Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài là chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng ống nano-cacbon từ dầu gốc. Xây dựng mô hình truyền nhiệt của động cơ sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt có thành phần CNTs và đánh giá một số tính chất của dầu tản nhiệt. Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  NGUYỄN MẠNH HỒNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số : 9.44.01.23 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2018
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Phan Ngọc Minh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sỹ, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi.....giờ.....ngày....tháng......năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính chấp thiết của luận án Các trang thiết bị như xe chở khí tài quân sự, xe tăng, xe thiết giáp, tàu thủy... là những thiết bị nòng cốt của quân đội. Việc gia tăng độ bền, tuổi thọ và công suất hoạt động của các động cơ của xe chở khí tài, xe tăng, xe thiết giáp, tàu thủy... có ý nghĩa rất quan trọng. Một số nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy việc sử dụng vật liệu CNTs vào dầu tản nhiệt giúp làm giảm hệ số ma sát của động cơ, tăng độ dẫn nhiệt qua đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và đặc biệt là nâng cao độ bền, tuổi thọ cho động cơ. Các sản phẩm dầu tản nhiệt đặc chủng dùng trong quân đội sử dụng vật liệu nano cacbon đã được chế tạo ở Hoa Kỳ, một số nước ở Châu Âu, Hàn Quốc,... nhưng không được thương mại hóa. Vì vậy, việc làm chủ công nghệ để có thể tự sản xuất được ở trong nước là vấn đề rất cần thiết nhất là khi có chiến tranh xảy ra, việc nhập khẩu dầu bôi trơn trở nên khó khăn. Từ tình hình thực tế đó, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự" làm đề tài nghiên cứu cho luận án của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án – Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng ống nano-cacbon từ dầu gốc – Xây dựng mô hình truyền nhiệt của động cơ sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt có thành phần CNTs và đánh giá một số tính chất của dầu tản nhiệt – Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự 1
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án – Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng vật liệu ống nano- cacbon – Đo đạc, đánh giá cấu trúc và khảo sát các tính chất lý, nhiệt, điện của các vật liệu tản nhiệt chế tạo được – Tính toán, xây dựng mô hình tản nhiệt của động cơ đốt trong sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa ống nano-cacbon và so sánh với kết quả thực nghiệm – Nghiên cứu thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo được cho động cơ đốt trong của một số thiết bị quân sự – Trên cơ sở thực nghiệm và tính toán có được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện công nghệ chế tạo đồng thời định hướng ứng dụng thực tiễn của dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo được. 4. Bố cục của luận án Luận án gồm 142 trang: Mở đầu - 04 trang; Chương 1: Tổng quan về chất lỏng chứa nano cacbon – 39 trang; Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm – 10 trang; Chương 3: Kết quả chế tạo dầu tản nhiệt chứa nano cacbon – 31 trang; Chương 4: Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự - 41 trang; Kết luận chung – 02 trang; Danh mục các công trình đã công bố - 03 trang; Tài liệu tham khảo – 11 trang. 5. Những đóng góp mới của luận án - Đã làm chủ được công nghệ chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon trên cơ sở dầu gốc PAO sử dụng cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự. - Đã chế tạo được 4 loại dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano- cacbon sử dụng cho động cơ đốt trong của tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe thiết giáp và xe chở khí tài quân sự. 2
