- A: diện tích bề mặt buồngđốt (m2) được tính bằng công thức:
1 dQht dQhrdpp d
4.2 Phổ vận tốc lưu chất trong động cơ đốt trong
Xét phổ vận tốc của buồng đốt như hình 4.3 thể hiện dưới đây, phổ màu biến thiên từ xanh dương đến đỏ tương ứng với vận tốc thấp nhất đến cao nhất tại từng bước thời gian, trong kỳ hút, pit tông di chuyển xuống, xúp băp hút mở ra, sự thay đổi áp suất trong lòng xy lanh tạo thành tác nhân khiến cho dòng không khí thông qua xúp bắp hút vào buồng cháy. Tại khu vực xúp bắp hút mở, phổ vận tốc bắt đầu có sự thay đổi, khu vực không gian hẹp giữa đầu xúp bắp hút và thành pit tông khiến cho dòng không khí bị thay đổi mật độ đột ngột, áp suất tăng cao và vận tốc tăng cao, ngoài ra, do hình dạng của nắp xúp bắp hút mà tại đây sinh ra những dòng khí lốc xoáy nhỏ, những dòng khí lốc xoáy này không phải là xoáy cuộn hoặc xoáy lốc [19]. Giá trị lớn nhất của vận tốc là 270m/s.
Hình 4.22Phổ vận tốc dòng khí trong toàn chu kỳ
Giá trị lớn nhất của vận tốc phân bố tại khu vực tiếp giáp giữa xúp bắp và thành xy lanh, giá trị vận tốc là 270m/s đối với xúppap hút và 294m/s đối với xúppap xả, sự khác nhau này là do trong quá trình hút, xy lanh không hoàn toàn kín, và áp suất trong buồng trước kỳ nổ không phải ở mức cao. Kế đến, trong quá trình xả, sau kỳ nổ, xúp bắp mở ra đột ngột ngay thời điểm xy lanh đang chịu một áp suất rất lớn, xy lanh di chuyển lên là tống lương không khí cháy ra ngoài, do đó tại khu vực tiếp giáp giữa xy lanh với xúp bắp xả, vận tốc sẽ cao hơn.
Quan sát phổ vận tốc trong kỳ hút, ta có thể thấy sự phân bố vận tốc không đều, nguyên nhân là do xuất hiện các dòng lốc xoáy và xoáy cuộn. Khi pit tông di chuyển lên trong kỳ nén, các dòng khí này tiếp tục lưu thông, phổ vận tốc tiếp tục biến thiên. Đây chính là cơ chế sinh ra hiện tương xoáy lốc và xoáy cuộn ảnh hưởng đến hiệu suất đốt cháy của động cơ, tiến hành phân tích phổ đường dòng của không khí trong lòng xy lanh tại kỳ hút, nén, ta se thấy hướng và chiều di chuyển của các dòng khí xoáy lốc và xoáy cuộn. Hình 4.4 biểu diễn phổ đường dòng của dòng không khí lưu thông trong thành xy lanh tại cuối kỳ hút, khi này không khí tại mép giữa xúp bắp hút và xúp bắp xả không còn đạt già trị cực đại nữa.
Hình 4.23Phổ đường dòng dòng khí trong lòng xy lanh cuối kỳ hút
Hình 4.4 thể hiện rõ hình ảnh của các dòng khí xoáy trong lòng xy lanh, giá trị của phổ là giá trị vận tốc, nhìn phổ đường dòng theo hướng mặt cắt ZY, xoáy cuộn (tumble) của dòng khí thể hiện rõ. Để hiện thị đường dòng của xoáy lốc ta phải quan sát theo hưởng mặt phẳng XY. Giá trị tỷ số xoáy lốc và tỷ số xoáy cuộn se được tính toán ra từ các thông số vận tốc bằng phương pháp tích phân theo ba phương, từ đó giá trị sẽ được cập nhật dần theo thời gian, tương ứng góc quay của trục khuỷu. khu vực đáy xy lanh, đỉnh pit tông là khu vực mà sự xoáy cuộn diễn ra nhiều nhất, do hướng hiện tại của cố nạp khí nghiêng ít so với trục dọc, điều này có nghĩa là dòng không khí sẽ có độ lớn vector vận tốc theo phương –Z (hướng âm của trục Z) cao, dẫn đền lượng không khí sẽ di chuyển thẳng xuống đỉnh pit tông và gây ra sự xoáy cuộn cục bộ tại đây, làm giảm đi sự phân bố đều của mật độ xăng-khí trong buồng cháy. Để khắc phục trường hợp này, các góc nghiêng từ 15o đến 45o với gia số là 5ođã được chọn theo như trình bày ở chương 4, tương ứng với từng giá trị
của góc nghiêng, ta sẽ có các đường cong xoáy lốc và xoáy cuộn tương ứng, đây là tiêu chí quan trong để đánh giá hiệu suất động cơ, từ đó đưa ra mô hình tối ưu.
Hình 4.24Phổ đường dòng dòng khí trong lòng xy lanh trong kỳ nén
Hình 4.5 trình bày phân bố đường dòng của dòng khí trong lòng xy lanh trong kỳ nén. Không khí tại kỳ nén bắt đầu có sự phân bố đều, dựa vào tỷ số xoáy lốc xoáy cuộn mà ta có thể quyết định góc đánh lửa sớm hay muộn. Khi pit tông di chuyển lên trên điểm chết trên, không khí bị nén lại, áp suất trong buồng tăng cao, vận tốc dòng khí mặc dù đều nhưng không còn giá trị lớn do thể tích buồng đã bị thu hẹp lại. Tại thời điểm này, tỉ số xoáy lốc và xoáy cuộn sẽ quyết định trực tiếp đến hiệu suất động co, do tỉ số xoáy lốc, xoáy cuộn càng cao thì mật độ xăng-khí phân bố đều, sự cháy hết diễn ra ổn định hơn, hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, quan sát phổ cho thấy khu vực dòng khí tại cổ nạp và cổ xả có giá trị
lại, không khí không tràn vào bên trong xy lanh nữa, nên khu vực này vận tốc tiến về giá trị 0, ngoài ra, phổ vận tốc tại khu vực này có giá trị bằng 0 cũng chỉ ra rằng miền lưới động giữa xúp bắp và thành xy lanh đủ kín, phần tử đủ nhỏ để không khí không di chuyển ra ngoài. Ta có thể kết luận rằng quá trình tạo lưới động theo các tiêu chí đề ra đủ để nghiệm hội tụ, phù hợp với đáp ứng của hệ trong thực tế.