Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu ULSD-Biodiesel trên động cơ diesel tàu thủy

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp sử dụng nhiên liệu ULSD cho động cơ diesel tàu thủy; nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công thiết bị sử dụng sóng siêu âm để sản xuất nhiên liệu đồng nhất ULSD và Biodiesel; nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi sử dụng hỗn hợp đồng nhất ULSD-Biodiesel làm nhiên liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu ULSD-Biodiesel trên động cơ diesel tàu thủy BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH NGHIÊN CỨU SINH: TRẦN VIỆT DŨNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU ULSD-BIODIESEL TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số ngành: 9520116 Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Hoàng Anh Tuấn Người hướng dẫn 2: GS.TS. Lê Anh Tuấn TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Giao thông Vận tải thành phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Hoàng Anh Tuấn Người hướng dẫn 2: GS.TS. Lê Anh Tuấn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án này sẽ được bảo vệ trước khi Hội đồng thẩm định luận án họp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Vào lúc giờ ngày tháng năm 2021. Có thể tìm hiểu Luận án tại Thư viện: - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải thành phố Hồ Chí Minh; - Thư viện quốc gia Việt Nam. 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) quy định việc bắt buộc sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp trong vận tải biển từ ngày 01/01/2020. Việc tuân thủ quy định mới về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu sử dụng cho tàu biển, khi hoạt động trong khu vực kiểm soát phát thải, có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh 0,0015% tại mọi thời điểm hoạt động của tàu, hoặc chuyển đổi từ nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao sang nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh 0,0015% khi tàu đi vào khu vực kiểm soát phát thải. Việc chuyển đổi nhiên liệu trong quá trình hoạt động của tàu có thể gặp phải một số vấn đề liên quan đến các đặc tính của nhiên liệu như độ nhớt, khả năng bôi trơn, điểm bắt cháy, sự mồi cháy và chất lượng quá trình cháy. Do vậy, trên đội tàu biển có sử dụng nhiên liệu ULSD phải trang bị thêm hệ thống làm lạnh nhằm khắc phục nhược điểm độ nhớt quá thấp của nhiên liệu này. Chính vì vậy, việc kết hợp 2 loại nhiên liệu ULSD có độ nhớt quá thấp và nhiên liệu Biodiesel (BO) có độ nhớt cao để tạo ra một loại nhiên liệu mới vừa có độ nhớt đáp ứng yêu cầu, vừa có tính chất tái tạo, đồng thời giảm chi phí khai thác sẽ có ý nghĩa hết sức to lớn về các mặt kinh tế, kỹ thuật và phát thải. Tuy nhiên, chất lượng đồng nhất của nhiên liệu sau phối trộn phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp phối trộn. Hiện nay, công nghệ phối trộn nhiên liệu sử dụng chủ yếu là phối trộn cơ học theo phương pháp khuấy bằng tuabin, nhưng chất lượng mới ở mức chất nhận được và thời gian phối trộn khá dài. Trong khi đó, giải pháp sử dụng sóng siêu âm để tạo ra các xung kích từ các bong bóng của 2 pha lỏng đang được xem là giải pháp rất có tiềm năng để nâng cao chất lượng đồng nhất của hỗn hợp hòa trộn 2 pha lỏng như nhiên liệu ULSD và Biodiesel. Do đó, xuất phát từ các lý do trên mà NCS đã lựa chọn phương pháp sử dụng sóng siêu âm để phối trộn 2 loại nhiên liệu ULSD và Biodiesel thành một loại nhiên liệu đồng nhất, có độ nhớt tương đồng với nhiên liệu diesel truyền thống để sử dụng trên tàu thủy nhằm đáp ứng các quy định của IMO, giảm chi phí khai 2 thác và bảo vệ môi trường. Chính vì vậy, NCS lựa chọn đề tài: Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu ULSD-Biodiesel trên động cơ diesel tàu thủy. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp sử dụng nhiên liệu ULSD cho động cơ diesel tàu thủy; - Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công thiết bị sử dụng sóng siêu âm để sản xuất nhiên liệu đồng nhất ULSD và Biodiesel; - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi sử dụng hỗn hợp đồng nhất ULSD-Biodiesel làm nhiên liệu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ có công suất từ 50 mã lực đến 100 mã lực; - Nhiên liệu diesel thông thường có hàm lượng lưu huỳnh 0,05%, nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh 0,001% và nhiên liệu Biodiesel B100 (dầu dừa); - Nghiên cứu chế tạo thiết bị tạo nhiên liệu đồng nhất bằng sóng siêu âm; - Hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống thải và hệ thống điều khiển và kiểm tra của động cơ; - Các thiết bị thử nghiệm động cơ và thử nghiệm khí thải. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết về cơ chế phá vỡ cấu trúc phân tử bằng sóng siêu âm. Thực nghiệm xác định mối tương quan giữa công suất và bước sóng siêu âm; - Nghiên cứu các lý thuyết hiện đại trên thế giới về các quá trình phun nhiên liệu, hình thành hỗn hợp và cháy trong động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu đồng nhất ULSD và Biodiesel và áp dụng vào bài toán thực tế của luận án nhằm đánh giá khả năng ảnh hưởng của nhiên liệu đồng nhất ULSD và Biodiesel đến các quá trình và các thông số kinh tế, kỹ thuật của động cơ; - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đối chứng được sử dụng để đánh giá tác động của việc chuyển động cơ diesel tàu thủy sang sử dụng nhiên liệu đồng nhất ULSD và Biodiesel. Đặc tính phun của nhiên liệu đồng nhất ULSD và Biodiesel 3 trong môi trường không khí theo nhiệt độ sấy cũng được thực hiện nhằm làm cơ sở cho việc giải thích quá trình hình thành hỗn hợp, quá trình cháy và phát thải. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học Các kết quả thu được từ luận án là cơ sở khoa học có tính tin cậy và có thể là tài liệu tham khảo tốt cho các viện nghiên cứu, trường đại học thuộc lĩnh vực hàng hải trong việc giảng dạy và nghiên cứu về sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp cho động cơ diesel. Ý nghĩa thực tiễn Việc kết hợp 2 loại nhiên liệu ULSD có độ nhớt quá thấp và nhiên liệu Biodiesel có độ nhớt cao để tạo ra một loại nhiên liệu mới vừa có độ nhớt ...