19 Dec 2017

Độ xuyên thâu của tia nhiên liệu trong buồng cháy-Spray Penetration

Tốc độ sự phát triển của tia nhiên liệu trong quá trình xuyên thâu trong buồng cháy ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sử dụng không khí cững như đến tốc độ hoà trộn nhiên liệu- không khí. Mức độ xuyên thâu của tia nhiên liệu trong buồng cháy được thiết kế không giống nhau. Ở động cơ buồng cháy kiểu M.A.N, tia nhiên liệu tráng lên thành buồng cháy nóng sau khi xuyên qua khối không khí xoáy lốc. Ở các dạng buồng cháy khác, người ta không muốn tia nhiên liệu chạm vào thành. Thật vậy, khi độ xuyên thâu của tia vượt quá giá trị mong muốn, một bộ phận nhiên liệu toả lên thành buồng cháy nhiệt độ thấp. Kết quả là tốc độ hòa trộn nhiên liệu- không khí giảm, đặc biệt khi buồng cháy không có xoáy lốc hay xoáy lốc yếu, làm gia tăng mức độ phát ô nhiễm do cháy không hoàn toàn hay cháy cục bộ. Tuy nhiên nếu độ xuyên thâu của tin bé, khả năng sử dụng không khí bị hạn chế vì lượng không khí quanh thành buồng cháy không được tiếp xúc với nhiên liệu. Điều này cũng dẫn đến sự cháy không hoàn toàn, làm giảm tính năng kinh tế và tăng mức độ phát ô nhiễm của động cơ.

Có nhiều quan hệ dựa trên kết quả thực nghiệm và lý thuyết về tia phun rối đã được thiết lập đối với độ xuyên thâu của tia nhiên liệu. Những biểu thúc này cho tăng độ xuyên thâu S của đầu tia phun trong khối không khí đứng yên (như trường hợp động cơ phun trực tiếp cỡ lớn) là một hàm số theo thời gian. Các kết quả thực nghiệm cho thấy biểu thức của Dent dựa trên mô hình hòa trộn của tia phun khí cho kết quả tốt nhất. Biểu thức này được viết như sau :

biểu diễn sự biến thiên của sự xuyên thâu của đầu tia phun theo thời gian ứng với các áp suất khác nhau trong buồng cháy không xoáy lốc. Kết quả này cho thấy trong giai đoạn đầu, quan hệ giữa độ xuyên thâu và thời gian tuân theo quy luật tuyến tính. Sau khi tia bị phân rã, độ xuyên thâu tăng tỉ lệ với . Vì vậy áp suất phun đóng vai trò quan trọng trong chuyển động ban đầu của tia trước khi phân rã còn khối lượng riêng của khí trong buồng cháy đống vai trò chủ yếu trong chuyển động của tia sau khi phân rã. Người ta có thẻ sử dụng các công thức thực nghiệm sau đây để tính toán độ xuyên thâu S(m) của tia ở hai giai đoạn vừa nêu :

 

thể hiện ảnh hưỡng của xoáy lốc trong buồng cháy đến sự xuyên thâu của tia phun. Hình 3.18a cho thấy sự thay đổi của biên dạng tia phun theo thời gian khi có xoáy lốc trong buồng cháy.

thể hiện sự quan hệ giữa độ xuyên thâu và thời gian phun ở các cường độ xoáy lốc khác nhau. Các kêt quả nghiên cứu thực nghiệm cho phép thiết lập quan hệ giữa độ xuyên thâu của tia nhiên liệu khi có xoáy lốc và khí không xoáy lốc :

1.5. Sự phân bố kích thước hạt-Droplet Size Distribustion

Trong những phần trên, chúng ta đã nghiên cứu các đặc trưng hình học của tia phun, đó là góc mở và độ xuyên thâu của tia. Tuy nhiên, yếu tốc quan trọng quyết định tốc độ bốc hơi của nhiên liệu và sự phân bố kích thước hạt theo chiều dài của tia. Vì việc nghiên cứu các đặc trưng của hạt nhiên liệu trong động cơ đang hoạt động rất khó khăn nên phần lớn các nghiên cứu này được thực hiện trong buồng cháy đẳng tích chứa không khí áp suất cho trước, đứng yên ở nhiệt độ môi trường.

Trong giai đoạn phun, những điều kiện phun như áp suất phun, tiết diện lỗ phun và tốc độ phun có thể thay đổi. Vì vậy sự phân bố kích thước hạt ở một vị trí cho trước trong tia cũng có thể thay đổi trong thời gian phun.

