v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1.3. Cơ sở thiết kế
Khi phun nhiên liệu trực tiếp vào xilanh động cơ, hai quá trình vật lý chính có thể xảy ra là sự tương tác tia phun với vách và hình thành màng mỏng. Cả hai quá trình này đều có thể ảnh hưởng đến hiệu suất cháy và sự hình thành các chất ô nhiễm. Tương tác tia phun – vách xảy ra hay không phụ thuộc vào độ dài của chùm tia phun và khoảng cách giữa vòi phun và vách buồng cháy. Tùy thuộc vào nhiệt độ vách buồng cháy và số lượng của chất lỏng đọng lại trên vách tương tác tia phun - vách có thể có cả tác động tiêu cực, tích cực (Hình 3.4) [119].
Hình 3.4. Tương tác của chùm tia nhiên liệu với vách buồng cháy[119]
Cơ chế phân rã của chum tia phun nhiên liệu: quá trình phân rã thứ cấp đóng
vai trò quyết định sự hình thành lớp màng nhiên liệu lỏng trên bề mặt vách bởi nó chi phối khả năng tách của các hạt nhiên liệu ra khỏi chùm tia phun. Quá trình phân rã thứ cấp được xảy ra khi sức căng bề mặt của giọt nhiên liệu nhỏ, ảnh hưởng đến khả năng chống biến dạng của giọt nhiên liệu. Quá trình phân rã thứ cấp của giọt nhiên liệu xảy ra chủ yếu do tác động của lực khí động nên vận tốc tương đối của giọt nhiên liệu với
62
môi trường khí xung quanh đóng một vai trò quan trọng trong cơ chế phân rã thứ cấp. Quá trình phân rã này được thể hiện thông qua số Weber.
Arcoumanis và cộng sự [115] đã phát triển nghiên cứu của Wierzba [116] và chỉ ra cơ chế phân rã giọt phụ thuộc vào giá trị số We khác nhau, số We nằm trong khoảng 100-1000 thì phân rã diễn ra theo quy luật, và phân rã hỗn loạn khi số We ≥ 1000.
Từ Bảng 3.1 cho thấy, tại số We rất thấp (We ≈ 12), giọt chỉ biến dạng mà không phân rã. Khi số We tăng lên (12 ≤ We < 45), trong chùm tia phun xuất hiện một cơ chế phân rã bổ sung dạng túi hoặc túi màng hình đuôi nheo. Trong cơ chế phân rã này, các giọt nhiên liệu dao động với biên độ lớn dẫn đến phân rã thành các giọt nhỏ hơn và xảy ra hai phương thức phân bố kích thước giọt; nếu We ≥ 45 thì cơ chế phân rã thành những giọt nhỏ diễn ra nhanh hơn thậm chí khi số We ≥ 1000, sự phân rã xảy ra ngay tại miệng vòi phun [115].
Bảng 3.1. Sự ảnh hưởng của số We đến cơ chế phân rã [115]
Theo kết quả nghiên cứu của Westerling [74] và Farrel [73] để duy trì lớp màng lỏng trên bề mặt khi giọt nhiên liệu tương tác với bề mặt vách được gia nhiệt cần duy trì số We thỏa mãn: 80<We<150.
Trong khi đó theo nghiên cứu của Tuan Tran và các cộng sự thì nhiệt độ bề mặt vách và số We có mối liên hệ chặt chẽ thông qua đồ thị sau (Hình 3.5) [117]:
63
Hình 3. 5. Tác động của số We và nhiệt độ vách được gia nhiệt đến trạng thái tương tác của giọt [117]
Như vậy, khi đánh giá mối tương quan của số We với các hình thái của giọt nhiên liệu khi tương tác với vách trong cả buồng cháy động cơ và mô hình tạo giọt trên bề mặt vách được gia nhiệt cho thấy với We = 110 là phù hợp để lựa chọn thông số đầu vào và tiêu chuẩn khi xây dựng mô hình thực nghiệm tạo giọt nhiên liệu tương tác với nền kim loại được gia nhiệt. Đó cũng là cơ sở khẳng định sự tương đồng khi xét về cơ chế sôi truyền nhiệt và hình thành màng lỏng của giọt nhiên liệu trên bề mặt vách được gia nhiệt trong các mô hình thực nghiệm TNCMH và TNCBC được thiết lập trong luận án này. Kết quả tính các thông số cơ bản của mô hình TNCMH được thể hiện trong Bảng PL6.