Tìm hiểu các phương pháp hình thành hỗn hợp trong động cơ điezen và các giải pháp nâng cao hiệu suất nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ HÀ TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP HÌNH THÀNH HỖN HỢP CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐIEZEN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT NHIỆT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

TRẦN THỊ HÀ

TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP HÌNH THÀNH HỖN HỢP CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐIEZEN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT NHIỆT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HÀ NỘI, 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

TRẦN THỊ HÀ

TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP HÌNH THÀNH HỖN HỢP CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐIEZEN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT NHIỆT

Chuyên ngành: Sư Phạm Kĩ Thuật

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học

KS Trần Văn Giảng

HÀ NỘI, 2013

Emxingửilờicảmơnsâusắcvàchânthànhnhấtđếnthầygiáo-KS.T r ầ n VănGiảng,làngườiđãhướngdẫnemhếtsứctậntìnhvàchuđáovềcảmặtc

huyênmônvàtàiliệuđểem hoànthànhđượckhóaluậnnày

Đồngt h ờ i e m cũngx i n chânthànhcảmơ n tớicáct h ầ y côvàc á c bạnsinhv i

ê n t r o n g KhoaVậtLý,đ ặ c b i ệ t l à c á c t h ầ y g i á o côgiáot r o n g tổKĩthuậtđãgiúpđỡtạovàtạomọiđiềukiệntốtnhấtchoemhoàntốtkhóaluậnnày

Cuốicùngemxinbàytỏlòngbiếtơnđếngiađìnhvàngườithânluôncổvũ,độngviên,giúpđỡemhoànthànhkhóaluận

Emxintrântrọngcảmơn!

HàNội,tháng05năm2013Sinhvi

ênthựchiện

TrầnThịHà

Tôixincamđ o a n bảnk h ó a luậnt ố t nghiệpvớiđ ề tài:“Tìmh i ể u c á c p h ươ

ng pháphìnhthànhhỗnhợpcháytrongđộngcơĐiezenvàcácgiảip h á p nângca ohiệusuấtnhiệt”làkếtquảnghiêncứuthựcsựcủatôi,đượct h ự c hiệndựatrêncơs

ởnghiêncứulýthuyếtkết hợpvớikiếnthứcchuyênngànhvàdướisựhướngdẫnkhoah

ọccủathầygiáo-KS.TrầnVănGiảng.

Tôix i n camđ oan cácsốliệu,b ả n g biểu,h ì n h ả n h vàkếtquảnghiênc ứ u trongkhóaluậnnàylàtrungthựcvàkhôngtrùnglặpvớicácđềtàikhác;c á c nhậnxét,giảiphápđưaraxuấtpháttừthựctiễnvàkinhnghiệmhiệncóc ủ a bảnthân

Mộtlầnnữatôixinkhẳngđịnhvềsựtrungthựccủalờicam đoantrên

HàNội,tháng05năm2013Si

nhviênthựchiện

TrầnThịHà

Bảng1.1:Mốiquanhệgiữatốcđộđộngcơvàchỉsốxetan 8Bảng1.2:Cácthànhphầncơbảnvàđặctínhcủanhiênliệuđộngcơ 11Bảng2.1:CácthôngsốđặctrưngcủaquátrìnhcôngtácđộngcơĐiezen

vớinhữngbuồngcháykhácnhau 41

Hình1.1:Sơđồđộngcơnén-nổĐiezen 5Hình1.2:Phạmvibiếnđổicủahệsốdư khôngkhíphụthuộcvàochếđộ

tải 12Hình1.3:Sựthayđổicủalượngnhiệtqhhntheothànhphầnhỗnhợp(biểu

thịbằng) 12Hình1.4.Sơđồthínghiệmchụpảnhquátrìnhphunnhiênliệuvàquá

trìnhcháytrongđộngcơĐiezenphunnhiênliệutrựctiếp 15Hình1.5.Quansátquátrìnhphunnhiênliệuvàcháytừphíatrênnắp

xilanh 16Hình1.6:Quansátchụpảnhquátrìnhcháytheophươngngangquá

buồngcháy 17Hình1.7.Sơđồhệthốngchụpảnhbuồngcháydùngthiếtbịnộisoi 18Hình2.1:Buồngcháykhôngphâncáchchohìnhthànhhỗnhợptheo

thểtích 21Hình2.2:Buồngcháykhôngphâncáchchohìnhthànhhỗnhợptheomàng2 2 Hình2.3:Cácbuồngcháyxoáylốc 25Hình2.4:Cácdạngbuồngcháycháytrước 26Hình2.5:Hìnhảnhphunxénhỏdòngnhiênliệuchảytừvòiphunvớitốc

độbé 27Hình2.6:Hìnhảnhchụpnhữnggiọt(hạt)nhiênliệuđượcphunxénhỏ

dướitácdụngcủaphảnlựckhíđộnghọc 28Hình2.7:1.Đườngđặctínhtổnghợpphunnhiênliệu;2.Đườngcong

tầnsuất 29Hình2.8:Cácđặctínhphuntổnghợpvớitầnsuấtmôitrườngphunở

nhữngthờiđiểmphunkhácnhau 31

củabộcấpdẫnnhiênliệuđiezenIAM236 38Hình2.16:Hìnhảnhchụpsựpháttriểncủachùmtianhiênliệukhiphun 39Hình2.17:Sơđồnguyênlýđộng cơ6 kì 43

