v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.2.4. Hàm tỷ lệ tạo cặn xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ vách buồng cháy
Kết quả phân tích dữ liệu và quy hoạch thực nghiệm bằng phương pháp hồi quy tuyến tính cho thấy khối lượng cặn tương đối MR/mD tăng tuyến tính theo hàm logarit với số giọt nhiên liệu va chạm. Để mô tả quá trình phát triển cặn của nhiên liệu trên bề mặt vách, mô hình hàm hồi quy phù hợp đã được lựa chọn tương tự công thức (3.4).
Các giá trị α1 và β1 cho từng giai đoạn phát triển cặn được nêu trong Bảng 4.2. Các giá trị của α1 và β1 trong vùng màu xám của bảng cho thấy cặn hình thành trong điều kiện không chồng chất và tình trạng bề mặt khô, với giá trị β1 thấp (β1 <0,60) cho thấy sự phát triển cặn chậm. Điều kiện không chồng chất tức là thời gian tồn tại của giọt nhiên liệu ngắn hơn thời gian va chạm, còn điều kiện tạo cặn khô nghĩa là nhiên liệu không bay hơi có thể biến đổi hoàn toàn thành cặn khô.
Bảng 4.2. Hệ số α và β đối với nhiệt độ bề mặt vách khác nhau
Nhiệt độ bề mặt (oC) 𝜶𝟏𝒃đ 𝜷𝟏𝒃đ 𝜶𝟏𝒔 𝜷𝟏𝒔 tbm = 270 6,0.10-5 1,43 1,7.10-1 0,42 tbm = 306 2,0.10-12 3,32 1,8.10-3 0,62 tbm = 327 4,1.10-1 0,04 3,2.10-3 0,57 tbm = 352 2,1.10-2 0,29 2,1.10-2 0,29 tbm = 367 - - 7,5.10-4 0,56
Điều kiện không chồng chất và khô
Kết quả quy hoạch thực nghiệm cho thấy sự hình thành cặn có mối tương quan chặt chẽ đến hệ số đánh giá sự phát triển cặn β1, khi β1 <0,7 tốc độ hình thành cặn chậm, trong khi đó sự hình thành cặn nhanh khi β1 ≥0,7. Ở 270°C và 306°C, giá trị α1 ở các giai đoạn ban đầu là rất nhỏ. Trên thực tế, lượng cặn ở thời điểm ban đầu phụ thuộc vào trạng thái tương tác của giọt nhiên liệu với bề mặt vách. Tại cùng một nhiệt độ bề mặt, vị trí nào có diện tích tiếp xúc lớn giữa những giọt nhiên liệu và bề mặt vách sẽ có lượng cặn lớn. Trạng thái tương tác của giọt nhiên liệu và tốc độ hình thành tiền tố cặn
100
là các yếu tố chính làm cho hệ số α1 rất nhỏ ở giai đoạn đầu. Đồng thời, nhiệt độ thấp khiến nhiều nhiên liệu bị lắng đọng lại nên tốc độ phát triển cặn β1 cao ở giai đoạn đầu cao hơn.
Hình 4.12. Giá trị α và β tại những mức nhiệt độ thứ cấp khác nhau
Hình 4.12 cho thấy mối quan hệ tương quan của α1 và β1 với nhiệt độ thứ cấp. Ứng với mỗi cặp giá trị α1 và β1 sẽ xác định được xu hướng hình thành cặn lắng ở mỗi mức nhiệt bề mặt vách thông qua khối lượng cặn tương đối tích lũy trong TNCMH. Khi nhiệt độ bề mặt tăng lên, sự chênh lệch về giá trị α1 và β1 giữa giai đoạn đầu (đường nét đứt) và giai đoạn sau (đường nét liền) của quá trình phát triển cặn giảm. Khi nhiệt độ bề mặt là 327°C cho thấy một sự chuyển tiếp trong quá trình phát triển cặn. Phát triển cặn ở giai đoạn ban đầu tương tự như sự phát triển cặn ở nhiệt độ MEP với β1 thấp. Tuy nhiên, ở giai đoạn sau, sự phát triển cặn thay đổi với β1 lớn hơn. Sự phát triển của cặn ở nhiệt độ bề mặt 327°C giống với sự phát triển cặn ở giai đoạn sau với nhiệt độ bề mặt 306°C, với β1 ở 306°C lớn hơn một chút so với ở mức nhiệt 327°C.
Ở 352°C và 367°C, cả hai điều kiện nhiệt độ có sự phát triển cặn thể hiện bởi một giá trị α1 và β1 duy nhất. Các giá trị α1 và β1 đó cho thấy cặn phát triển theo dạng 1 giai đoạn ở cả hai mức nhiệt độ bề mặt. Sự phát triển cặn chậm khi bề mặt gần với nhiệt độ MEP (352°C, 367°C và giai đoạn đầu của sự phát triển cặn ở nhiệt độ 327°C) do
101
điều kiện không chồng chất và bề mặt khô (được thể hiện bằng kí hiệu mũi tên như trong Hình 4.12).
Với số lượng giọt nhiên liệu tương tác cao hơn, tốc độ phát triển cặn β1 chịu tác động của nhiệt độ bề mặt, khi nhiệt độ tăng lên thì tốc độ phát triển cặn giảm, do đó lượng cặn tích tụ nhỏ hơn. Ảnh hưởng của β1 rõ ràng nhất ở nhiệt độ bề mặt 306°C và 327°C. Ở 2000 giọt, lượng cặn tích lũy ở 306°C là MR = 1,0mg, ít hơn 66% so với 327°C mặc dù nhiệt độ bề mặt của 306°C thấp hơn. Tuy nhiên, ở giai đoạn sau của sự lắng đọng, do tốc độ phát triển cặn cao hơn ở 306°C (β1 = 0,62) so với 327°C (β1 = 0,42), trong khi số giọt tăng lên, sự khác biệt giữa lượng cặn tích lũy ở 306°C và 327°C cũng giảm. Ở 17000 giọt, số lượng cặn tích lũy ở 306°C là MR = 3,8mg, ít hơn 14% so với cặn tích lũy ở 327°C. Khi số giọt rất lớn (ND >> 19000 giọt), ở 306°C lượng cặn được dự đoán là lớn hơn ở 327°C.
Tóm lại, thử nghiệm này tập trung vào đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt vách đến sự hình thành và xu hướng phát triển của cặn lắng trong buồng cháy động cơ diesel thông qua mô hình thực nghiệm TNCMH. Trong đó nhiệt độ thứ cấp (tbm –tMEP) và trạng thái ướt/khô của bề mặt vách đối với sự tạo cặn của giọt nhiên liệu đã được nghiên cứu và đánh giá. Các kết quả chính của thử nghiệm là:
Nhiệt độ bề mặt vách trong mô hình thực nghiệm có ảnh hưởng lớn đến trạng thái tương tác của giọt nhiên liệu và bề mặt vách, thời gian bay hơi và trạng thái ướt/khô của bề mặt vách. Các tác động đó làm thay đổi tốc độ hình thành và phát triển của cặn lắng trên bề mặt vách.
Kết quả thực nghiệm cho thấy khối lượng cặn hình thành lớn hơn khi nhiệt độ bề mặt vách thấp hơn. Ở nhiệt độ 270oC khối lượng cặn tích lũy là lớn nhất, trong khi ở nhiệt độ 367oC lượng cặn thu được là nhỏ nhất.
Phân tích theo nhiệt độ bề mặt vách cho thấy có hai loại quá trình phát triển của cặn lắng: nếu nhiệt bề mặt vách thấp hơn nhiệt độ MEP thì quá trình phát triển cặn lắng theo 2 giai đoạn, trong khi nếu nhiệt độ đó cao hơn nhiệt độ MEP thì quá trình phát triển cặn lắng chỉ trải qua 1 giai đoạn.
Xu hướng hình thành cặn lắng trên bề mặt vách giảm khi nhiệt độ bề mặt vách càng gần nhiệt độ MEP, xu hướng này phù hợp với các kết quả đã công bố của các nghiên cứu [74][70].
102