So sánh bức xạ của bồ hóng trong ngọn lửa diezel cho bởi mô hình và thực nghiệm

SO SÁNH BỨC XẠ CỦA BỒ HÓNG TRONG NGỌN LỬA

DIESEL CHO BỞI MÔ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM

COMPARISON OF SOOT RADIATION IN DIESEL FLAME PRODUCED BY

MATHEMATICAL MODEL AND BY EXPERIMENTAL DATA

TRẦN VĂN NAM – BÙI VĂN GA

Đại học Đà Nẵng

NGUYỄN NGỌC LINH

SAMCO, Thành phố Hồ Chí Minh

TÓM TẮT

Mô hình tích phân một chiều được xây dựng để tính toán bức xạ nhiệt của ngọn lửa Diesel

cháy ngoài khí quyển và trong buồng cháy động cơ. Trên cơ sở nhiệt độ và nồng độ bồ hóng

cho bởi lý thuyết màn lửa mỏng và mô hình tạo bồ hóng của Tesner-Magnussen, bức xạ nhiệt

của đám mây bồ hóng tại các vị trí khác nhau trong ngọn lửa được xác định và so sánh với số

liệu thực nghiệm cho bởi phương pháp hai bước sóng.

ABSTRACT

An integral unidirectional model is established to calculate the radiation heat transfer of Diesel

flame in open air and in combustion chamber of engine. Based on temperature and soot

fraction produced by flamlet theory and soot formation model of Tesner-Magnussen, radiation

of soot particulate cloud at different positions of flame is determined and compared with

experimental data obtained by two-color method.

1. GIỚI THIỆU

Truyền nhiệt bức xạ trong buồng cháy động cơ Diesel được chia thành hai nguồn:

nguồn bức xạ của các chất khí và nguồn bức xạ của đám mây bồ hóng, trong đó bức xạ bồ

hóng đóng vai trò chủ yếu. Trong động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng hỗn hợp đồng nhất,

lượng bồ hóng trong sản phẩm cháy rất thấp nên bức xạ chính từ các chất khí như H2O, CO2.

Khi đó truyền nhiệt bức xạ thường được tính gần đúng khoảng bằng khoảng 10% truyền nhiệt

đối lưu. Trong động cơ Diesel, người ta ước tính truyền nhiệt bức xạ trong giai đoạn cháy có

thể chiếm đến 40% truyền nhiệt tổng cộng. Giá trị này phụ thuộc vào hình dạng buồng cháy,

nhiên liệu sử dụng, chế độ vận hành, vị trí khảo sát... Nguồn bức xạ chính là bồ hóng hình

thành trong giai đoạn cháy khuếch tán tại những khu vực có nhiệt độ cao và giàu nhiên liệu

[5]. Ngoài ra hơi nước, khí carbonic và các chất trung gian khác trong sản phẩm cháy cũng

góp phần làm tăng truyền nhiệt bức xạ. Tuy nhiên bức xạ của các chất này chỉ tập trung trong

dải bước sóng rất hẹp với cường độ bức xạ rất bé so với cường độ bức xạ của bồ hóng. Thông

thường bức xạ bồ hóng chiếm 90% tổng truyền nhiệt bức xạ của khí cháy.

Tính toán truyền nhiệt bức xạ từ ngọn lửa khuếch tán đến thành buồng cháy là một

vấn đề hết sức phức tạp vì ngoài việc xác định các thông số hình học tương đối giữa vật phát

xạ và vật hấp thụ, chúng ta còn phải xác định hệ số bức xạ nhiệt của bồ hóng có mặt trong sản

phẩm cháy [8]. Chính vì lẽ đó, trong một số mô hình toán học về quá trình cháy người ta bỏ

qua việc tính toán chi tiết truyền nhiệt bức xạ. Phần truyền nhiệt này được ước tính theo hệ số

tỉ lệ trên truyền nhiệt tổng cộng.

Để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ Diesel hiện đại, người ta phải rút giảm

mọi tổn thất nhiệt có thể được, trong đó tổn thất nhiệt do bức xạ chiếm một bộ phận quan

trọng. Tính toán chi tiết truyền nhiệt bức xạ từ ngọn lửa khuếch tán ra thành buồng cháy dựa