Trangphụbìa

Lờic ả m ơn

Lờica mđoan

Danhmụccácbảng

Danhmụccáchìnhvẽ

MỞĐẦU 1

NỘIDUNG 4

CHƯƠNG1 : NHIÊNL I Ệ U , HỖNHỢPCHÁYV À C Á C PHƯƠNGPHÁPN G H I Ê N CỨUQUÁTRÌNHH Ì N H THÀNHHỖNHỢPTRONGĐỘNG CƠĐIEZEN 4

1.1 NhiênliệucủađộngcơĐiezen 4

1.1.1Kháiniệmchung 4

1.1.2 NhiênliệuĐiezenvàđộngcơĐiezen 5

1.2 Tómtắtvềcấutrúcvàcácthànhphầncơbảncủanhiênliệudùngtrongđộngcơ 9 1.2.1Cấutrúccủanhiênliệu 9

1.2.2 Cácthànhphầncơbảncủanhiênliệu 9

1.2.3 Nhiệttrị củanhiênliệu 9

1.3 Hỗnhợpcháy 10

1.3.1 Hệsốdưkhôngkhí 11

1.3.2 Cácthôngsốđặctrưngcủahỗnhợpnạpmới 13

1.4 Cácphươngphápnghiêncứuquátrìnhhìnhthànhhỗnhợptrongđộngcơ Điezen 13

1.4.1 Cơsơnghiênc ứ u , phântíchq u á trìnhh ì n h thànhhỗnh ợ p trongđộn gcơĐiezen 13

1.4.2 Cácphươngphápnghiêncứuhìnht h à n h hỗnhợpvàc h á y trongđộng

cơĐiezen 14

CHƯƠNG2:CÁCPHƯƠNG PHÁPHÌNHTHÀNHHỖNHỢPCHÁYTRONG ĐỘNGCƠĐIEZENV À CÁCG I Ả I PHÁPNÂNGCAOHIỆUSUẤTNHIỆTTR ONGĐỘNGCƠ 19

2.1 Sựhìnhthànhhỗnhợpcháytrongđộngcơ 19

2.2 CácloạibuồngcháytrongđộngcơĐiezen 20

2.2.1 Buồngcháykhôngphâncách 20

2.2.2 Buồngcháyphâncách 24

2.3 Phunnhiênliệuvàcácthông sốcủa quátrìnhphun 27

2.4 Sựpháttriểncủachùmtianhiênliệu 33

2.4.1 Đặctínhcủachùmtia 33

2.4.2 Ảnhhưởngcủac á c nhântốk h á c nhaut ớ i s ự pháttriểnvàcấu trúcchùmtia 36

2.5 Sosánhcácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpkhácnhau 40

2.6 GiảiphápnângcaohiệusuấtnhiệtđộngcơĐiezen 42

2.6.1 Đặtvấnđề 42

2.6.2 GiảiphápnângcaohiệusuấtnhiệtđộngcơĐiezen 42

KẾTLUẬN 47

TÀILIỆUTHAMKHẢO………48

đ ư ợ c nhànướcquant â m nhằmcảitạo,đ ẩ ymạnhpháttriểncácngànhcôngnghiệpmới,vớimụcđíchđưanướctatừmộtnướcnôngnghiệplạchậuthànhmộtnướccôngnghiệppháttriển.

Trongcácngànhcôngnghiệpmớiđangđượcnhànướcchútrọng,đầutưpháttriểnthìngànhđộngcơđốttronglàmộttrongnhữngngànhtiềmnăng.D o sựtiếnbộvềkhoahọccôngnghệđộngcơđốttrongpháttriểnmộtcách

ồạ t , tỉlệônhiễmnguồnnướcvàkhôngkhídochấtthảicủađộngcơđốttrongngàycàngtăng.Cácnguồntàinguyênthiênnhiênnhư:Than,đá,dầumỏ…

bịkhaithácbừab ã i nênn g à y càngcạnkiệt.Điềunà yđặtr a bài toánkhóchongànhđộngc ơ đốttrongđól à phảiđ ả m bảochấtlượngkhíthải,t i ế t k i ệ m nhiênliệuvàđặcbiệtlànângcaohiệusuấtcủađộngcơ.Từnhữngnă

phầnnhỏbévàoviệcgiảiquyếtvấnđềcấpbáchcủađộngcơĐiezenhiệnnayl à tiếtkiệmnhiênliệuvànângcaohiệusuấtnhiệtcủađộngcơ.

1.2 Ýnghĩacủađềtài.

