v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.3.3. Cơ chế hình thành cặn lắng
Nhiệt độ bề mặt cặn (tc) và nhiệt độ bề mặt vách (tbm) có độ chênh lệch nhất định. Trong nghiên cứu này, nhiệt độ bề mặt cặn tối thiểu được xét đến ngay khi giọt nhiên liệu xuất hiện và va chạm với bề mặt vách và tăng lên đến tối đa ngay trước khi va chạm tiếp theo diễn ra. Sự biến động của nhiệt độ bề mặt cặn được gây ra bởi tác động của hiệu ứng làm mát (A), quá trình oxi hóa bề mặt (B) và truyền nhiệt (C) trong quá trình
110
hình thành cặn. Sự chiếm ưu thế giữa chúng được biểu thị theo vùng A, B và C trong Hình 4.19. Trong suốt quá trình thử nghiệm thời gian bay hơi cũng được ước tính và được biểu diễn trong hình. Các kết quả thử nghiệm mô tả trong hình cho thấy sự phát triển cặn nhanh đối với B100 và phát triển chậm với DO.
Trong sự phát triển nhanh của cặn, nhiệt độ bề mặt cặn có xu hướng thấp hơn nhiệt độ bề mặt vách ở giai đoạn ban đầu của sự tạo cặn và thời gian bay hơi ban đầu của nó đảm bảo không xảy ra sự chồng chất, điều này được thể hiện bởi các kết quả thu được trong Hình 4.19.
Hình 4.19. Nhiệt độ bề mặt cặn B100 và DO, thời gian tồn tại của giọt nhiên liệu
Đối với B100, hiệu ứng làm mát bằng nhiên liệu lỏng đã chiếm ưu thế ở đầu quá trình lắng đọng và giảm nhiệt độ bề mặt (B100-A). Sau đó, quá trình oxi hóa bề mặt diễn ra khi số giọt tăng (B100-B), nhiệt được tỏa ra và làm nhiệt độ bề mặt cặn tăng. Khi nhiều cặn tích lũy hơn (B100-C), nhiệt độ bề mặt cặn giảm do độ dẫn nhiệt của cặn thấp. Bên cạnh đó, độ dẫn nhiệt thấp có ảnh hưởng lớn hơn đến hiệu ứng oxi hóa. Khi thời gian bay hơi dài hơn thì tình trạng chồng chất được quan sát thấy trong miền tạo cặn này.
Tuy nhiên, với DO, nhiệt độ bề mặt cặn chỉ giảm nhẹ (DO-A) và tăng trở lại (DO-B), nhiệt độ tối đa của nó nằm trong sự biến động nhiệt độ bề mặt vách. Điều kiện không chồng chất được duy trì từ đầu đến cuối thử nghiệm tạo cặn. Do chỉ có ít lượng cặn tồn tại dưới dạng lớp, tác dụng làm mát ở giai đoạn đầu và quá trình oxi hóa bề mặt trong giai đoạn sau là những yếu tố chủ yếu tạo cặn. Khả năng dẫn nhiệt có ảnh hưởng rất nhỏ tới việc tạo cặn DO.
111
Trong khi điều kiện khô được duy trì, không có nhiên liệu dạng lỏng nào tích tụ trên bề mặt vào thời điểm khi nhiệt độ bề mặt cặn tối đa được đo. Do đó, không có sự tác động của quá trình oxi hóa với nhiên liệu lỏng, nhưng quá trình oxi hóa của cặn có cacbon đã diễn ra ngay cả trong điều kiện khô.
Hình 4.20 cho thấy sự biến động nhiệt độ bề mặt cặn và thời gian bay hơi ước tính của các nhiên liệu thử nghiệm. Nhiệt độ bề mặt cặn và cấu trúc cặn có ảnh hưởng lớn đến sự bay hơi của các giọt nhiên liệu tương tác. Như thể hiện trong Hình 4.20.A và E, cả hai nhiệt độ tối đa và tối thiểu của bề mặt cặn giảm xuống giá trị thấp hơn nhiệt độ bề mặt vách trong giai đoạn giữa và sau của quá trình tạo cặn.
112
Hình 4.20. Nhiệt độ bề mặt cặn B100, B50, B20 và B5 với τvc = 5s và τvc = 8s
Nhiệt độ bề mặt cặn thấp hơn nhiệt độ bề mặt vách vì sự truyền nhiệt giảm đáng kể khi lượng cặn lớn và tác dụng của nó lớn hơn nhiệt tỏa ra của sự oxi hóa chậm. Đối với B20 (Hình 4.20.E và F), mặc dù trong điều kiện không chồng chất ở giai đoạn đầu của sự tạo cặn, cặn vẫn phát triển nhanh chóng. Nguyên nhân có thể do tốc độ hình thành tiền tố cặn trong những điều kiện này lớn hơn so với tốc độ bay hơi. Nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ bề mặt vách có thể tạo ra nhiều cặn tích lũy. Nó dẫn đến sự kéo dài thời gian tồn tại và sự bay hơi trong điều kiện chồng chất của các giọt nhiên liệu ở giai đoạn giữa và sau quá trình tạo cặn.
Khi τvc = 8s, quá trình phát triển cặn chậm, nhiệt độ bề mặt cặn cao hơn nhiệt độ bề mặt vách khi số lượng giọt tăng lên. Điều này gây ra bởi quá trình oxi hóa cặn chậm và cặn có cấu trúc đặc. Sự gia tăng của nhiệt độ bề mặt cặn dẫn đến khoảng thời gian
113
bay hơi ngắn và không duy trì điều kiện chồng chất như trong Hình 4.20.B, D và H, do đó ít cặn hình thành hơn.
Đối với B50 trong Hình 4.20.C và D, thời gian bay hơi giảm gần bằng với khoảng thời gian va chạm và gây ra hiện tượng biến động về tình trạng chồng chất. Tuy nhiên, trạng thái không chồng chất chiếm ưu thế hơn nên vẫn ít cặn hình thành hơn.