- Đã tiến hành thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano- cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự với hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu từ 10-15%, tăng tuổi thọ của dầu lên 4 lần so với dầu thông thường và giảm ma sát. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON 1.1. Tổng quan về ống nano-cacbon 1.1.1. Giới thiệu về ống nano-cacbon Vật liệu nano cacbon là một trong những vật liệu có kích thước nano đã được nghiên cứu và có khả năng ứng dụng cao, thường tồn tại ở hai dạng: Ống nano-cacbon (CNTs) và sợi nano cacbon (CNF). Năm 1991 Sumio Iijma làm việc ở hãng NEC (Nhật) đã phát hiện những tinh thể nhỏ dạng như cái ống rỗng đường kính ống vào cỡ 1,4 nm còn dài có thể đến vài µm thậm chí là milimet. Ngay sau đó, phát hiện này được công bố trên tạp chí Nature và người ta gọi đó là ống nano cacbon (CNTs). 1.1.2. Cấu trúc và tính chất của ống nano-cacbon Bản chất của liên kết trong ống nano cacbon được giải thích bởi sự xen phủ orbital. Liên kết hóa học của các ống nano cacbon được cấu thành hoàn toàn bởi các liên kết sp2, tương tự than chì. Cấu trúc liên kết này mạnh hơn các liên kết sp3 trong kim cương, tạo ra những phân tử có độ bền đặc biệt. Các ống nano cacbon thường được xếp thành các "sợi dây thừng" giữ với nhau bằng lực Van der Waals. Có hai loại ống nano cacbon là: Ống nano cacbon đơn lớp hay còn được gọi là ống nano cacbon đơn tường (SWCNT) và ống nano cacbon đa lớp hay còn được gọi là ống nano cacbon đa tường (MWCNTs). 3
1.1.3. Các phương pháp chế tạo ống nano cacbon Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu CNTs, phổ biến nhất là phương pháp bốc bay laze và phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi (CVD). 1.1.4. Một số tính chất của vật liệu ống nano cacbon 1.1.4.1. Tính chất cơ học Vật liệu CNT có nhiều tính chất cơ học rất đặc biệt như: độ bền cao, độ đàn hồi cao, độ cứng lớn hơn hẳn so với một số vật liệu khác. 1.1.4.2. Tính chất quang và quang điện Những sai hỏng cấu trúc của ống nano cacbon đặc biệt là đối với SWCNT, dẫn tới sự xuất hiện vùng cấm thẳng với cấu trúc vùng hoàn toàn được xác định, đó chính là cơ sở cho những ứng dụng quang và quang điện của CNTs. 1.1.4.3. Tính chất nhiệt CNT có khả năng dẫn nhiệt rất tốt dọc theo trục của ống. Độ dẫn nhiệt tốt của vật liệu CNT đã mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng vật liệu CNT tản nhiệt trong các linh kiện điện tử công suất cao như LED, CPU, v.v… 1.2. Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nano-cacbon 1.2.1. Khái niệm chất lỏng nano Chất lỏng nano (nanofluilds) là một loại chất lỏng được tạo ra bằng cách phân tán các vật liệu kích thước nanomet trong một nền chất lỏng cơ sở như: Nước, dầu, ethylene glycol… Nói cách khác, chất lỏng nano là hệ thống hai pha bao gồm một pha rắn nằm trong một pha lỏng. 1.2.2. Các phương pháp chế tạo Để chế tạo chất lỏng nano, hiện nay người ta sử dụng hai phương pháp chính, bao gồm: Phương pháp hai bước (Two - Step Method) và phương pháp một bước (One - Step Method). 4
1.2.3. Chất lỏng nano chứa thành phần CNTs 1.2.3.1. Chế tạo chất lỏng nano chứa thành phần CNTs Cho đến nay phương pháp hai bước được sử dụng ở tất cả các nghiên cứu được biết đến. Một tiêu chuẩn quan trọng khi chế tạo chất lỏng nano chứa thành phần CNTs là tránh được sự tụ đám và tạo độ ổn định lâu dài trong chất lỏng. 1.2.3.2. Tính chất nhiệt của chất lỏng nano chứa CNTs Trong số các loại vật liệu nano thì CNTs là loại vật liệu có nhiều tính chất ưu việt. CNTs có khả năng dẫn nhiệt tốt với độ dẫn nhiệt lớn hơn từ 4.000 - 12.000 lần so với độ dẫn nhiệt của chất lỏng. 1.2.3.3. Mô hình tính toán độ dẫn nhiệt chất lỏng chứa CNTs Mô hình độ dẫn nhiệt của Hemanth:  k p rm  keff  km 1   km (1   )rp  Mô hình dẫn nhiệt của H E Patel  ks rl  keff  kl 1    kl (1   )rs  Tuy nhiên có thể thấy mô hình của H E Patel vẫn chưa hoàn toàn chính xác và kết quả tính toán vẫn cao hơn so với kết quả thực nghiệm. 1.2.4. Ứng dụng của chất lỏng nano Chất lỏng nano có nhiều ứng dụng trong thực tế đặc biệt là trong các lĩnh vực như: tản nhiệt cho linh kiện điện tử, tản nhiệt cho động cơ, tản nhiệt trong công nghiệp và tản nhiệt trong lĩnh vực không quân và quốc phòng 1.3. Dầu bôi trơn tản nhiệt 1.3.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn Dầu bôi trơn là sản phẩm cuối cùng từ hai thành phần dầu gốc và các chất phụ gia. Dầu bôi trơn có nhiều công dụng như: bôi trơn, chống ăn mòn kim loại, làm sạch chi tiết, mát máy và kín máy… 5
1.3.2. Một số thông số của dầu bôi trơn Có 2 chỉ số quan trọng cần lưu ý là SAE và API: - Chỉ số SAE: Chỉ số SAE là chỉ số phân loại dầu nhớt theo nhiệt độ ở 1000C và -180C của hiệp hội kĩ sư Hoa Kỳ. - Chỉ số API: Chỉ số API la chỉ số đánh giá chất lượng dầu nhớt của Viện dầu Hoa Kỳ (American Petroleum Institute). 1.3.3. Các chất phụ gia có trong dầu bôi trơn Phụ gia là những hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ thậm chí là những nguyên tố hóa học được thêm vào chất bôi trơn nhằm nâng cao hay mang lại những tính chất mong muốn. Các loại phụ gia thường sử dụng trong dầu tản nhiệt là: phụ gia tăng chỉ số độ nhớt, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia tẩy rửa, phụ gia phân tán, phụ gia ức chế ăn mòn, phụ gia ức chế tẩy gỉ, phụ gia biến tính giảm ma sát… 1.3.4. Pha trộn dầu bôi trơn Vấn đề pha chế dầu bôi trơn động cơ là một công việc phức tạp, tốn kém, đòi hỏi nhiều ngành kỹ thuật tham gia, nó cũng là sức cạnh tranh của các công ty dầu bôi trơn. Thành phần, tỷ lệ các chất phụ gia trong dầu gốc là yếu tố quan trọng ra dầu thành phẩm chất lượng cao, không những làm giảm những mặt hạn chế của dầu gốc, nâng cao phẩm cấp đối với các chất đã có sẵn của dầu và tạo cho dầu bôi trơn những tính chất mới cần thiết. 1.3.5. Dầu tản nhiệt chứa ống nano-cacbon Trong dầu bôi trơn nano, các phân tử nano cacbon phân tán đều trong dầu với kích thước nhỏ khi tiếp xúc với bề mặt kim loại nó sẽ tạo thành một lớp màng bảo vệ cho các chi tiết. Khi nhiệt độ và áp suất trong động cơ tăng thì các phân tử nano cacbon tạo thành một lớp màng bảo vệ bền chắc, điều này giúp cho việc bôi trơn chống ma sát càng trở nên hữu hiệu, các chi tiết của động cơ đốt trong không bị 6
mài mòn, giảm ma sát tối đa. Dầu bôi trơn sử dụng vật liệu nano cacbon chịu được áp lực cao, làm kín buồng đốt trong động cơ, do đó giảm thiểu tối đa sự rò rỉ nhiên liệu và các tạp chất sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, giúp cho động cơ luôn sạch, tiết kiệm nhiên liệu và chống được sự hình thành cặn bẩn ở đáy caste động cơ. 