Nhữngkếtquảthuthậpđượcsaukhihoànthànhđềtàinàytrướctiênlàsẽgiúpchoem-

sinhviênkhoaVậtLýchuyênngànhSưphạm KĩthuậtcóthểhiểusâuhơnvềcácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpcháytrongđộngcơĐiezenvàcácgiảiphápnângcaohiệusuất,cónhữngkiếnthứccơbảnđểápdụngvàothựctế,pháthuynhữngưuđiểmmàđộngcơĐiezenmanglại

2 Mụcđíchđềtài.

Vớiyêucầunộidungcủađềtài,mụcđíchcầnđạtđượckhihoànthànhđềtàinhưsau:

Tìmhiểu,nghiêncứucácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpc h á y trongđộngcơĐiezen.Từđó:

ĐềxuấtcácgiảiphápnângcaohiệusuấtđộngcơĐiezen

3 Giảthuyếtkhoahọc

Nếunghiêncứu,t ì m hiểuđượcc á c phươngpháphìnhthànhhỗnhợpcháytrongđộngcơĐiezensẽgiúpchoviệcsửdụngđộngcơtốthơn,vàgiúptiết kiệmnhiênliệu,nângcaođượchiệusuấtcủađộngcơ

4 Đốitượngvàphạmvinghiêncứu

Đốitượngnghiêncứu:Giớihạnnộidungvấnđề:

- Tìmhiểu,nghiêncứucácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpcháytrênđộngcơĐiezen

- CácgiảiphápnângcaohiệusuấtcủađộngcơĐiezenPhạm

vinghiêncứu:ĐộngcơĐiezen

5 Nhiệmvụnghiêncứu

Đểthựchiệnđềtàicầnthựchiệncácnhiệmvụsau:

- Tìmh i ể u , n g h i ê n cứuv à phântíchcácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpcháycủađộngcơĐiezen.

- CácgiảiphápnângcaohiệusuấtnhiệtchođộngcơĐiezen

- Thamkhảotàiliệutrongvàngoàinướcđểhoànthiệnđềtàinghiêncứuc ủ a mình:“TìmhiểucácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpcháycủađộngcơĐiezenvàcácgiảiphápnângcaohiệusuất”

-KẾTLUẬN

NỘIDUNG CHƯƠNG1:NHIÊNLIỆU,HỖNHỢPCHÁYVÀCÁCPHƯƠNGPHÁ PNGHIÊNCỨUQUÁTRÌNHHÌNHTHÀNHHỖNHỢPTRONGĐỘN

óa học xảyramạnhp h ụ thuộc vàophươngpháphìnhthànhhỗnhợpvàsốkìcủađộngcơ

Phươngpháphìnhthànhhỗnhợpnhiênliệuvớikhôngkhívàtiếnhànhphảnứnghóahọclànguyênnhâncủahàngloạtyêucầuđốivớinhiênliệusửdụngtrongđộngcơđ

ố t trong.Trongc á c đ ộ n g c ơ hìnhthànhhỗnhợpbêntrongđ ặ c b i ệ t l à độngc ơ Điezen,n h i ê n liệuđ ư ợ c đ ư a trựct i ế p v à o trongxilanh.Bắtđầuphunnhiênliệuđượctiếnhànhởcuốiquátrìnhnénépvàmộtphầnnhỏnhiênliệubốcc h á y trước,cònphầnlớnt i ế p tụcđivàot r o n g quátrìnhcháy.Dovậycầnphunnhiênliệudướidạngsươngmùđểđảmbảochosựhòatrộnnhiênliệuvớikhôngkhíởtrongxilanh

Thờig i a n thựch i ệ n cácgiaiđoạncủaquátrìnhc h á y n h i ê n liệutrongx i l a n

h khôngđượckéod à i Ngoàinhữngyêucầuc ơ bảnđ ã nêutrên,nhiênliệusửdụngcòncầnphảicónhữngyêucầusau:

- Bảođảmkhởiđộngđộngcơnhanhvàt i n cậy,k h ô n g p h ụ thuộcvàonhiệtđộmôitrườngxungquanh

- Chophépthựchiệnquátrìnhcháykhônghìnhthànhmuộivàkếtcốctrênbềmặtbuồngcháy

- Tạođiềukiệngiảmmònvàrỉốnglótxilanh,xecmăngvàpit-tông.

- Bảođảmđiềukiệncháyhoàntoànvàđúnglúc,hạnchếsốlượngcácthànhphầnđộchạitrongsảnphẩmcháy

tôngvàlàmđộngcơchuyểnđộng

Trongđộngcơnén-nổ4kìbìnhthường,1vòngcóthểchiathành4kì:

1 Hútkhôngkhívàoxilanh,sauđóvanvàođónglại

2 Nénkhôngkhítrongxilanhtớimộtthểtíchxácđịnh(trongkìnénnàyá p suấtvànhiệtđộtănglên),khiđónhiênliệuĐiezenđượcphunvàobuồngn é n

3 Nhiênliệucháy.K h í c h á y giãnnở trongkhitấtcả cácvanđóng,ápl ự c tácđộnglênđầupit-tônglàmmáychuyểnđộng

4 Vanx ả mởvàkhíc h á y đượcthảir a ngoàibuồngn é n Kìn à y hoànthành1vòngcủađộngcơvàvòngtiếptheođượcbắtđầuvớiviệcđóngvanx ả Nhưvậycó1kìsinhcôngvà3kìkhôngtảichohaichuyểnđộngcủatayquay

