v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.1.2.So sánh cấu trúc tia phun khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học
Tóm lại, diễn biến đặc trưng của tia phun hình nón trong động cơ diesel được chia thành ba giai đoạn.
Giai đoạn đầu tiên tính từ khi kim phun bắt đầu mở. Trong giai đoạn này, tại mặt tựa
và côn kim phun tiết diện ngang dòng chảy nhỏ làm giảm lưu lượng phun, đồng thời do tiết lưu, bọt xâm thực xuất hiện tạo ra dòng chảy rối ở lỗ phun. Vì vận tốc dọc trục thấp, vận tốc rối hướng tâm gia tăng mạnh nên góc nón phun ban đầu gần miệng phun thường lớn, Hình 2.8. Ngay sau khi tăng vận tốc dọc trục, góc nón phun sẽ nhỏ đi. Do đó, cấu trúc tia phun ban đầu phụ thuộc vào tốc độ nâng kim: nếu mở chậm thì góc nón lớn và ngược lại.
Giai đoạn hai diễn ra khi kim phun mở hoàn toàn. Lúc này diện tích mặt cắt ngang
dòng chảy tại mặt tựa và côn kim phun lớn hơn tổng diện tích lỗ vòi phun. Mức độ xâm thực bây giờ phụ thuộc vào hình dạng lỗ. Nếu xâm thực mạnh thì góc nón phun lớn, chiều dài tia phun nhỏ và ngược lại. Sự xâm nhập của tia phun tăng theo thời gian do hiệu ứng của những giọt mới với động năng cao liên tục thay thế những giọt bay chậm ở đầu tia phun.
Vào cuối quá trình phun, kim phun đóng dần và vận tốc phun giảm về không, dẫn đến
nhiễu loạn tia phun theo chiều dọc trục. Do tốc độ phun giảm, lực liên kết làm tăng kích thước giọt chất lỏng và sự tạo sương không xảy ra.
2.1.2. So sánh cấu trúc tia phun khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học
Như đã trình bày ở trên, nhiên liệu được phun vào trong buồng đốt động cơ diesel bằng vòi phun với áp suất cao và phân rã thành các hạt nhỏ với kích thước khác nhau, chúng tập trung thành chùm tia hạt nhiên liệu. Sự am hiểu quá trình phân tán và đặc điểm chùm tia có ý ngh a quan trọng để thiết kế động cơ diesel và nghiên cứu nhiên liệu thay thế, bởi vì sự cháy trong động cơ diesel phụ thuộc chặt chẽ vào chất lượng phun nhiên liệu vào trong buồng đốt. Tương tự như cấu trúc tia phun nhiên liệu diesel (hình 2.3), thông số chính của tia phun nhiên liệu diesel sinh học bao gồm: chiều dài chùm tia S, chiều dài phân rã Lb và góc nón chùm tia .
2.1.2.1. Chiều dài phân rã Lb
Theo công thức 2.14 thì chiều dài phân rã chủ yếu phụ thuộc vào khối lượng riêng của nhiên liệu nếu như kết cấu vòi phun không đổi. Nhiên liệu diesel sinh học có khối lượng riêng cao hơn so với nhiên liệu diesel nên chiều dài phân rã lớn hơn.
32
2.1.2.2. Chiều dài chùm tia nhiên liệu S
Chiều dài chùm tia nhiên liệu chủ yếu phụ thuộc vào thời gian phun, áp suất phun và độ nhớt của nhiên liệu. Trong trường hợp thời gian và áp suất phun không đổi thì độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng lớn đến chiều dài chùm tia. Thông thường nhiên liệu diesel sinh học có độ nhớt lớn hơn nên chiều dài chùm tia sẽ dài hơn, điều này có ngh a là tia phun nhiên liệu diesel sinh học thâm nhập sâu vào trong buồng cháy hơn so với nhiên liệu diesel thông thường.
2.1.2.3. Góc nón tia phun nhiên liệu
Góc nón chùm tia tỷ lệ nghịch với độ nhớt, khối lượng riêng và sức căng bề mặt của nhiên liệu. Khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học thì góc nón chùm tia phun nhiên liệu sẽ nhỏ hơn so với khi sử dụng nhiên liệu diesel thông thường.
Như vậy, quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel sinh học c ng tương tự như động cơ diesel thông thường. Tuy nhiên, do độ nhớt của diesel sinh học thường cao hơn diesel và khả năng bay hơi kém hơn, nên khi phun nhiên liệu khả năng phun tơi và xé nhỏ hạt nhiên liệu kém hơn, hạt nhiên liệu thì to hơn, do đó động năng của hạt nhiên liệu lớn. Kết quả, hạt nhiên liệu đi xa hơn và do đó tia phun thâm nhập sâu vào không gian buồng cháy. Điều này được kiểm chứng bằng một thử nghiệm cho ba loại nhiên liệu trên cùng một động cơ: diesel thông thường (B0); pha 50% diesel sinh học (B50) và 100% diesel sinh học (B100). Hình ảnh được chụp lại cho thấy, tia nhiên liệu của nhiên liệu diesel (B0) là nhỏ nhất, còn của nhiên liệu B100 là lớn nhất. Hình 2.4 thể hiện sự hình thành của tia phun của ba loại nhiên liệu khác nhau [33].
Sự hình thành và phát triển tia phun nhiên liệu diesel sinh học nói chung c ng có quy luật tương tự như của nhiên liệu diesel. Tuy nhiên, hình dạng và kích thước của tia phun thì có sự khác nhau và chủ yếu phụ thuộc vào một số tính chất của nhiên liệu như: độ nhớt, sức căng mặt ngoài, khối lượng riêng, tính bay hơi. Nhiên liệu diesel sinh học có khối lượng riêng lớn hơn nên sau khi ra khỏi miệng vòi phun sẽ có động năng cao hơn. Mặt khác, độ nhớt và sức căng mặt ngoài cao hơn làm cho tia phun nhiên liệu khó bị xé nhỏ. Kết hợp với động năng của hạt nhiên liệu lớn làm cho tia phun thâm nhập sâu vào buồng cháy và kết quả là chiều dài tia phun lớn hơn. Với những tính chất như vậy của nhiên liệu c ng sẽ làm cho góc nón của tia phun nhỏ hơn so với nhiên liệu diesel.
33