Luận Văn Nghiên cứu thực nghiệm đầu đốt tạo xoáy và ảnh hưởng của hệ số xoáy lên quá trình cháy dòng phun rối

Nghiên cứu thực nghiệm đầu đốt tạo xoáy và ảnh hưởng của hệ số xoáy lên quá trình cháy dòng phun rối xoáy hai pha (CHỈ CÓ 9 TRANG)

LƯU Ý: TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU CÓ 9 TRANG, ĐƯỢC ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
LƯU Ý: TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU CÓ 9 TRANG, ĐƯỢC ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
TÓM TẮT: Dòng phun xoáy rối xoáy hai pha có ảnh hưởng rất lớn đến sự hoà trộn
giữa nhiên liệu và không khí trước khi cũng như trong quá trình cháy ổn định của ngọn lửa
buồng đốt. Do đó có rất nhiều các nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết trong việc xây dựng
mô hình toán cho dòng phun rối xoáy hai pha trong buồng đốt. Bài báo giới thiệu thiết bị đầu
đốt tạo xoáy do nhóm nghiên cứu cải tiến từ đầu đốt thông thường dựa trên lý thuyết về quan
hệ giữa hệ số xoáy và góc tạo xoáy cùng với những ứng dụng của đầu đốt tạo xoáy trong
nghiên cứu thực nghiệm xác định hiệu quả của dòng xoáy lên ngọn lửa của dòng phun rối
xoáy hai pha trong buồng đốt.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Dòng xoáy có rất nhiều ứng dụng thực tế. Trong các thiết bị cháy, hiệu ứng của dòng xoáy
là trộn lẫn nhiên liệu và không khí được ứng dụng rộng rãi nhằm tạo ra sự ổn định cho quá
trình cháy với cường độ cao và khả năng làm sạch buồng đốt trong các trường hợp: động cơ
xăng dầu, động cơ diesel, tuabin khí, các lò nung công nghiệp, lò chưng cất và nhiều thiết bị
nhiệt khác. Mô hình thiết kế và việc vận hành có hiệu quả của thiết bị cháy được tạo ra một
cách dễ dàng qua sự kết hợp giữa thực nghiệm và lý thuyết khí động học sự cháy làm giảm
đáng kể thời gian và chi phí cho các chương trình phát triển các hệ thống buồng đốt.
Dòng xoáy được tạo ra nhờ tác dụng của thành phần vận tốc xoáy (thành phần vận tốc tiếp
tuyến) được hình thành bằng các thiết bị tạo xoáy đi vào buồng đốt theo phương hướng trục và
phương tiếp tuyến hay bằng cách đi vào buồng đốt trực tiếp theo phương tiếp tuyến. Các
nghiên cứu thực nghiệm cho thấy sự xoáy có những tác động rất lớn đến tính ổn định của ngọn
lửa và cường độ cháy. Mức độ xoáy này thường được biểu thị bằng hệ số xoáy S, là đại lượng
không thứ nguyên đặc trưng cho mối liên hệ giữa dòng tiếp tuyến và hướng trục. Harvey
(1962) qua thực nghiệm ñaõ cho thấy rằng hệ số xoáy S phụ thuộc vào tỷ số giữa vận tốc theo
phương tiếp tuyến và vận tốc theo phương dọc trục (wmo/umo) [2].
Bên cạnh đó, người ta cũng đặc biệt chú ý tới mối quan hệ về góc tạo xoáy φ tới hệ số
xoáy S. Theo Gupta [1] thì mối liên hệ giữa hệ số xoáy S và góc tạo xoáy φ có thể xác định
bằng công thức:
S tgφ
3
2
= (1.1)
Theo đó, với góc tạo xoáy là 15o; 30o; 45o ta có các giá trị tương ứng của S là 0,2; 0,4; 0,6.
Góc tạo xoáy trong các béc phun của buồng đốt công nghiệp không lớn hơn 60o vì khi đó kích
thước đường kính của ngọn lửa tăng nhưng chiều dài ngọn lửa giảm không đáng kể, kích
thước buồng đốt tăng lên, suất sử dụng vật liệu chế tạo buồng đốt giảm, hiệu suất nhiệt kém.
Do đó, nghiên cứu chỉ xét các trường hợp xoáy 0≤S≤0,6.
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 10, SOÁ 11 - 2007
Trang 49
Thực tế cho thấy, trong các thiết bị đốt công nghiệp đầu đốt xoáy giúp cho quá trình tán
sương nhiên liệu đồng đều, hạt nhiên liệu có kích thước nhỏ mịn. Do vậy vấn đề chế tạo đầu
đốt tạo xoáy và nghiên cứu ảnh hưởng của xoáy trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hai pha có
ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Bài báo này giới thiệu thiết bị đầu đốt tạo xoáy với các hệ số xoáy
khác nhau được nhóm nghiên cứu cải tiến từ đầu đốt thông thường dựa trên lý thuyết về quan
hệ giữa hệ số xoáy và góc tạo xoáy (công thức 1.1), cùng với những ứng dụng của đầu đốt tạo
xoáy trong nghiên cứu thực nghiệm xác định hiệu quả của dòng xoáy lên ngọn lửa của dòng
phun rối xoáy hai pha trong buồng đốt.