Trongđộngcơ2 kìkhôngkhíbịnénnhưtr ên, nhưngngaygầnđầukìsinhcông,vanxảmởravàxilanhđượcquétbằngkhôngkhísạchtừmộtmáybơmsaochokìtrởlạinénkhôngkhísạch.Nénkhôngkhísạchlàcầnthiếtđểđạ t hiệuquảcủatayquayvàđộngcơlàmviệcmạnhhơnvàêmhơnsovớiđộngcơbốnkìcócùngcỡvàtốcđộ

Nhữngthuậnlợichủyếucủa đ ộn g cơ Điezenlàsựgọngàngcủađộngc ơ , sạchsẽvàhiệuquảnhiệtcao

Nhưtrênh ì n h 1 1 đãt r ì n h bày,t r o n g chut r ì n h làmv i ệ c củađộngcơĐiezen,nhiênliệutựbốcc h á y trong điềukiệnnhiệtđộvàá p suấtt ớ i hạn,khôngcầnmồilửatừbugi.VìthếtínhchấtquantrọngcủanhiênliệuĐiezenl à chấtlượngcháycủanó.ChấtlượngcháycủanhiênliệuĐiezenphảiđượcđobằngnhiệtđộ cháytứct h ờ i vàbằngcácphépthửđộngcơđư ợc ch ế tạođặcbiệtđểthuđượccácgiátrịsốđốivớisựtrễcháy

Nhiệtđ ộ c h á y t ứ c t h ờ i ( S I T

-SpontaneousIgnitionTemperature)liênquanrấtnhiềuđếnhàmlượnghyđrocủadầuvàđồngthờinóđượcxemnhưphépđosựtiệnlợicủaviệcdùngnhiênliệuĐiezen.Mộtgiátrịnhiệtđộthấpcủasựtựbốccháytrongôxyđượcxemlàthuậnt i ệ n choviệcdùngdầuđó.PhépthửnàychỉlàmộtchỉdẫnrấtchungchosựtiệnlợicủaviệcdùngnhiênliệuĐiezen

PhươngpháptốtnhấtđánhgiáchấtlượngnhiênliệuĐiezenlàthửtrongđộngcơ,nhưngmộtphươngphápthửgầnđúngcóthểthuđượclàxácđịnhtỉl ệ parafintrongnhiênliệuĐiezen

Trongtrườnghợpcácnhiênliệuđitừdầumỏthìh à m l ư ợ n g parafincàngcaothìchấtlượngcháycàngtốt.Điềunàykhôngphảiluônđúngvớicácnhiênliệuthuđượctừđádầuvàcácphânđoạnthuđượctừthanđá

Mộtphépt h ử k h á c l à đ i ể m anilin.Ngườit a dựatrênt h ự c t ế l à c á c hi

đrocacbonthơmtrộnlẫndễdàngvớianilinởnhiệtđộphòng,nhưngvớicácparafincầnđốtnóngtớimộtnhiệtđộtươngđốicaochúngmớitrộnlẫnhoànt o à n vớianilin.ĐiểmanilinđượcchuyểnthànhchỉsốĐiezentheobiểuthức:

Điểmanilin(°F)×Trọnglượng(API)

100ChỉsốĐiezenkhôngthậttintưởngnhưchỉsốxetannhưngnólàmộtchỉd ẫ n hữuíchkhikhôngcóđiềukiệnthửđộngcơ.Vềgiátrịsố,chỉsốĐiezenthườngcaohơn3đơnvịsovớichỉsốxetanvànócóthểchuyểnthànhchỉsốx et an theocôngthứcsau:Chỉsốxetan(tínhtoán)=ChỉsốĐiezen+0,068×Tsôitrungb ì n h ( 0F)− 22

(1.2)K h i chấtlượngc h á y đượcthử trongmộtđộngc ơ Điezenchuẩnt h ì kết

cháycaovàngườitagắnchonócóchỉsốxetanbằng100.α-Metylnaphtalenl à mộthiđrocacbonthơmmàngườit a quyư ớ c n ó c ó c h ỉ sốx e t a nbằng0.Chúngtạonênthangđ o c h ỉ sốxetan.Vậyc h ỉ s ố x e t a n c ủ a mộtn h i ê n liệuĐiezenl à phầnt r ă m theot h ể tíchcủaxetantrongh ỗ n hợph a i hiđrocacbonx e t a nvàα-metylnaphtalenmànócócùngchấtlượngnổnhưnhiênliệuđó

ỞMĩ,ngườitadùngmộtđộngcơCFR(CooperativeofFuel.Research)đãđượctiêuchuẩnhoáđểtiếnhànhphépthửdướinhữngđiềukiệnchuẩnvềnhiệtđộkhôngkhí,tốcđộ,tốcđộnhiênliệuvànhiệtđộlàmlạnh.Tỉlệnéncóthểthayđổiđượcvàđượcđosovớimộtthờigiantrễchuẩn.Bởivậyýnghĩachungcủachấtlượngcháylànhiênliệucóthờigiantrễcháythíchhợptrongđộngcơ.Mộtchỉsốxetancao,v ượ t quá48làcầnthiếtchođộngcơtốcđộc a o nhưngmộtđộngcơtốcđộthấpkhôngđòihỏinhưvậybởivìnóđòihỏinhiềuthờigianchosựcháy.Ởnhiệtđộkhôngkhícaohơnhaysựtrộnkhôngkhívàonhiênliệukĩcànghơnsẽcầnnhiênliệuvớichỉsốxetanthấphơnởc ù n g mộttốcđộ.Thậtvậy,mốiquanhệgiữatốcđộđộngcơvàchỉsốxetanlàgầ n đúngnhưsau:

