Hình 2.5: Hình ảnh phun xé nhỏ dòng nhiên liệu chảy từ vòi phun với tốc độ bé.
K
- Góc quay của trục cam bơm cao áp tính từ thời điểm bắt đầu phun.
Trong trường hợp sự hình thành hỗn hợp theo thể tích và theo màng - thể tích ở động cơ Điezen thì dòng nhiên liệu đi ra từ vòi phun cần phải được xé nhỏ ra những giọt nhỏ. Kích thước của giọt phải đảm bảo cháy nhanh, với động cơ Điezen chúng nằm trong giới hạn 5 40m. Những hạt to hơn thường hình thành cuối giai đoạn phun, chúng có thể kéo dài quá trình cháy và tạo điều kiện cho việc hình thành muội (bồ hóng). Những hạt qua nhỏ (kích thước dưới 10m) hóa hơi ở gần vòi phun gây trở ngại cho việc tận dụng không khí ở những điểm xa trong buồng cháy.
Phun nhiên liệu xảy ra dưới tác dụng của những va chạm bắt đầu xuất hiện khi nhiên liệu chuyển động trong vòi phun và phản lực khí động học của môi trường khí của nhiên liệu được phun vào.
Hình 2.6: Hình ảnh chụp những giọt (hạt) nhiên liệu được phun xé nhỏ dưới tác dụng của phản lực khí động học.
Trong khi phun dòng nhiên liệu bị xé ra thành từng phần nhỏ, từng màng mỏng và từng sợi mảnh, chúng chuyển động trong môi trường khí và được hình thành dưới tác dụng của các lực khí động học và lực căng bề mặt, chúng có dạng hình cầu (các giọt). Trên hình 2.6 chỉ ra hình ảnh phân tách dòng
nhiên liệu phun ra từ lỗ vòi phun, khi đó dòng nhiên liệu phun với tốc độ bé (Wnl < 30m/s).
Khi tốc độ dòng nhiên liệu phun lớn thì quá trình phun xé dòng nhiên liệu trong trường hợp này gọi là phun, nó được phun với cường độ mạnh và
trực tiếp hình thành số lượng lớn những hạt giọt nhiên liệu nhỏ ở gần miệng vòi phun.
Việc phun xé các giọt nhiên liệu được tiếp tục đến khi lực căng bề mặt lớn hơn lực tổng cộng gây kích thích việc phun xé dòng nhiên liệu. Trên hình 2.6 giới thiệu hình ảnh chụp các giọt nhiên liệu được hình thành và xé nhỏ ra dưới tác dụng của lực khí động học.
Tốc độ chuyển động của phần nhiên liệu theo mặt cắt của dòng nhiên liệu và ở các thời điểm phun là khác nhau. Chính vì sự khác nhau này dẫn đến sự phun xé nhiên liệu không đồng nhất. Do vậy mà các giọt nhiên liệu hình thành có đường kính biến đổi trong phạm vi rộng.
Trong những điều kiện khác như nhau, tốc độ sấy nóng và hóa hơi của giọt nhiên liệu phụ thuộc vào bề mặt chung của nhiên liệu và khối lượng (thể tích) của mỗi phần, có nghĩa là phụ thuộc vào đường kính của hạt giọt nhiên liệu. Bởi vậy chất lượng phun được đặc
trưng bởi đường kính hạt giọt nhiên liệu. Khi phun xé nhỏ dòng nhiên liệu thì các hạt giọt nhiên liệu được hình thành với các đường kính khác nhau, điều đó gây khó khăn cho việc đánh giá chất lượng phun theo kích thước thực của chúng.
Chất lượng phun nhiên liệu được đánh giá theo đường kính trung bình của các giọt nhiên liệu. Giá trị này được tổng
Nạp Hình 2.7: 1. Đường đặc tính
tổng hợp phun nhiên liệu; 2. Đường cong tần suất
hợp theo các hạt nhiên liệu nhận được trong kết quả phun xé nhỏ dòng nhiên liệu và biến đổi, mặc dù các hạt có đường kính (trung bình) như nhau.
Đường kính trung bình thể tích của các hạt nhiên liệu dv và đường kính trung bình theo Dauteru dD được sử dụng rộng rãi với tư cách là đường kính trung bình. Đường kính trung bình thể tích của các hạt nhiên liệu được xây dựng từ điều kiện bằng nhau về số hạt và tổng thể tích các hạt có kích thước thật và kích thước trung bình. Nó được sử dụng để đánh giá chất lượng phun nhiên liệu, khối lượng các hạt có kích thước trung bình và số lượng thực các hạt nhiên liệu. Đường kính trung bình của hạt theo Dauteru được tính toán từ điều kiện bằng nhau về bề mặt và thể tích (hoặc khối lượng) các hạt có kích thước thực và kích thước trung bình. Điều đó cho phép đánh giá bề mặt chung của nhiên liệu phun. Việc giảm đường kính trung bình của hạt nhiên liệu là hướng hoàn thiện quá trình phun sương nhiên liệu.
Đường kính trung bình của hạt nhiên liệu không thể đặc trưng cho sự đồng nhất các kích thước của hạt nhiên liệu nhận được trong quá trình phun. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa đường kính hạt và hàm lượng tương quan của chúng được sử dụng để đánh giá độ đồng đều và đồng thời phun sương nhiên liệu. Quan hệ phụ thuộc đó gọi là đặc trưng phun nhiên liệu.
Khi xây dựng các đường đặc tính tổng hợp thì đường kính hạt được bố trí trên trục hoành, còn trục tung là tỉ lệ giữa thể tích (khối lượng) hạt và đường kính hạt có thể tính từ bé nhất đến lớn hơn của tất cả các hạt nhiên liệu: 1 1 n n h i h i i i V m V m (2.2) Ở đây Vhi, mhi – thể tích và khối lượng hạt nhiên liệu thứ i; V m, - thể tích tổng cộng và khối lượng tổng cộng của tất cả các hạt nhiên liệu.
Đường đặc tính phun nhiên liệu càng dốc và càng gần trục tung (đường cong 1, hình 2.7) thì càng phun sương tốt hơn và tăng khả năng đồng đều hạt nhiên liệu phun.
Các đường đặc tính phun có thể được xây dựng dưới dạng đường cong tần suất phun số 2 (môi trường phân phối) của thể tích riêng phần (khối lượng) của hạt nhiên liệu. Chúng nhận được từ vi phân đường đặc tính tổng hợp hoặc là từ đồ thị phân phối được xác định từ thực nghiệm. Đường kính hạt lớn nhất dhmax càng bé và đường cong tần suất cực đại hay môi trường phun càng gần trục tung, cũng như cực đại này càng cao, thì sự đồng đều và phun sương nhiên liệu càng tốt.
Các đặc tính phun trong những điều kiện phun sương và đồng đều phun nhiên liệu khác nhau được đưa ra trên hình 2.8. Độ phun sương và đồng đều khi phun nhiên liệu khác nhau được đưa ra trên hình 2.8.
Hình 2.8: Các đặc tính phun tổng hợp với tần suất môi trường phun ở những thời điểm phun khác nhau (hệ thống cấp dẫn nhiên liệu Điezen IAMZ 236; nb
= 1050 v/ph; Vctr = 115,5 mm3). 1 và 4. Góc phun trên trục cam 0 45 K , pph = 47,7 MN/m2, dVi = 24,2 m; 2 và 5. Góc 0 45, 5 K , pph = 7,5 MN/m2, dVi = 61m; 3 và 6. Góc 0 33,5 K , pph = 5,0 MN/m2, dVi = 105,5m
Độ phun sương và đồng đều khi phun phù hợp đường cong 1 và 4 ở gần trục tung, phạm vi biến đổi đường kính hạt trong trường hợp này là bé nhất. Tần suất phun (đường cong 4) có giá trị cực đại được mô tả rõ ràng. Đường kính trung bình thể tích dvi của các hạt đối với phun nhiên liệu trong trường hợp này bằng 24, 2 m . Các đường cong 3 và 6 phù hợp với phun nhiên liệu không đồng nhất và thô, đường kính trung bình thể tích của hạt trong trường hợp này bằng 105,5m, có nghĩa là việc phun sương chủ yếu là kém đi.
Chất lượng quá trình phun sương phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của phần nhiên liệu, tính chất vật lý của môi trường khí, tính chất vật lý của nhiên liệu và đặc điểm kết cấu của vòi phun.
Độ phun sương và độ đồng đều phun nhiên liệu sẽ tăng lên khi tăng tốc độ chuyển động của phần nhiên liệu, nghĩa là tăng tốc độ dòng chảy của nhiên liệu từ lỗ vòi phun. Tốc độ này được xác định bởi áp suất phun và biến đổi trong quá trình phun phù hợp với đặc tính phun.
Hình 2.9: Sự biến đổi của đường kính trung bình thể tích dVi và đường kính trung bình của hạt nhiên liệu theo Dauteru dDi trong quá trình phun đối với hệ thống cấp dẫn nhiên liệu Điezen IAMZ 236 (nb = 1050 v/ph); Vctr = 115,5
Từ hình 2.9 thấy rằng đường kính trung bình các hạt nhiên liệu có quan hệ tỉ lệ nghịch với tốc độ dòng nhiên liệu từ vòi phun và biến đổi theo mức độ cấp nhiên liệu.
Việc nâng cao mật độ môi trường mà nhiên liệu phun vào, làm tăng cản trở chuyển động của hạt nhiên liệu và tạo điều kiện xé nhỏ chúng. Tuy nhiên khi tăng mật độ môi trường phun thì tốc độ các hạt nhiên liệu giảm nhanh hơn và chúng không được xé nhỏ. Thí nghiệm chứng tỏ rằng cùng với việc nâng cao mật độ môi trường khí và phun nhiên liệu vào thì độ phun sương biến đổi không đáng kể.
Tính chất vật lý của nhiên liệu có ảnh hưởng lớn tới việc xé nhỏ dòng và kích thước hạt nhiên liệu. Lực nội ma sát (ma sát bên trong của nhiên liệu) làm giảm kích thước dòng chuyển động của nhiên liệu trong khi phun, kết quả cuối cùng là với sự tăng lên của độ nhớt, việc phun sương và đồng nhất hạt sương nhiên liệu phụ cũng kém đi. Lực căng bề mặt làm ổn định dòng chảy và giọt sương nhiên liệu, nhưng lại tạo điều kiện thúc đẩy việc xé các màng và các sợi nhiên liệu. Khi tăng sức căng bề mặt, độ phun sương sẽ kém đi nhưng ít hơn so với khi tăng nội lực ma sát. Mật độ (khối lượng riêng) của nhiên liệu ít ảnh hưởng tới độ phun và kích thước hạt nhiên liệu.
Tỉ số giữa chiều dài lỗ phun lc và đường kính lỗ phun dc, theo các thông số kết cấu của bộ phun, ảnh hưởng tới chất lượng phun nhiên liệu. Đường kính hạt sương nhiên liệu nhận được nhỏ hơn khi tỉ số lc/dc = 3 4. Sự phun nhiên liệu tốt lên trong trường hợp hình thành sự kích thích ban đầu khi nhiên liệu chuyển động trong đường rãnh của vòi phun.