Các tính chất đặc trưng tia nhiên liệu- Fuel Spray behavior Các tính chất đặc trưng tia nhiên liệu – Fuel Spray behavior 1.1 Vấn đề phun nhiên liệu – Fuel Injection The fuel is introduced into the cylinder od a diesel engine through a nozzle with a large pressure differential across the nozzle orifice The cylinder pressure at injection is typically in the range 50 to 100 atm Fuel injection pressures in the range 200 to 1700 atm are used depending on the engine size and type of combustion system employed These large pressure differences across the injector nozzle are required so that the injected liquid fuel jet will enter the chamber at sufficiently high velocity to atomize into small-sized droplets to enable rapid evaporation and traverse the combustion chamber in the time available and fully utilizie the air charge Nhiên liệu phun vào buồng cháy động Diezen nhờ chênh lệch áp suất lớn phía trước phía sau lỗ phun Áp suất xi lanh lúc bắt đầu phun đạt từ 50-100atm Áp suất nhiên liệu phun dao động khoảng từ 2001700atm phụ thuộc vào kích thước động dạng buồng cháy sử dụng Sự chênh lệch áp suất trước sau lỗ phun phải đủ cao để bảo đảm nhiên liệu xé thành dạng hạt nhỏ cho dễ bay xuyên thâu buồng cháy thời gian ngắn, tạo điều kiện sử dụng hết hoàn toàn lượng không khí nạp Nếu biết trước áp suất nhiên liệu trước lỗ phun, giả sử dòng chảy qua lỗ phun ổn định, không chịu nén chiều lưu lượng nhiên liệu qua khỏi lỗ phun là: 1.2 Cấu trúc tổng quát tia nhiên liệu – Overall Spray Structure Hình1.1 giới thiệu dạng tia nhiên liệu Sau khỏi vòi phun tia nhiên liệu chuyển sang chế độ vận động rối bề rộng tia tăng dần theo khoảng cách đến lỗ phun không khí chung quanh bị kéo theo tia Tốc độ ban đầu tia nhiên liệu lớn 100m/s Ở mặt tia, nhiên liệu lỏng xé nhỏ thành hạt có đường kính khoảng 10 gần miệng lỗ phun Nhiên liệu lỏng thoát khỏi lỗ phun tập trung lõi hình trụ trước bị xé thành hạt có đường kính khác chiều dài tia lớn giá trị định Càng xa lỗ phun, khối lượng không khí tia gia tăng, tốc độ tia giảm đường kính tia lớn Những hạt nhiên liệu bên tia bay trước tiên tạo nên màng hỗn hợp nhiên liệu-không khí bao quanh lõi tia nhiên liệu lỏng (hình 1.1) Tốc độ cao hạt tia nhiên liệu xuất trục tia Độ đậm đặc cao nằm đường trục giảm dần biên tia nhiên liệu Một tia nhiên liệu tiến đến lớp biên thành buồng cháy, chịu tác động tương hỗ lớp biên Tia nhiên liệu bị theo dòng khí có chuyển động tiếp tuyến với thành buồng cháy Khi buồng cháy có chuyển động xoáy lốc cấu trúc tia phức tạp nhiều Hình 1.3 giới thiệu sơ đồ dạng tia phun tạo thành phun hướng kính tia nhiên liệu vào dòng chảy xoáy lốc Không khí chuyển động buồng cháy uốn cong tia phun theo chiều xoáy lốc Với điều kiện phun, chiều dài xuyên thâu tia nhiên liệu buồng cháy xoáy lốc giảm so với phun buồng cháy không xoáy lốc Điều đáng ý bề dày vùng chứa nhiên liệu đầu tia mở rộng so với không xoáy lốc (hình 1.2) Quá trình phát triển tia nhiên liệu bình thường bị phá vỡ hỗn hợp bén lửa Chúng ta cần biết khu vực tia chứa phận nhiên liệu phun vào trước tiên vào khu vực thường bén lửa trước Sự phát triển tia phun dường theo quy luật Khi bắt đầu trình phun, nhiên liệu lỏng cung cấp vào khối không khí nóng, bị xé thành hạt nhỏ chuyển động xa miệng vòi phun tốc độ dịch chuyển giảm dần lượng không khí kéo theo vào tia lúc tăng dần Phần nhiên liệu phun gặp trở lực hơn, hạt nhiên liệu phun sau đẩy hạt nhiên liệu phun trước rìa tia Ở đầu tia phun không ổn định, hạt nhiên liệu gặp trở lực khí động học lớn chuyển động chậm dần tia phun tiếp tục xuyên thâu khối không khí rằn hạt bị giảm tốc đầu tia liên tục thay hạt phun sau có động lượng cao Theo nhận xét hạt rìa tia phía sau đầu tia thuộc phận nhiên liệu phun vào buồng cháy trước tiên 1.3 Góc mở tia phun – Atomization Trong điều kiện phun thông thường, tia nhiên liệu có dạng hình côn Tính chất giải thích chế phân rã tia phun thành hạt nhiên liệu có kích thước bé nhiều so với đường kính lỗ phun Ở tốc độ phun thấp, phạm vi Rayleigh, phân rã tia phun phát triển không ổn định sóng bề mặt Các sóng sức căng bề mặt gây Phân rã tia theo chế cho đường kính hạt lớn đường kính lỗ phun Khi tốc độ phun gia tăng, lực ma sát chuyển động tương đối tia phun không khí xung quanh làm tăng lực căng bề mặt Khi chế phân rã tia phun giống trường hợp vừa nêu hạt nhiên liệu nhận có kích thước xấp xỉ đường kính lỗ phun Nếu tốc độ phun tiếp tục gia tăng, phân rã tia không khống chế sóng bề mặt mà phình nhanh chóng tia phun sau lõi nhiên liệu lỏng Trong chế độ phân rã này, gia tăng mức độ không ổn định nhữg sóng có bước ngắn gia tăng mức độ chuyển động tương đối tia nhiên liệu lỏng không khí tạo hạt nhiên liệu có đường kính nhỏ đường kính lỗ phun Khi tốc độ phun tiếp tục tăng cao giá trị tới hạn, tia phun bị phân rã theo chế tạo hạt cực nhỏ (atomization) Sự phân rã tia nhiên liệu xảy thoát khỏi miệng vòi phun, kết đường kính hạt nhỏ nhiều so với đường kính lỗ phun Tương tác khí động học mặt tiếp giáp hai pha lỏng khí yếu tố quan trọng ảnh đến phân rã tia phun chế độ ... hạt tia nhiên liệu xuất trục tia Độ đậm đặc cao nằm đường trục giảm dần biên tia nhiên liệu Một tia nhiên liệu tiến đến lớp biên thành buồng cháy, chịu tác động tương hỗ lớp biên Tia nhiên liệu. .. lượng không khí tia gia tăng, tốc độ tia giảm đường kính tia lớn Những hạt nhiên liệu bên tia bay trước tiên tạo nên màng hỗn hợp nhiên liệu- không khí bao quanh lõi tia nhiên liệu lỏng (hình... gặp trở lực hơn, hạt nhiên liệu phun sau đẩy hạt nhiên liệu phun trước rìa tia Ở đầu tia phun không ổn định, hạt nhiên liệu gặp trở lực khí động học lớn chuyển động chậm dần tia phun tiếp tục xuyên