NhữngphépthửhoáhọcvàvậtlíchonhiênliệuĐiezen:

MộtsốphépthửcầnthiếtchonhiênliệuĐiezennhư:phépthửđộtinhkhiết(độsạch),hàmlượngtro(khôngđượcquá0,01%.),chấtsalắng(chỉcầnkhôngvượtquá0,25%),hàmlượngnướcvàhàmlượngasphalt

Nhiênliệulỏngc ó thànhphầnchínhl à cáchyđrocacbon,baog ồ m các họ:parafin(ankan)cócôngthứcCnH2n+2;naphaten(xicloankan)cócôngthứcCnH2nvàaromaticcócôngthứcCnH2n-6hoặcCnH2n-

12.Cáchyđrocacbonnhưolefin,điolefin,axetylenchiếmh à m l ư ợ n g rấtnhỏtrongdầumỏ.Thôngthườngtrongdầumỏchứa 8485%cacbon,1214%hyđro,cònlạilàkhínitơ,ôxyvàlưuhuỳnh.Mỗiphầntửhyđrocacbontrongdầumỏcótừ530nguyêntửcacbon(nhiênliệuĐiezencóđến30C)

1.2.2 Cácthànhphầncơbảncủanhiênliệu

Cácthànhphầncơbảncủanhiênliệuđượcquyđịnhbởitỉlệkhốilượnghoặcthểtíchc ủ a cácnguyênt ố riêngt r o n g n h i ê n liệu.Vớinhiênliệulỏngthườngxéttrongmộtđơnvịkhốilượng.Vídụtrong1kgizooctan(C8H18)có0,842kgcacbon(gC)và0,158kghyđro(gH).Đốivới1kgnhiênliệulỏngvớithànhphầngồmcacbon(gC),hyđro(

gH)vàoxy(gOnl),trongđiềukiệnkhôngc ó lưuhuỳnh(gS=0)cóthểviết:

TrongđógC,gH,gOnl–làkhốilượngC,H,Ocótrong1kgnhiênliệu

1.2.3 Nhiệttrịcủanhiênliệu.

Nhiệttrịcủanhiênliệulànhiệtlượngtỏarakhiđốtcháyhoàntoàn1kgnhiênliệu( đ ố i vớinhiênliệulỏng)h o ặ c 1m3nhiênliệu(đốiv ớ i nhiênliệukhí)

Cóhailoạinhiệttrị:nhiệttrịcaohovànhiệttrịthấphu

Nhiệttrịcaohongoàinhiệtlượngtỏarakhiđốtcháynhiênliệu,cònkểc ả nhiệttỏarachosựngưngtụcủahơinướcchứatrongnhiênliệuhoặchìnhthànhkhíđốtcháyhyđro.Khitínhtoánđộngcơđốttrongnêndùngnhiệttrịt h ấ p huvìnhiệtđộcủakhíthảitrongđộngcơlớnhơnnhiệtđộngưngtụcủahơinước

Hỗnhợpnạpmớiđượcđặctrưngbởihệsốdưkhôngkhí,làtỉsốgiữalượngkhôngk

h í thựct ế nạpvàotrongxilanhđộngcơlđ ểđ ố t c h á y 1 k g nhiênliệuvàlượngkhôngkhícầntheolíthuyếtl ođểđốtcháy1kgnhiênliệu:

 ll o

G kk G

nl l o

(1.6)Trongđó:l -lượngkhôngkhínạpvàotrongxilanhđộngcơđểđốtcháy

1kgnhiênliệu,kg/kgnl;l o

-lượngkhôngkhícầntheolíthuyếtđểđốtcháy1kgnhiênliệu,kg/kgnl;Gkk–l ư ợ n g khôngk h í n ạ p v à o trongxilanh,kg;Gnl–

lượngnhiênliệunạpvàotrongxilanh,kgnl.

Khihỗnhợpđủkhôngkhíl = l o , hệsốdưkhôngkhí= 1;nếu1

(thiếuôxy),gọilàhỗnhợpgiàuhayđậm;nếu >1(thừaôxy),gọilàhỗnhợpnghèohayhỗnhợpnhạt

Đốivớiđộngc ơ Điezencóđ i ề u chỉnhchấtl ư ợ n g hỗnhợp,h ệ s ố dưkhôngkh

íphụthuộcvàochếđộtảibiếnđổitrongphạmvirộng(từ=5hayhơnthếkhinontảichotới =1,41,25khitoàntải).KhitínhnhiệtđộngcơĐiezenthườngchọnởchếđộtoàntải=1,31,6,nếuchọnt h ấ phơnnữathìsẽcháykhônghết,cóphầnCOtrongkhíthảivàxảkhóiđen

Trênhìnhvẽ1.2đ ư a r a nhữngđườngcongp h ụ thuộccủahệs ố dưkhôngkhív

chủyếucủaviệcquansátchụpảnhquátrìnhcháy.Ánhsángcóthểtựphátrat ừ chínhkhícháycầnquansát,hoặcnếukhôngthìdùngmộtnguồnsángbênngoàichiếusángthểtíchkhícầnquansátchụpảnh.

