Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu về quá trình phân rã thứ cấp của chùm tia phun nhiên liệu trong động cơ diesel. Kết quả nghiên cứu làm cơ sở để xây dựng sự ảnh hưởng các tính chất của nhiên liệu đến quá trình phân rã và tìm ra những biện pháp khắc phục nhược điểm của các loại nhiên liệu có độ nhớt, sức căng bề mặt và tỷ trọng quá cao hay quá thấp nhằm sử dụng làm nhiên liệu thay thế nhiên liệu diesel truyền thống cho động cơ diesel.
TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 20 - 08/2016 61 QUÁ TRÌNH PHÂN RÃ THỨ CẤP CỦA CHÙM TIA PHUN NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL THE SECONDARY REGIME OF FUEL SPAY IN DIESEL ENGINES Hồng Anh Tuấn, Lê Văn Vang Đại học Giao Thơng Vận Tải TP Hồ Chí Minh Tóm tắt: Độ nhớt cao, khối lượng riêng sức căng bề mặt lớn nguyên nhân ảnh hưởng đến trình phun, bay hình thành hỗn hợp động diesel Chất lượng hỗn hợp phụ thuộc nhiều vào trình phun phân rã chùm tia phun Nếu trình phân rã sơ cấp cung cấp điều kiện ban đầu hình thành trình phun sương chùm tia phun trình phân rã thứ cấp giai đoạn có tác dụng xé nhỏ hạt nhiên liệu để hạt nhiên liệu dễ bay Bài báo trình bày kết nghiên cứu trình phân rã thứ cấp chùm tia phun nhiên liệu động diesel Kết nghiên cứu làm sở để xây dựng ảnh hưởng tính chất nhiên liệu đến q trình phân rã tìm biện pháp khắc phục nhược điểm loại nhiên liệu có độ nhớt, sức căng bề mặt tỷ trọng cao hay thấp nhằm sử dụng làm nhiên liệu thay nhiên liệu diesel truyền thống cho động diesel Từ khóa: Q trình phân rã thứ cấp, chùm tia phun, động diesel, nhiên liệu diesel truyền thống Abstract: High viscosity, high density and surface tension is one of the reasons that affect the injection, evaporation and mixture in diesel engines The mixture quality depends much on the regime of the fuel spray The primary regime provides the first condition to the spary and atomization, the secondary regime is the next period tearing off fuel drops and droplets to vapor more easily The paper presents the results in studying the secondary regime of fuel spray in diesel engines The research results is the base to contribute the influence of the characteristics of fuel to the regime of fuel spray and find out the methods in order to overcome the disadvantages of the fuel with much hight or low viscosity, surface tension and density in order to use these fuels as the alternative fuels in diesel engines Keywords: Secondary regime, fuel spray, diesel engines, alternative fuels Giới thiệu Khi nhiên liệu phun vào buồng cháy động cơ, hạt nhiên liệu chịu tác dụng đồng thời nội lực ngoại lực Nội lực gồm lực liên kết phân tử, lực căng mặt Ngoại lực gồm lực kích động ban đầu lưu động qua lỗ phun lực cản khí động học khí nén buồng cháy Lực liên kết phân tử lực căng mặt phụ thuộc nhiều vào cấu trúc phân tử, độ nhớt sức căng bề mặt, có xu hướng giữ cho chùm tia phun nhiên liệu liên tục, không bị xé nhỏ Trong lực kích động ban đầu lực cản khí động khơng khí nén buồng cháy lại có xu hướng xé chùm tia nhiên liệu thành hạt nhỏ Ngoài ra, nhiên liệu lưu động qua lỗ phun xảy tượng bị nhiễu loạn tốc độ lưu động tương đối lớn, mức độ nhiễu loạn chùm tia phun phụ thuộc chủ yếu vào độ nhớt, sức căng bề mặt nhiên liệu, kết cấu vòi phun tốc độ chuyển động dòng nhiên liệu qua lỗ phun [3] Dưới tác động nội lực ngoại lực, dẫn đến phân rã chùm tia nhiên liệu thành hạt có kích thước, hình dáng nồng độ khác Những hạt có kích thước nhỏ giá trị nội lực nhỏ nhiều so với tác động ngoại lực Quá trình phân rã chùm tia phun nhiên liệu tạo thành sau nhiên liệu phun vào xilanh động Sự phân rã chùm tia phun nhiên liệu diễn nhanh hay chậm phụ thuộc vào yếu tố như: Vận tốc phun, áp suất nhiệt độ buồng cháy, tính chất vật lý nhiên liệu Q trình phân rã tiền đề quan trọng tạo nên phá vỡ chùm tia phun nhiên liệu thành hạt nhỏ, bao gồm q trình phân rã sơ cấp phân rã thứ cấp Quá trình phân rã thứ cấp Trong trình phân rã sơ cấp, giọt hạt nhiên liệu tách khỏi chùm tia phun Các giọt hạt nhiên liệu thường khơng ổn định tiếp tục bị phân rã Sau trình phân rã sơ cấp 62 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 20, Aug 2016 trình phân rã thứ cấp Hai q trình phân rã có tính chất định đến thơng số hình học chùm tia phun nhiên liệu kích thước hạt nhiên liệu Hình biểu diễn trình phân rã sơ cấp thứ cấp chùm tia phun nhiên liệu Hình Quá trình phân rã phá vỡ chùm tia phun Quá trình phân rã thứ cấp xảy sức căng bề mặt giọt nhiên liệu trở nên nhỏ ảnh hưởng đáng kể đến khả chống biến dạng giọt Nếu lực khí động thắng sức căng bề mặt làm biến dạng phân rã giọt Quá trình phân rã thứ cấp giọt nhiên liệu xảy chủ yếu thông qua lực khí động Do đó, vận tốc tương đối giọt nhiên liệu mơi trường khí xung quanh đóng vai trò quan trọng chế phân rã thứ cấp Cơ chế phân rã trình phân rã thứ cấp thể thông qua hệ số Weber pha khí: ρ u2 d Wek = k tđ (1) σ Trong đó: d: Đường kính giọt nhiên liệu trước phân rã (m); σ: Sức căng bề mặt nhiên liệu lỏng lỏng (N/m): utđ: Vận tốc tương đối hạt nhiên liệu khơng khí (m/s); ρk: Mật độ khơng khí xilanh thời điểm phun (kg/m3) Như vậy, tùy thuộc vào trị số Wek mà chế phân rã giọt trình phân rã thứ cấp diễn theo hình thức khác trình bày bảng Bảng Cơ chế hình thức phân rã thứ cấp theo Baumgarten Cơ chế phân rã Phân rã rung động Phân rã dạng túi Phân rã dạng túi/màng Wek Sơ đồ minh họa theo Baumgarten 12 < 20 < 50 Phân rã dạng dải