 1m3) nhieân lieäu trong ñieàu kieän tieâu chuaån (P = 760 mmHg vaø t = 0oC). 112
  8. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Ñeå xaùc ñònh nhieät trò, ngöôøi ta ñoát nhieân lieäu ôû nhieät ñoä moâi tröôøng, nhieät löôïng sinh ra do nhieân lieäu boác chaùy seõ ñöôïc nöôùc haáp thu vaø laøm laïnh saûn vaät chaùy tôùi ñuùng baèng nhieät ñoä moâi tröôøng tröôùc khi ñoát. Sau ñoù döïa vaøo löôïng nhieät tieâu hao, löu löôïng vaø möùc taêng nhieät ñoä cuûa nöôùc seõ tính ñöôïc nhieät trò cuûa nhieân lieäu. Tuyø theo ñieàu kieän caáp nhieät cuûa moâi chaát vaø chu trình coâng taùc treân ñoäng cô, nhieân lieäu coù caùc loaïi nhieät trò sau: III.1.1. Nhieät trò ñaúng aùp (Qp) Nhieät trò ñaúng aùp (Qp) laø nhieät löôïng thu ñöôïc sau khi ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg (hoaëc 1 m3) nhieân lieäu trong ñieàu kieän aùp suaát moâi chaát tröôùc vaø sau khi ñoát baèng nhau. III.1.2. Nhieät trò ñaúng tích (Qv) Nhieät trò ñaúng tích (Qv) laø nhieät löôïng thu ñöôïc sau khi ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg (hoaëc 1 m3) nhieân lieäu trong ñieàu kieän theå tích moâi chaát tröôùc vaø sau khi ñoát baèng nhau. Nhieät trò ñaúng aùp vaø nhieät trò ñaúng tích quan heä vôùi nhau qua bieåu thöùc: Qv = Qp + pt.(Vs – Vt), (J/m3) (7.1) 2 Trong ñoù: pt (N/m ) – aùp suaát moâi chaát tröôùc khi chaùy. Vt, Vs (m3) – theå tích hoaø khí tröôùc khi chaùy vaø cuûa saûn vaät chaùy (ñaõ quy veà aùp suaát pt vaø nhieät ñoä to tröôùc khi chaùy. III.1.3. Nhieät trò cao (Qc) Nhieät trò cao (Qc) laø toaøn boä nhieät löôïng thu ñöôïc sau khi ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg (hoaëc 1 m3) nhieân lieäu, trong ñoù coù caû nhieät löôïng do hôi nöôùc trong saûn vaät chaùy ngöng tuï thaønh nöôùc nhaû ra, sau khi saûn vaät chaùy ñöôïc laøm laïnh tôùi baèng nhieät ñoä tröôùc khi chaùy (coøn goïi laø nhieät aån trong hôi nöôùc). III.1.4. Nhieät trò thaáp (Qt) Treân thöïc teá, khi ñoäng cô ñoát chaùy hoãn hôïp, saûn vaät chaùy ñöôïc thaûi ra ngoaøi vôùi nhieät ñoä raát cao trong quaù trình thaûi do ñoù hôi nöôùc trong khí xaû chöa kòp ngöng tuï thaønh nöôùc ñaõ bò thaûi ra ngoaøi. Vì vaäy, chu trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô khoâng duøng löôïng nhieät aån naøy ñeå sinh coâng. Do ñoù, khi tính toaùn chu trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô, ngöôøi ta duøng nhieät trò thaáp Qt, nhoû hôn Qc moät löôïng vöøa baèng nhieät aån hoaù hôi cuûa nöôùc ñöôïc taïo ra khi chaùy. Nhieät trò cao Qc v aø nhieät trò thaáp cuûa nhieân lieäu loûng vaø nhieân lieäu khí ñöôïc xaùc ñònh qua caùc bieåu thöùc sau: - Nhieân lieäu loûng: (nhieät trò cuûa 1 kg) Qtk = Qck – 2,512.(9h + w), (MJ/kg). (7.2) Trong ñoù: Qtk – nhieät trò thaáp cuûa nhieân lieäu loûng. Qck – nhieät trò cao cuûa nhieân lieäu loûng. h – thaønh phaàn khoái löôïng cuûa hydro trong nhieân lieäu. w – thaønh phaàn khoái löôïng cuûa nöôùc trong nhieân lieäu . 2,512 MJ/kg – nhieät aån cuûa 1 kg hôi nöôùc. Nhieân lieäu khí: (nhieät trò cuûa 1 m3 tieâu chuaån) - 113
  9. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng  18  m ∑ 2 C n H m O r  , (MJ/m3) (7.3) Q tm = Q cm − 2,512.  22,4  Trong ñoù: 18 – phaân töû löôïng cuûa hôi nöôùc. 22,4 (m3) – theå tích phaân töû cuûa hôi nöôùc ôû ñieàu kieän tieâu chuaån. m – theå tích hôi nöôùc khi ñoát m.h kg khí hydro. 2 Qtm – nhieät trò thaáp cuûa nhieân lieäu khí. Qcm – nhieät trò thaáp cuûa nhieân lieäu khí. Nhieät trò thaáp cuûa nhieân lieäu loûng hoaëc nhieâu lieäu khí coù theå tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc Menñeâleâeùp sau ñaây, neáu bieát thaønh phaàn khoái löôïng cuûa nhieân lieäu loûng hoaëc thaønh phaàn theå tích cuûa nhieân lieäu khí. - Nhieân lieäu loûng: Qtk = 33,915C + 126,0.h – 10,89(Onl – s) – 2,512(9h + w), (MJ/kg) (7.4) - Nhieân lieäu khí: Qtm = (12,8CO + 10,8 H2 + 35,8CH4 + 56,0C2H2 + 59,5C2H4 + 63,4C2H6 + 91C3H8 + 120C4H10 + 144C5H12), (J/m3) (7.5) Treân (baûng 7.3) cho caùc giaù trò nhieät trò thaáp cuûa caùc loaïi nhieân lieäu loûng vaø khí. Thaønh phaàn Phaân töû löôïng, Nhieät trò thaáp, Ghi khoái löôïng Qt (MJ/kg) chuù µnl Loaïi nhieân lieäu c h Onl Xaêng maùy bay 0,853 0,147 -- 95 – 100 44,17 Xaêng oâ toâ 0,855 0,145 -- 110 – 120 43,96 Xaêng thoâ 0,860 0,14 -- 130 – 140 43,55 Nhieân Daàu hoaû maùy keùo 0,860 0,137 0,003 160 – 180 43,13 lieäu Nhieân lieäu Diesel nheï 0,870 0,126 0,004 170 – 200 42,5 loûng Nhieân lieäu Diesel naëng 0,870 0,125 0,005 220 – 280 41,87 Coàn 94o (nöôùc 6%) 0,49 0,123 0,327 42 25,12 Pentan 0,833 0,167 -- 72 45,43 OÂctan 0,841 0,159 -- 114 44,68 Khí thieân nhieân: - moû khí 34,8 – 35,6 - khí buøn ao 30,15 Khí coâng nghieäp: - khí daàu moû 41,3 – 68,12 Nhieân - Cracking nhieân lieäu loûng 62,91 lieäu - Cracking nhieân lieäu khí 57,25 khí - Luyeän coác 16,748 - Loø cao (luyeän gang) 3,977 Khí loø ga: - Than buøn 6,415 - Cuûi 4,681 114
  10. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng III.2. Nhieät ñoä beùn löûa vaø nhieät ñoä töï boác chaùy III.2.1. Nhieät ñoä beùn löûa Nhieät ñoä beùn löûa laø nhieät ñoä thaáp nhaát ñeå hoaø khí beùn löûa. Nhieät ñoä beùn löûa phaûn aùnh soá löôïng thaønh phaàn chöng caát nheï cuûa nhieân lieäu, noù ñöôïc duøng laøm chæ tieâu phoøng hoaû ñoái vôùi nhieân lieäu duøng treân taøu thuyû. Ñeå traùnh cho nhieân lieäu coù theå beùn löûa ôû ñieàu kieän söû duïng, nhieät ñoä beùn löûa cuûa nhieân lieäu duøng treân taøu thuyû khoâng ñöôïc thaáp hôn 65oC. III.2.2. Nhieät ñoä töï boác chaùy Nhieät ñoä töï boác chaùy laø nhieät ñoä thaáp nhaát ñeå hoaø khí töï boác chaùy maø khoâng caàn nguoàn nhieät ñeå chaâm chaùy. Nhieät ñoä töï chaùy cuûa hoaø khí phuï thuoäc vaøo loaïi nhieân lieäu. Thoâng thöôøng phaân töû löôïng caøng lôùn thì nhieät ñoä töï chaùy caøng nhoû vaø ngöôïc laïi. Ngoaøi ra, nhieät ñoä töï chaùy cuûa nhieân lieäu coøn phuï thuoäc vaøo khoái löôïng rieâng (tyû troïng) cuûa hoaø khí. Khoái löôïng rieâng cuûa hoaø khí caøng lôùn thì nhieät ñoä töï chaùy caøng thaáp vaø ngöôïc laïi, bôûi vì soá laàn va ñaäp giöõa caùc phaân töû tham gia phaûn öùng trong moät ñôn vò thôøi gian tyû leä thuaän vôùi maät ñoä. III.3. Tính choáng kích noå cuûa nhieân lieäu duøng cho ñoäng cô ñaùnh löûa cöôõng böùc Quaù trình chaùy cuûa ñoäng cô ñoát trong hình thaønh hoaø khí beân ngoaøi, ñoát chaùy cöôõng böùc baèng tia löûa ñieän ñöôïc baét ñaàu töø khi tia löûa ñieän phoùng qua hai ñieän cöïc cuûa buogie, töø ñoù maøng löûa hình thaønh vaø lan truyeàn khaép buoàng chaùy ñeå ñoát heát hoaø khí trong buoàng chaùy. Neáu chaùy ñuùng quy luaät bình thöôøng, toác ñoä lan truyeàn maøng löûa khoaûng 20 ÷ 40 m/s. Khi xaûy ra kích noå toác ñoä lan truyeàn cuûa maøng löûa coù theå ñaït 1.500 ÷ 2.000 m/s, do soá hoaø khí ôû xa ñieän cöïc bougie bò doàn eùp laøm taêng nhanh aùp suaát vaø nhieät ñoä khieán noù töï boác chaùy khi maøng löûa chöa kòp lan tôùi. Hieän töôïng kích noå phaùt sinh ra soùng kích noå vôùi cöôøng ñoä lôùn gaây tieáng goõ kim loaïi vaø nhieät ñoä cao (coù khu vöïc tôùi 4.000oC) gaây taùc haïi nghieâm troïng ñeán ñoäng cô. Chính vì vaäy ngöôøi ta tìm moïi bieän phaùp ñeå traùnh xaûy ra kích noå, tröôùc tieân laø giaûi phaùp veà nhieân lieäu. Kích noå lieân quan maät thieát ñeán tính töï chaùy cuûa nhieân lieäu, neáu nhieân lieäu caøng khoù töï chaùy thì hieän töôïng kích noå caøng khoù xaûy ra. Tính choáng kích noå cuûa nhieân lieäu ñöôïc ñaùnh giaù baèng tyû soá neùn coù lôïi nhaát. Khi thöïc nghieäm ngöôøi ta taêng daàn tyû soá neùn cho tôùi khi xaûy kích noå seõ tìm ñöôïc tyû soá neùn coù lôïi cuûa nhieân lieäu caàn khaûo nghieäm. Nhieân lieäu coù tyû soá neùn coù lôïi caøng lôùn thì tính choáng kích noå cuûa noù caøng cao. Treân thöïc teá, ngöôøi ta duøng chæ soá octan ñeå ñaùnh giaù tính choáng kích noå cuûa nhieân lieäu. Baûn chaát cuûa vieäc xaùc ñònh soá octan laø vieäc so saùnh nhieân lieäu khaûo nghieäm vôùi nhieân lieäu maãu, khi ñoäng cô laøm vieäc trong nhöõng ñieàu kieän ñöôïc quy ñònh moät caùch chaët cheõ. Nhieân lieäu maãu bao goàm hai thaønh phaàn: izoâoctan (2, 2, 4 - izoâoctan C8H18) vaø heptan chính (C7H16) coù tính chaát lyù hoaù töông töï nhau nhöng khaùc nhau veà tính choáng kích noå (tính töï chaùy). Khaû naêng choáng kích noå cuûa izoâoctan laø 100 ñôn vò, coøn heptan chình laø 0 ñôn vò. Khi hoaø troän hai thaønh phaàn naøy theo tyû leä theå tích khaùc nhau seõ ñöôïc caùc hoãn hôïp cuûa nhieân lieäu maãu vôùi soá octan thay ñoåi töø 0 ñeán 100 ñôn vò. H 2, 2, 4 – izoâoctan (caùc soá 2, 2, 4 – chæ roõ thöù töï HHCHH H H cuûa cacbon maïch nhaùnh). HC C C C CH Coâng thöùc laø CH3C(CH3)2CH2CHCH3CH3 hoaëc HHCH HHCHH H H 115
  11. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Nhö vaäy, soá octan laø chæ tieâu ñaùnh giaù tính choáng kích noå cuûa nhieân lieäu. Giaù trò cuûa soá octan laø soá phaàn traêm (theo thaønh phaàn theå tích) haøm löôïng izoâoctan coù trong hoãn hôïp nhieân lieäu maãu vôùi chaát heptan chính. Neáu tính choáng kích noå cuûa nhieân lieäu thí nghieäm lôùn hôn so vôùi izoâoctan thì nhieân lieäu maãu duøng so saùnh laø hoãn hôïp cuûa izoâoctan vôùi teâtraeâtyl chì PbC2H5 hoaëc vôùi dung dòch eâtyl. Ngöôøi ta pha teâtraeâtyl chì vaøo nhieân lieäu ñeå laøm taêng khaû naêng choáng kích noå cuûa nhieân lieäu. Khi ñoù soá octan cuûa nhieân lieäu maãu naøy phuï thuoäc vaøo haøm löôïng PbC2H5 trong 1 kg izoâoctan. III.4. Tính töï chaùy cuûa nhieân lieäu duøng cho ñoäng cô Diesel Tính töï chaùy cuûa nhieân lieäu Diesel laø moät chæ tieâu quan troïng cuûa nhieân lieäu naøy. Trong ñoäng cô Diesel, nhieân lieäu ñöôïc phun vaøo buoàng chaùy ôû cuoái quaù trình neùn, nhieân lieäu khoâng chaùy ngay maø noù phaûi coù thôøi gian chuaån bò ñeå laøm thay ñoåi tính chaát hoaù lyù roài môùi boác chaùy. Thôøi gian tính töø luùc baét ñaàu phun nhieân lieäu ñeán khi hoaø khí boác chaùy goïi laø thôøi kyø chaùy treã vaø ñöôïc ño baèng goùc quay truïc khuyûu hay thôøi gian τ. Vì vaäy giaù trò τ lôùn hay nhoû seõ theå hieän ñöôïc tính töï chaùy laø deã hay khoù xaûy ra ñoái vôùi nhieân lieäu Diesel trong buoàng chaùy ñoäng cô. Treân thöïc teá, ngöôøi ta duøng caùc chæ tieâu sau ñeå ñaùnh giaù tính töï chaùy cuûa nhieân lieäu Diesel. 1) Tyû soá neùn tôùi haïn εth Tyû soá neùn tôùi haïn ñöôïc xaùc ñònh treân ñoäng cô thöû nghieäm thay ñoåi ñöôïc tyû soá neùn vaø tuaân theo caùc ñieàu kieän thí nghieäm moät caùch chaët cheõ. Cho ñoäng cô hoaït ñoäng baèng nhieân lieäu caàn thöû nghieäm, thay ñoåi tyû soá neùn ε sao cho thôøi kyø chaùy treã ñaït 130 goùc quay truïc khuyûu. Tyû soá neùn thu ñöôïc trong ñieàu kieän naøy chính laø tyû soá neùn tôùi haïn εth. Keát quaû thí nghieäm ruùt ra ñöôïc, nhieân lieäu naøo coù tyû soá neùn tôùi haïn caøng thaáp thì nhieân lieäu ñoù coù tính töï chaùy caøng cao. 2) Soá xeâtan Soá xeâtan cuûa nhieân lieäu Diesel laø soá phaàn traêm theå tích cuûa chaát xeâtan chính (C16H34) coù trong hoãn hôïp cuûa nhieân lieäu maãu, hoãn hôïp naøy coù tính töï chaùy beân trong ñoäng cô thöû nghieäm vöøa baèng tính töï chaùy cuûa nhieân lieäu caàn thöû nghieäm vôùi caùc ñieàu kieän thöû nghieäm ñöôïc quy ñònh moät caùch chaët cheõ. Nhieân lieäu maãu ñöôïc taïo thaønh bôûi hoãn hôïp cuûa hai hydrocacbon: chaát xeâtan chính (C16H34) vaø chaát – meâtylnaptalin ( – C10H7CH3) vôùi tính töï chaùy khaùc nhau. Tính töï chaùy cuûa xeâtan laø 100 ñôn vò, coøn – meâtylnaptalin laø 0 ñôn vò. Pha troän hai chaát treân theo tyû leä theå tích khaùc nhau, ta ñöôïc nhieân lieäu maãu coù tính töï chaùy thay ñoåi töø 0 ñeán 100. Hieän nay, ñeå ñaùnh giaù tính töï chaùy cuûa nhieân lieäu Diesel ngöôøi ta thöôøng duøng chæ soá xeâtan. Nhieân lieäu naøo coù chæ soá xeâtan caøng cao thì nhieân lieäu ñoù coù tính töï chaùy caøng cao. IV. PHAÛN ÖÙNG CHAÙY CUÛA NHIEÂN LIEÄU VAØ HEÄ SOÁ DÖ LÖÔÏNG KHOÂNG KHÍ IV.1. Phaûn öùng chaùy cuûa nhieân lieäu Hoaø khí duøng cho ñoäng cô ñoát trong coù hai thaønh phaàn: nhieân lieäu vaø khoâng khí. Muoán xaùc ñònh löôïng hoaø khí ñoái vôùi 1 kg nhieân lieäu, tröôùc tieân phaûi bieát löôïng khoâng khí lyù thuyeát ñeå ñoát chaùy hoaøn toaøn soá nhieân lieäu ñoù. 116
  12. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Baûn chaát quaù trình chaùy treân ñoäng cô laø quaù trình xaûy ra caùc phaûn öùng oâxy hoaù caùc hôïp chaát coù trong nhieân lieäu keøm theo ñieàu kieän toaû nhieät cuûa saûn vaät chaùy. Khi quaù trình chaùy hình thaønh, veà cô baûn coù caùc phaûn öùng hoaù hoïc sau: Khi ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg nhieân lieäu loûng, caùc thaønh phaàn c cuûa C vaø h cuûa H2 seõ chuyeån thaønh CO2 vaø H2O theo phöông trình sau: C + O2 = CO2 + Q1 (7.6) 1 H2 + O2 = H2O(theå nöôùc vaø theå hôi) + Q2 2 Neáu trong 1 kg nhieân lieäu loûng coù: c kg C, h kg H2 vaø Onl kg O2 thì phöông trình 7.6 töông ñöông vôùi. 12kg C + 32kg O2 = 44kg CO2 2kg H2 + 16kg O2 = 18kg H2O 8 11 Töø ñoù ta coù: ckg C + ckg O2 = ckg CO2 (7.7) 3 3 hkg H2 + 8hkg O2 = 9hkg H2O Neáu tính soá löôïng O2, CO2 vaø H2O theo ñôn vò kmol seõ ñöôïc: c c 2 kmol C + kmol O2 = kmol CO2 12 12 12 (7.8) h h h kmol H2 + kmol O2 = kmol H2O 2 4 2 Goïi O’o – laø löôïng oxy caàn thieát ñeå ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg nhieân lieäu loûng, (kg/kg nhieân lieäu) vaø Oo – laø löôïng oxy caàn thieát ñeå ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg nhieân lieäu loûng, (kmol/kg nhieân lieäu) Töø phöông trình 7.7 vaø 7.8 ta coù: 8 O’o = c + 8h – Onl, (kg/kg nhieân lieäu) 3 h O nl c Oo = + - , (kmol/kg nhieân lieäu) 12 4 32 Löôïng oxy duøng ñeå ñoát nhieân lieäu trong buoàng chaùy ñoäng cô laø löôïng oxy trong khoâng khí. Khoâng khí goàm hai thaønh phaàn chính laø O2 vaø N2. Tính theo thaønh phaàn khoái löôïng cuûa khoâng khí khoâ, oxy chieám 23,2%. Tính theo thaønh phaàn theå tích oxy chieám 21%. Löôïng khoâng khí lyù thuyeát caàn ñeå ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg nhieân lieäu loûng laø Lo (kg/kg nhieân lieäu) hoaëc Mo (kmol/kg nhieân lieäu). 1 8  O' o =  c + 8h − O nl  , (kg khoâng khí/kg nhieân lieäu) Lo = 0,232 0,232  3  (7.9) 1  c h O nl  Oo = +− Mo =  , (kmol khoâng khí/kg nhieân lieäu) 0,21 0,21  12 4 32  117
  13. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng IV.2. Heä soá dö löôïng khoâng khí Neáu löôïng khoâng khí thöïc teá ñöa vaøo ñoäng cô ñeå ñoát chaùy 1 kg nhieân lieäu loûng laø M (kmol/kg nhieân lieäu hoaëc L (kg/kg nhieân lieäu ) thì heä soá dö löôïng khoâng khí ñöôïc xaùc ñònh qua bieåu thöùc sau: M L α= = (7.10) M o Lo IV.2.1. Saûn vaät chaùy khi >1 Khi > 1, coù nghóa laø löôïng khoâng khí thöïc teá vaøo xylanh ñoäng cô nhieàu hôn löôïng khoâng khí lyù thuyeát caàn thieát ñeå ñoát chaùy hoaøn toaøn 1 kg nhieân lieäu loûng. Trong tröôøng hôïp naøy phaûn öùng chaùy xaûy ra hoaøn toaøn vaø saûn vaät chaùy bao goàm caùc thaønh phaàn sau: CO2, hôi nöôùc H2O, oxy dö O2 vaø N2 (chöùa trong khoâng khí ñi vaøo ñoäng cô). Saûn vaät chaùy cuûa 1 kg nhieân lieäu M2, ñöôïc tính: ch M2 = M CO2 + M H 2O + M O 2 + M N 2 = + + αM o − 0,21M o 12 2 h O nl = αM o + + , (kmol/kg nhieân lieäu) (7.11) 4 32 IV.2.1. Saûn vaät chaùy khi
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2