Ngàynayvớicácthànhtựumớicủakhoahọccôngnghệ,ngườitađãsửdụngc á ckỹthuậtquangđiệnt ử v à kỹthuậts ố đ ể thựch i ệ n mụcđ í c h này.Vớikỹthuậtnàycót hể ghiđượcmộtcách liêntụchàngtrămbứcảnhhoặchơntrongmộtgiâynêncóthểnhậnđượcmộtl o ạ t hìnhả n h l i ê n tiếptrongc ù n g mộtchutrìnhđộngcơ,t ứ c l à t

a c ó t h ể x e m được d i ễ n b i ế n quátrìnhcháytrongtừngchukỳriêngbiệt.Phươngphápnàyđượcgọilàphươngphápquayphimliêntụctốcđộcao

Cácphươngphápchụpảnh,ghihìnhnóitrênđềucầnđếnnguồnsángvàmáyquayphim tốcđộcao

1.4.2 Cácphươngphápnghiêncứuhìnhthànhhỗnhợpvàcháytrongđộngc

ơĐiezen.

Đểđisâutìmhiểutừngkỹthuậtđosẽmấtrấtnhiềuthờigian,nênởđâysẽchỉtrìnhbàymộtsốkỹthuậtđocơbảncũngđượcápdụngkháphổbiếntrongquátrìnhtìmhiểuvềquátrìnhhìnhthànhhỗnhợpvàcháytrênđộng cơ

Đểnghiêncứuquátrìnhcháymộtcáchtrọnvẹn,ngoàiquansátsựhìnhthànhvàphátt r i ể n c ủ a màngl ử a cầnphảiquansátđượchiệntượngphunnhiênliệuvàhìnhthànhh ỗ n hợptrướckhiq u á t r ì n h c h á y xả y r a Cácq u á trìnhphunnhiênliệunàykhôngphátsángnêncầnphảicómộtnguồnsángđểc h i ế u sángtrongkhiquansáthoặcghilạihìnhảnh.Hình1.4giớithiệumộtsơđồthiếtbịthínghiệm điểnhìnhđượcsửdụngđểq u a n sátchụpản h quátrìnhc h á y trong độngc ơ Đ i e z e n mộtxil a n h chuyêndùngc h o nghiêncứu.Trongsơđồnày,ánhsángtừmộtnguồnsángphảnxạquamộtgươngchiếusángcáctianhiênliệuphuntrongxilanhđộngcơ.Cáctianhiênliệuphunđượcchiếusángkhiđóđượcghihìnhbằngmộtmáyảnhđặtởphíakiacủaxilanh

Phươngphápchụpảnhtốcđộcaoyêucầubuồngcháyphảiđượcchiếu

sángvớimộtcườngđộsángcaotrongmộtkhoảngthờigianrấtngắn.Cácđặcđ i ể m chínhcủanguồnsángđượcchọnlàđộsáng,sựphânbốquangphổvàtốcđộlặplạicủanó.

Hình1.4.Sơđồthínghiệmchụpảnhquátrìnhphunnhiênliệuvàquátrìnhc h á y trong

độngcơĐiezenphunnhiênliệutrựctiếp

Nguồnsángcóthểchiếusángliêntụchoặcchiếusángởdạngxungtuỳt h e o yêucầuchụpảnhđơnhayghihìnhliêntục.Nguồnsángdạngxungđượcsửdụngtrongchụpảnhđơn,trongtrườnghợpnàycácxungánhsángvớiđộd à i xungrấtngắnquyếtđịnhđộphângiảicủahệthốngvàchophépsửdụngđượccácmáyảnhcótốcđộchậmhơnvìkhiđóthờigianghiảnhđượcquyếtđịnhbởiđộdàixungchiếusáng.Cácđènxunglasercóđộdàixungrấtngắnt ớ i 20(ns)

Cóhailoạiđènchiếusángliêntụctrongvùngquangphổnhìnthấylàđ è n halogenvolframthạchanhvàđèntrònmộtchiềutrongđóloạithứnhấtc ó nănglượnglớnvàkhảnăngchiếusángrộngnênđượcdùngrộngrãihơn.T r o n g trườnghợpd ù n g nguồnsángliênt ụ c t h ì t h ờ i gianghimộtả n h đượcquyếtđịnhbởitốcđộmáyảnh(tứclà

=1/sốảnhtrongmộtgiây)

Nhìnchungcácmáyảnhtốcđộcaođềutrangbịcácnguồnsángphát

xungngắn(vàimicrogiây)nêncóthểchụpđượccácbứcảnhtứcthờivàtăngđ ư ợ c độnétcủaảnh.

