i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Luận án có sử
dụng một phần kết quả do tôi và nhóm nghiên cứu thực hiện trong đề tài cấp cơ sở
“Nghiên cứu tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ diesel khi sử dụng hỗn hợp
nhiên liệu diesel-ethanol và diesel-ethanol-biodiesel”, mã số T2018-PC-041 do
PGS.TS Phạm Hữu Tuyến là chủ nhiệm đề tài. Tôi đã đƣợc chủ nhiệm đề tài đồng ý
cho sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của đề tài cấp cơ sở vào việc viết luận án.
Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa
từng đƣợc ai công bố trong các công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Tập thể giáo viên hƣớng dẫn
Nghiên cứu sinh
GS.TS Phạm Minh Tuấn PGS.TS Phạm Hữu Tuyến
Nguyễn Văn Nhỉnh
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Cơ khí
Động lực, Bộ môn Động cơ đốt trong, Trung tâm nghiên cứu động cơ, nhiên liệu và
khí thải đã cho phép và giúp đỡ tôi thực hiện luận án trong thời gian học tập, nghiên
cứu tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Minh Tuấn và PGS.TS
Phạm Hữu Tuyến đã chu đáo, tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn
thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Tuyến là chủ nhiệm đề tài cấp
cơ sở mã số T2018-PC-041 đã đồng ý cho sử dụng một phần kết quả nghiên cứu
của đề tài vào việc viết luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
Hƣng Yên, Khoa Cơ khí Động lực cùng các thầy cô trong khoa đã ủng hộ và tạo
điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Giáo sƣ, Phó Giáo sƣ, Tiến sĩ và các nhà khoa
học đã dành thời gian quý báu để đọc và góp ý giúp tôi hoàn thiện luận án.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những ngƣời
đã luôn động viên khuyến khích trong suốt thời gian tham gia nghiên cứu và thực
hiện công trình này.
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Văn Nhỉnh
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .............................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... xi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
i. Sự cần thiết của đề tài ............................................................................................ 1
ii. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 2
iii. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2
iv. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................ 2
v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................ 3
vi. Tính mới của đề tài ................................................................................................. 3
vii. Bố cục của luận án ............................................................................................. 3
1.1. Khái quát chung về nhiên liệu sinh học ............................................................. 4
1.2. Nhiên liệu ethanol và biodiesel .......................................................................... 4
1.2.1. Nhiên liệu ethanol ............................................................................................ 4
1.2.2. Nhiên liệu biodiesel .......................................................................................... 8
1.3. Tình hình sản xuất ethanol và biodiesel ............................................................ 12
1.3.1. Trên thế giới ................................................................................................... 12
1.3.2. Tại Việt Nam .................................................................................................. 13
1.4. Các kết quả nghiên cứu sử dụng ethanol và biodiesel làm nhiên liệu cho động
cơ diesel .................................................................................................................... 15
1.4.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc .................................................................................. 15
1.4.2. Nghiên cứu trong nƣớc ................................................................................... 24
1.5. Hƣớng tiếp cận của luận án ............................................................................... 27
1.6. Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................. 27
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ
PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL-
ETHANOL-BIODIESEL ......................................................................................... 29
2.1. Tính chất hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol-biodiesel...................................... 29
2.1.1. Tính chất hỗn hợp diesel-ethanol .................................................................. 29
2.1.2. Tính chất của hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol-biodiesel ........................... 32
2.2. Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử dụng hỗn hợp diesel-ethanol-
biodiesel .................................................................................................................... 34
2.2.1. Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử dụng diesel khoáng .................... 34
2.2.2. Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử dụng hỗn hợp diesel-ethanol ..... 36
iv
2.2.3. Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử dụng hỗn hợp diesel-ethanol-
biodiesel .................................................................................................................... 38
2.3. Nghiên cứu cấu trúc tia phun khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp ........................ 39
2.3.1. Cấu trúc của tia phun trong động cơ .............................................................. 39
2.3.2. Cấu trúc tia phun với hỗn hợp nhiên liệu ....................................................... 43
2.4. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVL Boost ..................................... 44
2.4.1. Phƣơng trình nhiệt động học .......................................................................... 44
2.4.2. Lý thuyết tính toán quá trình cháy .................................................................. 46
2.4.3. Lý thuyết tính toán truyền nhiệt ..................................................................... 50
2.4.4. Lý thuyết tính toán lƣợng phát thải trong động cơ diesel .............................. 51
2.4.5. Mô hình nhiên liệu .......................................................................................... 53
2.5. Cơ sở phƣơng pháp lấy mẫu và đếm hạt trong khí thải động cơ ....................... 53
2.5.1. Thành phần và phân bố hạt theo kích thƣớc ................................................... 54
2.5.2. Sơ đồ hệ thống lấy mẫu trong phép đo số lƣợng hạt ...................................... 55
2.6. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................. 56
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ PHÁT
THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL-
ETHANOL-BIODIESEL ......................................................................................... 58
3.1. Xây dựng mô hình động cơ diesel và đánh giá độ tin cậy của mô hình. ........... 58
3.1.1. Mục đích và đối tƣợng mô phỏng .................................................................. 58
3.1.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ ........................................................... 60
3.1.3. Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng. .................................................. 64
3.2. Tính toán mô phỏng tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ khi sử dụng
hỗn hợp nhiên liệu diesel-ethanol và diesel-ethanol-biodiesel................................. 67
3.2.1. Kết quả mô phỏng khi sử dụng nhiên liệu diesel-ethanol .............................. 67
3.2.2. Kết quả mô phỏng khi sử dụng nhiên liệu diesel-ethanol-biodiesel .............. 73
3.3. Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................. 83
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...................................................... 85
4.1. Mục đích thử nghiệm ....................................................................................... 85
4.2. Phƣơng pháp, đối tƣợng và chế độ thử nghiệm ............................................... 85
4.2.1. Phƣơng pháp thử nghiệm ............................................................................... 85
4.2.2. Đối tƣợng thử nghiệm .................................................................................... 85
4.2.3. Chế độ thử nghiệm ......................................................................................... 86
4.3. Trang thiết bị thử nghiệm ................................................................................ 86
4.3.1. Sơ đồ bố trí thử nghiệm ................................................................................. 86
4.3.2. Các thiết bị thử nghiệm chính ........................................................................ 87
v
4.4. Nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc chùm tia phun nhiên liệu diesel, DE5, DE10,
DE5B5 và DE10B5 .................................................................................................. 91
4.4.1. Các thiết bị sử dụng nghiên cứu ..................................................................... 91
4.4.2. So sánh cấu trúc chùm tia phun nhiên liệu diesel, DE5, DE10, DE5B5 và
DE10B5 .................................................................................................................... 92
4.5. Kết quả thử nghiệm động cơ trên băng thử ....................................................... 94
4.5.1. Tính năng kỹ thuật của động cơ và diễn biến áp suất trong xylanh ............... 94
4.5.2. Ảnh hƣởng của hỗn hợp nhiên liệu tới phát thải động cơ .............................. 98
4.6. So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm với nhiên liệu DE10B5 ....... 109
4.7. Tính toán sơ bộ lƣợng ethanol thay thế diesel ................................................. 111
4.8. Kết luận chƣơng 4 ........................................................................................... 112
KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................. 114
HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................................................................. 115
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 116
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................. 121
MỤC LỤC PHỤ LỤC ............................................................................................ 122