Chương 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
2.2. Lý thuyết phun nhiên liệu và phân tích chùm tia phun
2.2.2.1. Tổng quát về chùm tia phun
Nếu pc thấp hơn pvapor , giả định rằng tạo ra được dịng chảy hồn tồn và áp suất đầu vào và hệ số xả mới được tính bằng:
𝑝1 = 𝑝𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝜌 2∙ 𝑈𝑐
2 (2.2.12)
𝐶𝑑 = 𝐶𝑎. 𝐶𝑣 = 𝐶𝑐∙ √𝐾 = 𝐶𝑐∙ √𝑝1− 𝑝𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑝1− 𝑝2 (2.2.13)
Hình 2. 7. Ảnh hưởng của hệ số phun và hệ số K đến hiện tượng xâm thực [14] Khi K được tăng lên, tới một điểm mà sự xâm thực biến mất, được định nghĩa là điểm tới hạn xâm thực, Kcrit (Hình 2.7). Đối với các giá trị K cao hơn điểm tới hạn xâm thực, dòng chảy nhiên liệu sẽ chỉ ở dạng lỏng và hệ số phun phụ thuộc chủ yếu vào số Reynold. Trong khu vực này, hệ số phun có thể được giả định là gần như không đổi.
Các điều kiện ảnh hưởng tại đầu ra của lỗ phun được tính theo cơng thức [19].
𝑈𝑒𝑓𝑓 = 𝑈𝑐 −𝑝2− 𝑝𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑝1∙ 𝑈𝑔𝑒𝑜 (2.2.14) 𝐴𝑒𝑓𝑓 = 𝐴𝑔𝑒𝑜 ∙𝑈𝑔𝑒𝑜 𝑈𝑒𝑓𝑓 𝐷𝑒𝑓𝑓 = √4 ∙ 𝐴𝑒𝑓𝑓 𝜋
Trong đó: pvapor là áp suất hóa hơi nhiên liệu Ugeo là vận tốc phun lý thuyết
Ueff là vận tốc phun thực tế
Aeff là tiết diện thực tế tại vị trí phun
Ageo tiết diện lý thuyết (thiết kế) tại vị trí phun Deff đường kính lỗ tia phun thực tế
Hình 2. 8. Ảnh hưởng của tỷ số L/D đến vận tốc phun nhiên liệu [18]
Trong trường hợp R=0 và thay đổi tỉ lệ L/D. Ta thấy khi L/D càng tăng tức đường kính lỗ tia phun D càng nhỏ hoặc L càng tăng thì đường vận tốc phun càng gần giống đường vận tốc trung bình. Do đó khi D càng nhỏ thì càng có lợi cho quá trình phun nhiên liệu trong động cơ Diesel.
Hình 2. 9. Ảnh hưởng của tỷ số L/D đến đường kính lỗ tia phun nhiên liệu [18] Trong trường hợp R=0 và thay đổi tỉ lệ L/D. Ta thấy khi L/D càng tăng tức là đường kính lỗ tia phun D càng nhỏ thì khoảng thời gian đường kính bị giảm do bị hiện tượng xâm thực càng ngắn. Có lợi cho việc phun nhiên liệu.
2.2.2.Ảnh hưởng của đường kính lỗ tia phun đến chùm tia phun 2.2.2.1.Tổng quát về chùm tia phun 2.2.2.1.Tổng quát về chùm tia phun
Để hiểu rõ về các đặc tính phun, các thơng số đặc trưng của hệ thống phun nhiên liệu Diesel và nghiên cứu sự phù hợp giữa các thông số này với hiệu suất động cơ. Các thông số trong hình 2.10, được biết đến như là các thơng số cơ bản của hệ thống phun trong động cơ Diesel.
Hình 2. 10. Sơ đồ tia phun nhiên liệu trong động cơ Diesel [13] Góc phun (Spray Angle): Góc phun càng lớn, phân bố không gian càng rộng.
Chiều dài lõi tia (Break-up Length): Là chiều dài cột nhiên liệu trong vùng phun hoặc chiều dài vùng nhiên liệu khơng hịa tan. Đó có nghĩa là khu vực phun cực kỳ dày đặc gần lỗ tia của kim phun.
Lõi tia phun (Spray core): Đó là một vùng phun dày đặc ở phần trung tâm của kim phun Diesel. Nó bao gồm phần chưa hịa tan của nhiên liệu lỏng.
Độ xuyên thấu (Spray tip penetration): Là khu vực phun nhiên liệu.
Sự phân bố kích thước hạt (Size distribution of spray): Kích thước của hạt nhiên liệu càng nhỏ thì sự bay hơi càng nhanh. Có nghĩa là phun hạt nhiên liệu nhỏ có thể dễ dàng làm nhiên liệu bốc hơi. Tuy nhiên, phun hạt nhỏ khơng thể duy trì động lượng và nó khơng thể tăng tốc độ trộn nhiên liệu khơng khí sau khi mất động lượng.
Không gian phân bố phun (Spatial distribution of spray): Đây là một yếu tố quan trọng để kiểm sốt các đặc tính cháy của q trình phun trong động cơ Diesel. Góc phun,
độ xuyên khi phun, thể tích phun, nồng độ, số lượng, không gian của các giọt phun và sự kết hợp giữa các tham số này thường được sử dụng để mô tả đặc điểm của phân bố không gian phun.
Vùng nhiễu loạn (Turbulence): Không gian, thời gian và cường độ nhiễu loạn của vùng nhiễu loạn rất quan trọng trong q trình hịa trộn khi phun số lượng lớn bao gồm các hạt nhiên liệu, hơi nhiên liệu và khơng khí bị chặn [11].