Vớimụcđíchnghiêncứuquátrìnhcháy,ngườitathườngdùngnguồns á n g laservìnócónănglượngcaovàđộdàixungrấtngắn

Tuỳtheoyêucầuquansátchụpảnhcáchiệntượngtrongbuồngcháymàngườitacócáchbốtríhệthốngthiếtbịchụpảnhkhácnhau

Phươngphápbốtríthiếtbịnhưtrênhình1.5dùngđể

quansátchụpảnhquát r ì n h phunnhiênl i ệ u vàq u á trìnhc h á y p h á t triểntheophươnghướngkínhcủaxilanhtừtâmvòiphun.Cáchbốtrínhưtrêncóthểquansátđượccả

hi ện tượngchuyểnđộngxoáycủamôichấttrongquátrìnhphunnhiênliệuvàcháy.Đểthựchiệnđượcyêucầuchụpảnhnày,pit-

tôngphảicókếtcấukéodà

iđặcbiệtvàđỉnhpit-tôngphảibằngvậtliệutrongsuốtvà đặtcácgươngphảnchiếuc ố địnhp h í a dướinhưtrênhình1 5 Nhượcđiểmc ủ a phươngphápbốtrínhưtrênlàvậtliệutrongsuốttrênđỉnhpit-

tôngrấtnhanhbịđụcdomuộithanb á m dínhvào.Hơnnữa,dùnghaigươngnhưtrêndễlàmchohìnhảnhbịrungvàdođóđộnétcủaảnhbịảnhhưởng

Hình1.5.QuansátquátrìnhphunnhiênliệuvàcháytừphíatrênnắpxilanhĐểquansátc

hụpảnhcácphầncơbảnnàođócủabuồngcháythìcóthể

bốtrísơđồthiếtbịnhưtrênhình1.5vớicửasổquansátbằngvậtliệutrongsuốtđặttrênnắpmáy.K ế t c ấ u bốtrínhưtrênđơngiảnhơnphươngphápc h ụ p ảnhtừdướilênnhưtrênhình1.4vàđộcứngvữngcủahệthốnggươngcũngcaohơnnênđộnétcủahìnhảnhtốthơn.Tuynhiêncáchbốtrínàychỉbốtríđượccửasổnhỏnênkhôngquansátđượctoànbộbuồngcháy

Sơđ ồ b ố t r í trênhình1 6 khôngcầngươngphảnchiếunênđộcứngv ữ n g củahệthốngcaohơnvàdođóchấtlượngảnhcũngrõhơnhaitrườnghợptrên.Sơđồnàycònchophépquansátđượccảdiễnbiếnquátrìnhcháyt h e o phươngdọcxilanh.Tuynhiênsơđồnàykhôngchophépquansátđượcđ ặ c đ i ể m q u á trìnhphunv à c h á y t

r ê n toànbột i ế t diệnngangbuồngcháy.Chínhvìv ậ y phươngphápnàythườngápdụngchov i ệc quansátchụpảnhquátrìnhphunnhiênliệuvàcháyđốivớiđộngcơcóbuồngcháythốngnhấtdùngvòiphuncócáclỗphunđốixứngvàphunchínhtâmxilanh

Hình1.6:Quansátchụpảnhquátrìnhcháytheophươngngan

gquábuồngcháy

Cácphươngphápbốtrívàlắpđặtthiếtbịquansátvàchụpảnhbuồng

cháynhưmôtảởtrênhình1.6cóưuđiểmlàcửasổquansátrộngnhưngyêuc ầ u phảithayđổinhiềuvềkếtcấuxilanh,pit-tônghoặcnắpxilanh.Dovậy,đểkhắcphụccáckhókhănnày,ngàynayngườitadùngthiếtbịnộisoithaythếchocácốngkínhlớntrướckia.Thiếtbịnàychỉcầnkhoanmộtcửasổrấtn h ỏ vàobuồngcháyđểđưađượcmộtđènnộisoivào.Đènnộisoilàbộphậnc h í n hcủathiếtbị,đườngkínhchỉđến5(mm),tứclàbằngđườngkínhcủacácc ả m biếnđoápsuấtkhíthểtrongxilanh.Đènnộisoithườngđượclàmbằngn ư ớ c đốilưucưỡngbứcđể

cóthểlàmviệclâudàitrongmôitrườngnhiệtđộcaotrongbuồngcháy.Hìnhảnhthuđượctừđầunộisoiđượctruyềnđếnmộtmáyảnhtốcđộcaođểghilại.Hình1.7giớithiệusơđồkhốicủahệthốngthiếtbịđovàsơđồlắpđặtđầunộisoitrongđộngcơ.Đầuquansátcógócnhìn80ov àphươngnhìntuỳtheokếtcấu(ởđâylà30os ovớitrụccủanó)

Hình1.7.Sơđồhệthốngchụpảnhbuồngcháydùngthiếtbịnộisoi

TínhiệuhìnhảnhthuđượcbởimáyảnhCIDsẽđượcsốhoávàđượclưugi ữ trênmáyvitínhPCvàtừđócóthểxửlýtiếp

CHƯƠNG2:CÁCPHƯƠNGPHÁPHÌNHTHÀNHHỖNHỢPCHÁYTRO NGĐỘNGCƠĐIEZENVÀCÁCGIẢIPHÁPNÂNGCAOHIỆUSUẤTNHI

ỆTTRONGĐỘNGCƠ

2.1 Sựhìnhthànhhỗnhợpcháytrongđộngcơ

Sựhìnhthànhhỗnh ợ p trongđộngc ơ Điezenđược thựch iệ nởcuốik ì n é n épvàởđầuhànhtrìnhgiãnnở,vớikhoảngthờigianngắnchừng20 60ogócquayt r ụ c khuỷu.Hỗnh ợ p khôngkhínhiênliệuđ ư ợ c hìnhthànhtronggiaiđoạncháytrễvàởcácphakhácnhaucủaquátrìnhcháy

Tiếpt h e o làđ ề cậpđ ế n đ i ề u t r á i ngượcmâut h u ẫ n v ớ i yêuc ầ u hìnhthànhhỗnhợptrongsuấtquá trìnhcủagiaiđoạncháytrễvàtrongquátrìnhcháy.T r o n

g g i a i đoạnc h á y t r ễ nhiênliệuphânbốđềuđ ặ n t r o n g thểtíchkhôngkhíkhônglàđiềucầnthiết,vìmuốncóhỗnhợpđồngnhấtcầncócácg i a i đoạncháytrễdàihơnlàkhôngđồngnhất.MặtkhácvìnhiênliệukhôngphânbốđồngđềutheothểtíchbuồngcháytrongđộngcơĐiezenvẫncóthểlàmcháyhỗnhợpvớilượngdưkhôngkhítổngquátlớnhơnkhiđộngcơlàmviệcởhànhtrìnhkhôngtải(  6,0).

Trongcácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpđưaratrongthờigiangầnđây,phảikểđếnphươngpháptốcđộhìnhthànhhỗnhợpcôngtácởgiaiđoạnb ắ t đầu,đ ể g i ả m l ư

ợ n g h ỗ n hợpkhôngkhív ớ i nhiênliệuchuẩnb ị chos ự cháyvàquantrọnglàgiảmtốcđộbốchơinhiênliệuvàsựtăngápsuấttrongphacháyđầutiên

Đối vớiquá trìnhcháyvàđặcbiệtlànhưngpha cuốicùngcủanó(IIIvà

IV) ,cốgắngđồngđềuthànhphầncôngchấttheothểtíchbuồngcháyđểsửdụngôxytrongkhôngkhítriệtđểhơnvà tiếptheolàkhảnăngnângcaoáps u ấ t cóíchbìnhquâ

npecùngcôngsuấtriêngcủađộngcơĐiezen

Sựhìnhthànhhỗnh ợ p ba o g ồ m hàngloạtquátrìnhvậtlínhư:xénhỏ

dòngnhiênliệuratừnggiọtnhỏ(phunnhiênliệu);đốtnóng,bốchơivàphân

bốnhiênliệutrongkhắpbuồngcháy.Đasốnhữngquátrìnhnàyxảyrađồngthời.Việcđốtnóngvàb a y h ơ i nhiênliệuđượcthựchiệnnhờnănglượngnhiệtcủanénépkhí,cácthôngsốcủanóởcuốihànhtrìnhnénépkhicôngtáccủađộngcơkhôngtăngápđặctrưngbởinhữnggiátrịsauđây:ápsuất3,5

5 , 5MN/m3,nhiệtđộlà700 900o K

.MậtđộkhôngkhítrongbuồngcháyđộngcơĐiezenlàmviệckhôngtăngáplơnhơnmậtđộkhôngkhímôitrườngxungquanhkhoảng12 14lần.Saukhicháyrõnhiệtđộvàápsuấttrongbuồngcháytănglênt h ú

c đ ẩ y nhanhđ á n g k ể quátrìnhđốtnóngvàbốc hơic á c giọtnhiênliệu

NhiênliệuđượcphânbốtrongbuồngcháydođộngnăngdòngnhiênliệuEnlvàchuyểnđộngcủakhôngkhínénépEKK.Nănglượngtoànbộcóthểsửdụngđểhìnhthànhhỗnhợp

TrịsốđộngnăngEnlv àEKKp h ụthuộcvàophươngpháphìnhthànhhỗnhợpvàhìnhdạngcủabuồngcháy

Trongcácđộngc ơ Điezenphươngtiệng i a o thônghiệnđ ạ i , vềcơb ả n thườngsửdụngnhữngphươngp h á p hìnhthànhhỗnhợpsauđây:t h e o t h ể t í c h , theomàng-thểtích,theomàng.Mộtsốtrườnghợp,kiểu,loạivàsựpháttriểncủa quátrìnhhìnhthànhhỗnhợptrongđộngcơ Điezenđượcxácđịnhbởiđặcđiểmkếtcấucủabuồngcháy.Dovậy,kếtcấunhữngbuồngcháycơb ả n củađộngcơĐiezenvàcácphươngpháphìnhthànhhỗnhợpcháytrongbuồngcháycũngđượcnghiêncứu

2.2 CácloạibuồngcháytrongđộngcơĐiezen

2.2.1 Buồngcháykhôngphâncách

Buồngcháykhôngphâncáchcòngọilàbuồngcháythốngnhất,trongđótoànbộbuồngcháyliềnmộtkhônggian

Trongbuồngcháythốngnhất,theosựhìnhthànhhỗnhợpthìquátrìnhcháycóhailoại: