- Hệ số biến đổi phõn tử lớ thuyết ở động cơ ga :
1) Tốc độ phản ứng hoỏ học
Mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng hoỏ học của nhiờn liệu với oxy và cỏc đại lượng liờn quan cú thể biểu diễn bằng cụng thức dưới đõy [1] :
TR R E N h a e p F w = ⋅ ⋅ − ⋅ (5.2-1)
trong đú : F - hằng số, phụ thuộc vào tớnh chất lý hoỏ của hỗn hợp chỏy; p - ỏp suất ; T - nhiệt độ; N - đại lượng đặc trưng cho thứ tự cỏc giai đoạn của phản ứng; Ea - năng lượng kớch hoạt; R - hằng số của chất khớ.
Hằng số F đặc trưng cho số lần va chạm của cỏc phần tử tham gia phản ứng. Số lần va chạm càng nhiều thỡ xỏc suất xảy ra phản ứng càng cao và tốc độ phản ứng càng lớn. Hằng số F phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố, như : loại nhiờn liệu, thành phần của HHC, hàm lượng khớ sút, nhiệt độ và ỏp suất trong xylanh, v.v.
Năng lượng kớch hoạt (Ea) là số năng lượng bổ sung để tiờu hao cho việc kớch hoạt một bộ phận phõn tử cú khả năng tham gia phản ứng khi va chạm. Phản ứng chỉ cú thể xảy ra khi cỏc phõn tử va chạm nhau, nhưng khụng nhất thiết mỗi lần va chạm đều gõy ra phản ứng. Để kớch hoạt phản ứng thỡ năng lượng của cỏc phõn tử va chạm cần phải đủ lớn để phỏ được liờn kết bờn trong của phõn tử. Để phản ứng cú thể xảy ra thỡ ở thời kỳ trước khi bắt đầu phản ứng cần phải làm cho một bộ phận cỏc phõn tử cú dự trữ năng lượng E > E1 + Ea = E2 , trong đú : E1 - hiệu ứng nhiệt của phản ứng, E2 - số năng lượng bổ sung cần thiết để tiờu hao cho việc thực hiện phản ứng cú toả nhiệt. Cỏc phần tử cú năng lượng lớn và cú khả năng gõy ra phản ứng khi va chạm được gọi là cỏc phần tử hoạt tớnh. Cỏc phản ứng khỏc nhau cú cỏc trị số năng lượng kớch hoạt (Ea) khỏc nhau. Ea càng nhỏ thỡ phản ứng xảy ra càng dễ dàng và diễn ra nhanh. Ea = 0 cú nghĩa là năng lượng tổng cộng của hai phõn tử va chạm nhau đủ để phỏ vỡ liờn kết bờn trong của cỏc phõn tử và làm cho phản ứng xảy ra. Trong trường hợp đú, mỗi lần va chạm sẽ gõy ra phản ứng.
Tỡm hiểu quỏ trỡnh chỏy từ gúc độ của người khai thỏc kỹ thuật ĐCĐT, cú thể liệt kờ những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hoỏ học (wh) sau đõy :
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 123
• Tớnh chất hoỏ học của nhiờn liệu - Nhiờn liệu cú thành phần nguyờn tố và cấu
trỳc phõn tử khỏc nhau sẽ cú năng lượng kớch hoạt (Ea) khỏc nhau. Năng lượng kớch hoạt càng nhỏ thỡ phản ứng bắt đầu càng dễ dàng và diễn ra nhanh. Trong trường hợp Ea = 0, phản ứng sẽ diễn ra sau mỗi lần va chạm giữa cỏc phõn tử của cỏc chất tham gia phản ứng.
• Áp suất và nhiệt độ trong khụng gian cụng tỏc - Áp suất và nhiệt độ cú liờn quan đến tần suất va chạm giữa cỏc phõn tử nhiờn liệu và oxy, qua đú ảnh hưởng đến năng lượng kớch hoạt phản ứng. Nhiệt độ và ỏp suất càng cao thỡ khả năng xẩy ra phản ứng càng lớn và tốc độ phản ứng càng cao. Núi chung, ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ chỏy nhiờn liệu ở ĐCĐT mạnh hơn nhiều so với ảnh hưởng của ỏp suất.
• Thành phần HHC - HHC qỳa nghốo hoặc quỏ giầu đều cú tốc độ phản ứng hoỏ
học thấp. Điều này cú liờn quan đến tần suất va chạm và lượng nhiệt tiờu hao cho việc sấy núng cỏc phõn tử khụng khớ hoặc nhiờn liệu dư quỏ mức. Tốc độ phản ứng hoỏ học sẽ tăng khi HHC được làm giầu dần và đạt tới trị số lớn nhất ứng với λ = 0,85 ữ 0,90. Hiện tượng này được giải thớch bởi số phõn tử nhiờn liệu và số phõn tử khụng khớ cú trong HHC thực tế rất khỏc nhau, vớ dụ : để đốt chỏy hoàn toàn 1 phõn tử heptane (C7H16) cần phải cú ớt nhất 11 phõn tử oxygen hoặc 52,5 phõn tử khụng khớ. Với HHC hơi đậm, tần suất va chạm giữa cỏc phõn tử nhiờn liệu và oxy sẽ lớn hơn.
• Hàm lượng khớ sút - Tốc độ phản ứng hoỏ học giảm theo chiều tăng của hệ số
khớ sút do tần suất va chạm giữa cỏc phõn tử tham gia phản ứng giảm và tổn thất nhiệt cho cỏc phõn tử khớ trơ tăng.
• Chất phụ gia - Một số chất, vớ dụ : tetraethyl chỡ - (C2H5)4Pb , Toluene - C6H5CH3 , benzene - C6H6 , v.v. được pha vào một số loại xăng để làm giảm tốc độ phản ứng hoỏ học nhằm ngăn chặn hiện tượng kớch nổ. Ngược lại, một số loại nhiờn liệu diesel lại được pha chất cú tỏc dụng làm giảm thời gian chậm chỏy và tăng tốc độ phản ứng hoỏ học , vớ dụ : acetone peroxide, ethyl nitrate, isoamyl nitrate, v.v.