Các tính chất đặc trưng của tia nhiên liệu- Fuel Spray behavior

1. Các tính chất đặc trưng của 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 được phun vào buồng cháy động cơ Diezen nhờ sự chênh lệch áp suất lớn
giữa phía trước và phía sau lỗ phun. Áp suất trong xi lanh lúc bắt đầu phun có thể
đạt từ 50-100atm. Áp suất của nhiên liệu phun dao động trong khoảng từ 2001700atm phụ thuộc vào kích thước động cơ và dạng buồng cháy sử dụng. Sự chênh
lệch áp suất trước và sau lỗ phun phải đủ cao để bảo đảm nhiên liệu xé thành những
dạng hạt nhỏ cho dễ bay hơi và xuyên thâu trong buồng cháy trong 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 các lỗ phun là
ổn định, không chịu nén và một chiều thì lưu lượng nhiên liệu qua khỏi lỗ phun là:

1.2. Cấu trúc tổng quát của tia nhiên liệu – Overall Spray Structure.
Hình1.1 giới thiệu dạng của tia nhiên liệu. Sau khi ra khỏi vòi phun tia nhiên liệu
chuyển sang chế độ vận động rối và bề rộng của tia tăng dần theo khoảng cách đến
lỗ phun do không khí chung quanh bị kéo theo tia. Tốc độ ban đầu của tia nhiên liệu


có thể lớn hơn 100m/s. Ở mặt ngoài của tia, nhiên liệu lỏng được xé nhỏ thành các
hạt có đường kính khoảng 10 khi ở gần miệng lỗ phun. Nhiên liệu lỏng thoát ra khỏi
lỗ phun tập trung trong một lõi hình trụ trước khi bị xé thành những hạt có đường
kính khác nhau khi chiều dài tia lớn hơn một giá trị nhất định. Càng xa lỗ phun, khối

tia được liên tục thay thế bằng những hạt phun sau có động lượng cao hơn.

Theo nhận xét này thì những hạt ở ngoài rìa tia và phía sau đầu tia thuộc bộ phận
nhiên liệu được phun vào buồng cháy trước tiên.
1.3. Góc mở của tia phun – Atomization.
Trong những điều kiện phun thông thường, tia nhiên liệu có dạng hình côn. Tính chất
này có thể được giải thích bởi cơ chế phân rã tia phun thành những hạt nhiên liệu có
kích thước bé hơn nhiều so với đường kính lỗ phun. Ở tốc độ phun thấp, trong phạm
vi Rayleigh, sự phân rã tia phun do sự phát triển không ổn định của các sóng bề mặt.
Các sóng này do sức căng bề mặt gây ra. Phân rã tia theo cơ chế này cho đường kính
hạt lớn hơn đường kính lỗ phun. Khi tốc độ phun gia tăng, lực ma sát do chuyển
động tương đối của tia phun và không khí xung quanh làm tăng lực căng bề mặt. Khi
đó cơ chế phân rã tia phun cũng giống như trường hợp vừa nêu nhưng những hạt
nhiên liệu nhận được có kích thước xấp xỉ đường kính lỗ phun. Nếu tốc độ phun tiếp
tục gia tăng, sự phân rã của tia không còn khống chế bởi sóng bề mặt mà bởi sự
phình ra nhanh chóng của tia phun sau lõi nhiên liệu lỏng. Trong chế độ phân rã này,
sự gia tăng mức độ không ổn định của nhữg sóng có bước ngắn do gia tăng mức độ
chuyển động tương đối giữa tia nhiên liệu lỏng và không khí tạo ra những hạt nhiên
liệu có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ phun.


Khi tốc độ phun tiếp tục tăng cao hơn một giá trị tới hạn, tia phun bị phân rã theo cơ
chế tạo hạt cực nhỏ (atomization). Sự phân rã tia nhiên liệu xảy ra ngay khi thoát ra
khỏi miệng vòi phun, kết quả là đường kính hạt nhỏ hơn nhiều so với đường kính lỗ
phun. Tương tác khí động học trên mặt tiếp giáp hai pha lỏng khí là yếu tố quan
trọng nhất ảnh đến sự phân rã tia phun ở chế độ này