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc thuộc lĩnh vực của luận án 1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến dầu bôi trơn chứa thành phần nano cacbon. Dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs nhận được sự quan tâm rất lớn của các nhà khoa học trên thế giới. 1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay tại Việt Nam chưa có tác giả nào công bố các kết quả nghiên cứu về dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs sử dụng cho động cơ đốt trong mà chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu phân tán CNTs trong dầu gốc. Từ đó chúng tôi mong muốn có thể làm chủ trong việc chế tạo được dầu tản nhiệt, tiếp đó mở rộng nghiên cứu sâu hơn về khả năng bôi trơn, chống mài mòn, giảm ma sát, tiết kiệm nhiên liệu của dầu bôi trơn nano cho động cơ đốt trong. Chƣơng 2 – CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phƣơng pháp thực nghiệm 2.1.1. Phương pháp biến tính CNTs Sử dụng phương pháp biến tính hóa học bằng cách sử dụng chất oxi hóa mạnh. Các nhóm chức dùng để gắn kết lên bề mặt CNTs nhóm chức –COOH và nhóm chức –OH. 7
2.1.2. Phương pháp pha trộn dầu bôi trơn tản nhiệt nano Mỗi loại động cơ có đặc điểm riêng về cấu trúc, công suất, nhiên liệu, điều kiện môi trường hoạt động... nên mỗi loại động cơ có những đòi hỏi riêng về tiêu chuẩn kỹ thuật của dầu bôi trơn. 2.1.3. Phương pháp đo đạc, khảo sát tính chất vật liệu Để khảo sát cấu trúc và tính chất của vật liệu CNTs cũng như dầu tản nhiệt nano, chúng tôi đã sử dụng một số phương pháp đo như: Hiển vi điện tử quét SEM, phổ tán xạ Raman, phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR và phép đo phổ phân tán theo kích thước Zeta-Sizer. 2.1.4. Phương pháp đo đạc thông số kỹ thuật dầu nano Để đo đạc khảo sát các thông số kỹ thuật dầu tản nhiệt nano sử dụng một số thiết bị đo như: Máy đo độ nhớt động học 9410P (Bỉ), thiết bị đo giá trị kiềm tổng, thiết bị đo chỉ số căng mặt ngoài, tổng hàm lượng kim loại, điểm đông đặc của dầu, thiết bị đo độ dẫn nhiệt. 2.2. Phƣơng pháp mô hình hóa và tính toán lý thuyết Tìm hiểu các mô hình tính toán lý thuyết của các nhóm nghiên cứu khác nhau trên thế giới. Từ đó xây dựng một mô hình tính toán lý thuyết khắc phục các hạn chế còn tồn tại với độ chính xác cao hơn so với các mô hình tính toán lý thuyết được biết đến trước đó. 2.3. Nguyên liệu hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 2.3.1. Nguyên liệu phụ gia cho dầu bôi trơn Sử dụng một số phụ gia như: Phụ gia chống mài mòn (Triphenylphosphorothionat), phụ gia ức chế gỉ (Alkylated Succinic axit), phụ gia biến tính giảm ma sát (Molybdenum Disulfit), phụ gia ức chế bọt (Etylen bis Stearamit), phụ gia chống oxy hóa (Kẽm di- ankyl di-thiophotphat)… 2.3.2. Nguyên liệu tản nhiệt - Vật liệu ống nano-cacbon. 8
- Dầu gốc Poly-Alpha-Olefins (Mỹ) - Chất hoạt động bề mặt Tween-80 (Sigma Aldrich) - Các hóa chất biến tính CNTs: HNO3 (Merck), H2SO4 (Merck), SOCl2 (Sigma Aldrich), H2O2 (Merck), ... - Một số dung môi khác: Nước cất, etanol, axeton, ... 2.4. Trang thiết bị chế tạo sử dụng trong nghiên cứu 2.4.1. Thiết bị phân tán CNT trong dầu bôi trơn Các trang thiết bị được sử dụng để phục vụ cho việc phân tán CNTs trong dầu bôi trơn sử dụng trong luận án bao gồm: máy rung siêu âm Microson XL2000; bể rung siêu âm Elma S40H; máy khuấy. 2.4.2. Một số thiết bị dùng trong chế tạo dầu bôi trơn chứa thành phần nano cacbon + Một số thiết bị chế tạo vật liệu khác như: Máy lọc hút chân không, cân vi lượng, tủ hút, tủ sấy chân không, ... Chƣơng 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CHẾ TẠO DẦU TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON 3.1. Kết quả biến tính CNTs Hình 3.1. Phổ FTIR của vật liệu CNTs chưa biến tính, CNTs biến tính gắn nhóm chức –COOH và CNTs biến tính gắn nhóm chức –OH 9
Phổ hồng ngoại truyền qua của CNTs - COOH cho thấy sự xuất hiện thêm một số đỉnh sau khi CNTs được xử lý bằng hỗn hợp axit H2SO4 và HNO3. Kết quả đã khẳng định hỗn hợp axit trên đã tạo ra các nhóm chức trên bề mặt của CNTs. Hình 3.2. Phổ tán xạ Raman của vật liệu CNTs chưa biến tính, CNTs biến tính gắn nhóm –COOH và CNTs biến tính gắn nhóm –OH Trên phổ tán xạ thấy hai dải phổ đặc trưng là dải D (1333,69 cm-1) và dải G (1583,10 cm-1). Tỷ lệ cường độ đỉnh (ID /IG) tại dải D và dải G là 0,99 và 1,87 tương ứng với vật liệu CNTs - COOH và CNTs - OH, lớn hơn so với CNTs chưa biến tính (ID/IG = 0,79). Tỷ lệ cường độ của đỉnh D và đỉnh G thay đổi đã khẳng định sự thay đổi về cấu trúc trên bề mặt của CNTs. 3.2. Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon 3.2.1. Phân tán CNTs – OH trong dầu gốc PAO Kết hợp với quá trình nghiên cứu thực nghiệm, chúng tôi đã tìm ra quy trình phân tán CNTs-OH đồng đều vào trong dầu gốc PAO như được mô tả trên hình 3.4 10
Hoạt động bề mặt Tween-80 CNTs biến Hỗn hợp tính CNTs/Tween 80 Khuấy trộn Khuấy Dầu gốc trộn PAO Dầu gốc Rung siêu âm PAO chứa công suất Hỗn hợp CNTs phân 100W dầu gốc tán đều (2 giai đoạn) Hình 3.4. Quy trình để phân tán CNTs trong dầu gốc 3.2.2. Tối ưu hàm lượng CNTs trong trong dầu tản nhiệt nano Qua nghiên cứu chúng tôi thấy rằng thời gian rung siêu âm tối thiểu để phân tán tốt CNTs cùng chất phụ gia trong dầu gốc là 60 phút. Khả năng phân tán của CNTs trong dầu đạt đến giá trị bão hòa là 0,12% thể tích, khi vượt quá giá trị này CNTs sẽ không phân tán tốt trong dầu và sẽ xảy ra hiện tượng tụ đám khi hàm lượng của CNTs trong dầu là 0,13% thể tích. 3.2.3. Cơ chế phân tán CNTs Việc CNTs có thể phân tán tốt trong dầu tản nhiệt một cách đồng đều với quy trình như trên có thể được giải thích thông qua các cơ chế như sau: - Biến tính hóa học: giúp tăng khả năng tương tác hóa học với môi trường hoặc tạo tương tác đẩy giữa các ống với nhau. - Chất hoạt động bề mặt: làm tăng lực liên kết giữa nước với vật liệu CNTs, góp phần vào việc tăng cường khả năng phân tán của CNTs vào trong nền chất lỏng. 11
- Rung siêu âm: cung cấp năng lượng dạng nhiệt hoặc tăng tính linh động, tính hoạt động và khả năng di chuyển của các ống 3.2.4. Tối ưu hàm lượng phụ gia đối với từng loại dầu tản nhiệt nano Do mỗi loại động cơ có đặc điểm riêng về cấu trúc, công suất, nhiên liệu, điều kiện môi trường hoạt động, v.v... nên mỗi loại động cơ này có những đòi hỏi riêng về tiêu chuẩn kỹ thuật của dầu bôi trơn dành cho nó. 3.3. Xây dựng mô hình truyền nhiệt tính toán độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn nano 3.3.1. Xây dựng mô hình truyền nhiệt Công thức tính độ dẫn nhiệt của chất lỏng chứa thành phần CNTs sau khi đã xét đến hình dạng ống của CNTs cũng như xét đến độ dẫn nhiệt bất đẳng hướng của CNTs: keff 1 kCNT  rl  1 kl 3 kl 1    rCNT 3.3.2. So sánh mô hình truyền nhiệt với các nhóm thực nghiệm trên thế giới Qua tính toán lý thuyết của chúng tôi so sánh với kết quả thực nghiệm của nhóm nghiên cứu trên thế giới như Hwang (2006), nhóm Lifei Chen (2008), nhóm Gensheng Wu (2009). Kết quả nghiên cứu cho thấy tính toán lý thuyết của chúng tôi phù hợp với kết quả thực nghiệm của các nhóm này trong trường hợp phân tán CNTs trong nước cất, ethylen glycol, chất lỏng R113. 12
3.3.3. So sánh mô hình truyền nhiệt lý thuyết với kết quả thực nghiệm của dầu tản nhiệt nano Hình 3.14. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả đo đạc khảo sát độ dẫn nhiệt của dầu tản nhiệt với các hàm lượng CNTs khác nhau Kết quả khảo sát cũng cho thấy khi hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích thì độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn đạt đến giá trị 0,292 W/mK theo tính toán lý thuyết, và 0,298 W/mK theo kết quả thực nghiệm. Kết quả này tương đối phù hợp với thực nghiệm của một số nhóm nghiên cứu trên thế giới. 3.4. Đánh giá một số tính chất của dầu tản nhiệt nano chế tạo đƣợc 3.4.1. Độ nhớt Kết quả đo đạc cho thấy rằng khi nồng độ của CNTs tăng lên thì về cơ bản độ nhớt của dầu tản nhiệt cũng tăng theo. Tuy nhiên ở nồng độ 0,03 vol% của CNTs, độ nhớt của dầu tản nhiệt ở cả nhiệt độ 100oC và 40oC đều có xu hướng giảm nhẹ. Kết quả này phù hợp với kết quả thu được của nhóm nghiên cứu Ehsan-o-llah Ettefaghi. 13