Lý thuyết khí động học về sự phân rã của tia ở chế độ tạo thành các hạt cực nhỏ (antomization) cho phép dự đoán đường kính trung bình ban đầu của hạt Dd tỉ lệ với bước sóng của sóng có độ không ổn định lớn nhất:

 

Tốc độ sự phát triển của tia nhiên liệu trong quá trình xuyên thâu trong buồng cháy ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sử dụng không khí cững như đến tốc độ hoà trộn nhiên liệu- không khí. Mức độ xuyên thâu của tia nhiên liệu trong buồng cháy được thiết kế không giống nhau. Ở động cơ buồng cháy kiểu M.A.N, tia nhiên liệu tráng lên thành buồng cháy nóng sau khi xuyên qua khối không khí xoáy lốc. Ở các dạng buồng cháy khác, người ta không muốn tia nhiên liệu chạm vào thành. Thật vậy, khi độ xuyên thâu của tia vượt quá giá trị mong muốn, một bộ phận nhiên liệu toả lên thành buồng cháy nhiệt độ thấp. Kết quả là tốc độ hòa trộn nhiên liệu- không khí giảm, đặc biệt khi buồng cháy không có xoáy lốc hay xoáy lốc yếu, làm gia tăng mức độ phát ô nhiễm do cháy không hoàn toàn hay cháy cục bộ. Tuy nhiên nếu độ xuyên thâu của tin bé, khả năng sử dụng không khí bị hạn chế vì lượng không khí quanh thành buồng cháy không được tiếp xúc với nhiên liệu. Điều này cũng dẫn đến sự cháy không hoàn toàn, làm giảm tính năng kinh tế và tăng mức độ phát ô nhiễm của động cơ.

Có nhiều quan hệ dựa trên kết quả thực nghiệm và lý thuyết về tia phun rối đã được thiết lập đối với độ xuyên thâu của tia nhiên liệu. Những biểu thúc này cho tăng độ xuyên thâu S của đầu tia phun trong khối không khí đứng yên (như trường hợp động cơ phun trực tiếp cỡ lớn) là một hàm số theo thời gian. Các kết quả thực nghiệm cho thấy biểu thức của Dent dựa trên mô hình hòa trộn của tia phun khí cho kết quả tốt nhất. Biểu thức này được viết như sau :

biểu diễn sự biến thiên của sự xuyên thâu của đầu tia phun theo thời gian ứng với các áp suất khác nhau trong buồng cháy không xoáy lốc. Kết quả này cho thấy trong giai đoạn đầu, quan hệ giữa độ xuyên thâu và thời gian tuân theo quy luật tuyến tính. Sau khi tia bị phân rã, độ xuyên thâu tăng tỉ lệ với . Vì vậy áp suất phun đóng vai trò quan trọng trong chuyển động ban đầu của tia trước khi phân rã còn khối lượng riêng của khí trong buồng cháy đống vai trò chủ yếu trong chuyển động của tia sau khi phân rã. Người ta có thẻ sử dụng các công thức thực nghiệm sau đây để tính toán độ xuyên thâu S(m) của tia ở hai giai đoạn vừa nêu :

 

thể hiện ảnh hưỡng của xoáy lốc trong buồng cháy đến sự xuyên thâu của tia phun. Hình 3.18a cho thấy sự thay đổi của biên dạng tia phun theo thời gian khi có xoáy lốc trong buồng cháy.

thể hiện sự quan hệ giữa độ xuyên thâu và thời gian phun ở các cường độ xoáy lốc khác nhau. Các kêt quả nghiên cứu thực nghiệm cho phép thiết lập quan hệ giữa độ xuyên thâu của tia nhiên liệu khi có xoáy lốc và khí không xoáy lốc :

1.5. Sự phân bố kích thước hạt-Droplet Size Distribustion

Trong những phần trên, chúng ta đã nghiên cứu các đặc trưng hình học của tia phun, đó là góc mở và độ xuyên thâu của tia. Tuy nhiên, yếu tốc quan trọng quyết định tốc độ bốc hơi của nhiên liệu và sự phân bố kích thước hạt theo chiều dài của tia. Vì việc nghiên cứu các đặc trưng của hạt nhiên liệu trong động cơ đang hoạt động rất khó khăn nên phần lớn các nghiên cứu này được thực hiện trong buồng cháy đẳng tích chứa không khí áp suất cho trước, đứng yên ở nhiệt độ môi trường.

Trong giai đoạn phun, những điều kiện phun như áp suất phun, tiết diện lỗ phun và tốc độ phun có thể thay đổi. Vì vậy sự phân bố kích thước hạt ở một vị trí cho trước trong tia cũng có thể thay đổi trong thời gian phun.

Lý thuyết khí động học về sự phân rã của tia ở chế độ tạo thành các hạt cực nhỏ (antomization) cho phép dự đoán đường kính trung bình ban đầu của hạt Dd tỉ lệ với bước sóng của sóng có độ không ổn định lớn nhất: