Hình 2.8 cho thấy kết quả điển hình của TEM và SEM. Hình 2.8 (a) cho thấy hình ảnh bóng mờ của cặn. Bề mặt dường như được đánh bóng bởi các chuyển động của xéc măng. Hình 2.8 (b) cho thấy mặt cắt ngang của cặn. Điều này rất có ý nghĩa để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành của cặn.
b, Sự hấp thụ khí
Rất khó để quan sát được cấu trúc bên trong của cặn từ bề mặt. Hấp thụ là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để nghiên cứu cấu trúc bên trong của mẫu và nó được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu cấu trúc bên trong của cặn [112]. Cấu trúc bên trong của cặn, kích cỡ lỗ và các thơng số khác có thể thu được gián tiếp bằng sự hấp thụ khí.
c, Phổ Raman
Phổ Raman được sử dụng rộng rãi trong việc phân tích cấu trúc của các phân tử mẫu mà không yêu cầu xử lý trước khi đo, giúp tránh được một số sai số. Đối với cặn, phổ Raman có thể đặc trưng cho các tinh thể nano graphitic xuất hiện trong cặn buồng cháy. Theo cách này, có thể so sánh các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cặn [29].
Nhiều phương pháp khác cũng được sử dụng trong nghiên cứu cặn, ví dụ nhiễu xạ tia X, phân tán tia X và hấp thụ Mossbauer [46] và chúng đều là những phương pháp nghiên cứu hiện đại giúp ta có cái nhìn rõ ràng hơn về cấu trúc bên trong của cặn.
Thông qua các phương pháp nghiên cứu cấu trúc ở trên cùng với các nghiên cứu về thành phần cho phép nghiên cứu các đặc tính của cặn và để làm cơ sở đưa ra các biện pháp giảm tốc độ tạo cặn trong buồng cháy động cơ.
2.2.2. Phương pháp số
Một trong những mục tiêu chính của phương pháp nghiên cứu này là khảo sát cơ chế hóa học q trình hình thành cặn lắng của buồng cháy một cách chi tiết, phù hợp với các điều kiện liên quan đến động cơ. Vì khơng thể đo được nồng độ các chất có trong lớp ngọn lửa tắt trong buồng cháy động cơ. Mơ hình số được sử dụng để mô tả các mối liên hệ giữa các điều kiện thí nghiệm sẵn có và hệ thống động cơ.
Phân tích số tạo ra kết nối giữa mơ hình thực nghiệm và động cơ thực với các yêu cầu nghiêm ngặt đối với mơ phỏng số. Mơ hình này phải có khả năng bao phủ một loạt các điều kiện vật lý, với phạm vi từ các quá trình trạng thái ổn định đến trạng thái bất ổn định nhất và từ áp suất thấp đến áp suất cao. Để cung cấp thông tin chi tiết về sự hình thành cặn lắng, mơ hình cần bao gồm các quá trình cạnh tranh về chuyển đổi khuếch tán và đối lưu, sự tạo thành sản phẩm và khử các chất thông qua các phản ứng hóa học và các tương tác biên như các dịng lắng đọng.
Để mơ hình hệ thống thí nghiệm buồng cháy ngọn lửa phẳng giống như các chu trình thực của động cơ, cần phải cho phép luồng khí luân chuyển qua các ranh giới. Việc xác định thành phần hóa học và tỷ lệ hình thành các tiền chất cặn là một trong những mục tiêu chính của phương pháp nghiên cứu này, do đó phản ứng hố học phải được mơ phỏng một cách chính xác nhất có thể, điều này bao gồm việc tích hợp các hệ thống lên tới hàng trăm phản ứng cơ bản, với năm mươi đến một trăm chất hóa học riêng biệt [113, 114].
Mơ hình mơ phỏng phải có khả năng tính tốn tất cả các q trình trên thơng qua sự lan truyền ngọn lửa và sự dập tắt ngọn lửa, yêu cầu phải giải các gradient nhiệt độ và nồng độ các chất có thể đi qua tồn bộ miền tính tốn. Với u cầu về mơ tả chính xác hệ thống vật lý, mơ hình cũng phải đáp ứng được u cầu về thời gian tính tốn tương đối nhỏ, do đó một số lượng lớn các điều kiện hoạt động khác nhau có thể được xét đến.
2.2.3. Phương pháp qui hoạch thực nghiệm
Qui hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đó là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó cơng cụ tốn học giữ vai trị tích
cực. Cơ sở tốn học của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học xác suất thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui [1].
Qui hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo ra mơ hình tốn, xác định các điều kiện tối ưu), trong điều kiện đã hoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng [2].
Có thể nói, lý thuyết qui hoạch thực nghiệm từ khi ra đời đã thu hút sự quan tâm và nhận được nhiều đóng góp hồn thiện của các nhà khoa học. Những ưu điểm rõ rệt của phương pháp này so với các thực nghiệm cổ điển là [1][2]:
- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết;
- Hàm lượng thông tin nhiều hơn rõ rệt, nhờ đánh giá được vai trò qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu. Nhận được mơ hình tốn học thống kê thực nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê, đánh giá được sai số của quá trình thực nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê cho phép xét ảnh hưởng của các yếu tố với mức độ tin cậy cần thiết.
- Cho phép xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các cơng cụ tốn học, thay cho cách giải gần đúng, tìm tối ưu cục bộ như các thực nghiệm thụ động.
2.2.3.1. Phân tích hồi quy
Là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu kỹ thuật nhằm mục đích xây dựng mơ hình tốn thích hợp. Phương pháp phân tích hồi qui cho phép xác định yếu tố ảnh hưởng đến thông số đầu ra với mục đích tìm mơ hình tốn và tìm giá trị tối ưu của yếu tố ảnh hưởng được gọi là kế hoạch hóa thực nghiệm cực trị [2].
Một trong những thuận lợi của phương pháp thực nghiệm cực trị là tìm giá trị tối ưu của hàm, mặc dù chưa nghiên cứu tồn bộ hàm đó. Đối tượng nghiên cứu coi như một hệ thống điều khiển biểu diễn bằng “hộp đen” (Hình 2.9).
Giá trị Yj (j = 1, 2, …m) thể hiện đặc điểm nghiên cứu hay cịn gọi là thơng số tối ưu. Các yếu tố xi (i = 1, 2, …m) là yếu tố điều khiển được, không ngẫu nhiên, không phụ thuộc lẫn nhau.
Tác dụng vào “hộp đen” cịn có đại lượng ngẫu nhiên Wn (n = 1, 2, …q) gọi là đại lượng không điều khiển được (nhiễu).