3.4.2. Các thông số kỹ thuật của dầu tản nhiệt nano Các tính chất của dầu tản nhiệt nano bao gồm độ nhớt động học, chỉ số nhớt, trị số kiềm tổng, điểm bốc cháy, tổng hàm lượng kim loại, sức căng bề mặt, điểm đông đặc được chúng tôi đo đạc. Kết quả cho thấy dầu tản nhiệt chế tạo được đáp ứng được các tiêu chuẩn kĩ thuật đề ra. Việc xác định các thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn tản nhiệt cho từng loại động cơ khác nhau cho thấy khi cho thêm CNTs dầu bôi trơn tản nhiệt giúp giảm ma sát, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ dẫn nhiệt mà vẫn đảm bảo yêu cầu không phá vỡ cấu trúc của dầu và vẫn đáp ứng được các tiêu chuẩn thế giới. Chƣơng 4 – ỨNG DỤNG DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ 4.1. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ 4.1.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử Nhiệt độ của dầu thương phẩm đạt đến giá trị bão hòa là 50,6oC sau khoảng 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano là 49,8oC, dầu tản nhiệt nano là 46,1oC, giảm khoảng 4,5oC so với dầu thương phẩm. Nhiệt độ của nước đạt đến giá trị bão hòa là 51,4oC sau khoảng 20 phút chạy máy. Với dầu tản nhiệt không chứa nano đạt 50,5oC. Tương tự với dầu tản nhiệt nano là 46,9oC, giảm đi khoảng 4,5oC so với dầu thương phẩm. 4.1.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ Kết quả cho thấy dầu tản nhiệt nano đã giúp giảm hệ số ma sát của động cơ xuống 1,22 lần so với dầu thương phẩm. 14
4.1.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm 10,88% nhiên liệu cho động cơ khi chạy thử nghiệm trên bệ thử ở chế độ có tải. 4.1.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử Dầu tản nhiệt nano, kết quả đo cho thấy sau 250 giờ chạy các tính chất vẫn còn đáp ứng rất tốt tiêu chuẩn ГОСТ 12.337-84, dựa trên sự suy giảm chậm này có thể dự đoán về khả năng tiếp tục nâng cao hơn nữa thời gian chạy của dầu lên đến 500 giờ. 4.2. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe tăng 4.2.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử Nhiệt độ của dầu đạt đến giá trị bão hòa là 54,6oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano, nhiệt độ là 53,8oC. Với dầu tản nhiệt nano là 45,0oC, giảm đi khoảng 4,6oC so với dầu thương phẩm. Nhiệt độ của nước đạt đến giá trị bão hòa là 55,5oC, dầu tản nhiệt là 54,6oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy. Dầu tản nhiệt nanolà 50,8oC, giảm đi khoảng 4,7oC so với dầu thương phẩm. 4.2.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ Kết quả đo đạc cho thấy dầu tản nhiệt nano đã giúp giảm hệ số ma sát của động cơ xuống khoảng 1,21 lần so với dầu thương phẩm. 4.2.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 10,39% nhiên liệu cho động cơ khi chạy thử nghiệm trên bệ thử ở chế độ có tải. 4.2.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử Với dầu tản nhiệt nano, kết quả đo cho thấy sau 250 giờ chạy các tính chất vẫn còn đáp ứng rất tốt tiêu chuẩn ГОСТ 6360-83, dựa trên 15
sự suy giảm chậm này có thể dự đoán về khả năng tiếp tục nâng cao hơn nữa thời gian chạy của dầu lên đến 500 giờ. 4.3. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe thiết giáp 4.3.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử Nhiệt độ của dầu đạt đến giá trị bão hòa là 44,6oC, dầu tản nhiệt không chứa nano là 43,7oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy. Dầu tản nhiệt nano là 40,4oC, giảm đi khoảng 4,2oC so với dầu thương phẩm. Nhiệt độ của nước đạt đến giá trị bão hòa là 45,2oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano, nhiệt độ là 44,5oC, dầu tản nhiệt nano là 41,1oC, giảm đi khoảng 4,1oC so với dầu thương phẩm. 4.3.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ Kết quả đo cho thấy dầu tản nhiệt nano đã giúp giảm hệ số ma sát của động cơ xuống khoảng 1,24 lần so với dầu thương phẩm. 4.3.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 11,21% nhiên liệu cho động cơ khi chạy thử nghiệm trên bệ thử ở chế độ có tải 4.3.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử Với dầu tản nhiệt nano, kết quả đo cho thấy sau 250 giờ chạy các tính chất vẫn còn đáp ứng rất tốt tiêu chuẩn ГОСТ 6360-85 và dựa trên sự suy giảm chậm này có thể dự đoán về khả năng tiếp tục nâng cao hơn nữa thời gian chạy của dầu lên đến 500 giờ. 4.4. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe chở khí tài quân sự 4.4.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử Nhiệt độ của dầu đạt đến giá trị bão hòa là 45,4oC , dầu tản nhiệt không chứa nano là 44,5oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy. 16
Dầu tản nhiệt nano, nhiệt độ là 41,2oC, giảm đi khoảng 4,3oC so với dầu thương phẩm. Nhiệt độ của nước đạt đến giá trị bão hòa là 46,7oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano, nhiệt độ là 45,9oC, dầu tản nhiệt nano nhiệt độ là 42,5oC, giảm đi khoảng 4,2oC so với dầu thương phẩm. 4.4.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ Kết qủa đo cho thấy dầu tản nhiệt nano đã giúp giảm hệ số ma sát của động cơ xuống khoảng 1,29 lần so với dầu thương phẩm. 4.4.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 15,79% nhiên liệu cho động cơ khi chạy thử nghiệm trên bệ thử ở chế độ có tải. 4.4.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử Với dầu tản nhiệt nano, kết quả đo cho thấy sau 250 giờ chạy các tính chất vẫn còn đáp ứng rất tốt tiêu chuẩn ГОСТ 17479.1-85, dựa trên sự suy giảm chậm này có thể dự đoán về khả năng tiếp tục nâng cao hơn nữa thời gian chạy của dầu lên đến 500 giờ. 4.5. Khảo sát dầu tản nhiệt có chứa thành phần nano trên thực tế 4.5.1. Thử nghiệm thực tế trên xe thiết giáp Khi sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm, xe thiết giáp tiêu thụ lượng nhiên liệu trung bình 60,9 lít trên quãng đường 100 km ở tốc độ trung bình 52,8 km/h. Khi sử dụng dầu tản nhiệt nano, động cơ xe tiêu thụ lượng nhiên liệu trung bình vào 54,8 lít/giờ ở cùng chế độ. Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy rằng dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 10,19% nhiên liệu cho động cơ. 4.5.2. Thử nghiệm thực tế trên xe chở khí tài quân sự Khi sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm, xe chở khí tài tiêu thụ 17
lượng nhiên liệu trung bình 49,1 lít trên quãng đường 100 km ở tốc độ trung bình 63,1 km/h. Khi sử dụng dầu tản nhiệt nano, động cơ xe tiêu thụ lượng nhiên liệu trung bình 41,5 lít/giờ ở cùng chế độ. Kết quả trên cho thấy rằng dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 15,31% nhiên liệu cho động cơ. 4.6. Thử nghiệm dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs trong tản nhiệt cho đèn LED công suất lớn Nhằm nghiên cứu định hướng, mở rộng ứng dụng của dầu bôi trơn tản nhiệt. Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm cho đèn LED công suất lớn. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs đã giúp cho nhiệt độ bão hòa của chip LED giảm xuống 8ºC so với không sử dụng dầu tản nhiệt. Hình 4.34: Đồ thị nhiệt độ của đèn pha LED 300W và giàn tỏa nhiệt theo thời gian khi sử dụng và không sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs 18