Luận án Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy của động cơ dual fuel (biogas-diesel)

trọng số của hạt trong toàn bộ dòng 
chảy, m , vì 
 n xii mP x, t (2-27) 
 Mật độ xác suất vị trí hạt được giả định là multivariate Gaussian. Điều này 
 2
hoàn toàn có thể mô tả bởi đại lượng trung bình, µi, biến thiên, σi , và có dạng 
 1 s2 2 
 P xi , t 3 e (2-28) 
 32
 8   i
 i 1
Trong đó 
 3 x 
 s  ii (2-29) 
 i 1  i
 Giá trị trung bình của mật độ xác suất, hay tâm của đám mây, tại thời điểm 
cho trước biểu diễn vị trí nhiều khả năng tồn tại nhất của hạt trong đám mây. Vị trí 
trung bình nhận được bằng cách tích phân tốc độ hạt được xác định bởi phương 
trình chuyển động hạt trong đám mây: 
 t
  t  x t V t dt x 0 (2-30) 
 i i 0 i11 i
 Các phương trình chuyển động được viết dưới dạng trung bình toàn bộ. Bán 
kính đám mây hạt được tính dựa vào dao động của hàm mật độ xác suất. Dao dộng 
 39 
 2
hàm mật độ xác suất,  i t , có thể được biểu diễn thông qua 2 đại lượng xác suất 
thống kê dòng rối: 
 tt
  22 t 2 u ' t 2 R t , t dt dt (2-31) 
 i 00 p, i 2 p , ij 2 1 1 2
 2
 trong đó u 'pi, là trung bình bình phương của dao động tốc độ, và Rp, ii t 2, t 1 
là hàm quan hệ tốc độ hạt: 
 u''p, i t 2 u p , j t 1 
 Rp, ij t 2, t 1 12 (2-32) 
 u''22 t u t
 p, i 2 p , j 1 
 Bằng cách thay thế τ =|t2 −t1|, và vì rằng 
 Rp, ij t 2,, t 1 R p , ij t 4 t 3 (2-33) 
 Bất kỳ khi nào |t2 −t1|=|t4 −t3|, chúng ta có thể viết 
 tt
 22 t 2' u t 2 R  d  dt (2-34) 
 i 00 p, i 2 p , ij 2
 Lưu ý rằng mối quan hệ ngang trong định nghĩa dao động Rp, ij , i j đã 
được bỏ qua. Dạng hàm số quan hệ tốc độ hạt được dùng để xác định mô hình phân 
tán của hạt trong đám mây. Fluent sử dụng hàm quan hệ của Wang. Khi vector gia 
tốc trọng trường theo phương z thì Rij có dạng: 
 u '2 2 2 2 2 
 p a StTTT B 1' u  B T m St B 
Pp,11 e St T B 0.5 m T e 1 0.5 m T T (2-35) 
     
 RRpp,22= ,11 (2-36) 
 u'2 St B u '2
 R T e a e  BT (2.37) 
 p,33 
 22
trong đó Bm 1 T và τa là thời gian phản hồi khí động học của hạt: 
 d 2
  pp (2-38) 
 a 18
 Và 
 mT
 T T mE (2-39) 
 m
 40 
 3 4 3 2
 Ck
 TfE 12 (2-40) 
 2
 k
 3
  g
  a (2-41) 
 u '
  a
 St (2-42) 
 TmE
 
 St a (2-43) 
 T T
 2 2 2
  StTT 11 m (2-44) 
 u
 m (2-45) 
 u '
 u
 TT (2-46) 
 mE fE u '
 Gm 
 mm 1 
 T 0.4 1 0.01St (2-47)
 1 St 
 y
 2 e dy
 Gm (2-48) 
 0 52
 m y2
 1 erf y y 1 e 
 Sử dụng hàm số quan hệ, mức độ dao động được tích phân trên suốt quãng 
thời gian tồn tại của đám mây. Ở bất kỳ thời điểm nào cho trước, bán kính của đám 
mây được xác định bằng 3 lần độ lệch chuẩn theo các phương của hệ tọa độ. Bán 
kính đám mây được giới hạn bằng 3 lần độ lệch chuẩn vì ít nhất 99.2% diện tích 
dưới hàm mật độ xác suất Gauss được xem xét đối với khoảng cách này. Một khi 
các khu vực trong đám mây được thiết lập, các tính chất của lưu chất là trung bình 
chung đối với quỹ đạo trung bình và quãng đường đi của hạt được tích phân theo 
thời gian. Điều này được xác định với trọng số 
 P x, t dV
 V i
 W, xt  cell (2-49) 
 i P x, t dV
 V i
 cloud
 41 
2.1.3. Bay hơi của hạt 
 Bay hơi bắt đầu khi nhiệt độ hạt đạt đến nhiệt độ bốc hơi, Tvap, và tiếp tục 
đến khi hạt nhiên liệu đạt đến điểm sôi, Tbp, hay đến khi toàn bộ những chất bay hơi 
trong hạt bốc hơi hoàn toàn: 
 TTp bp (2-50) 
 mp 1 f v,0 m p ,0 (2-51) 
 Quá trình bốc hơi được kiểm soát bằng cách cài đặt nhiệt độ bốc hơi Tvap. 
Lưu ý rằng một khi quá trình bốc hơi đã được khởi động thì nó sẽ tiếp diễn ngay cả 
khi nhiệt độ hạt giảm xuống dưới Tvap. 
2.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TIA PHUN DIESEL TRONG HỖN HỢP 
BIOGAS-KHÔNG KHÍ 
 Mô phỏng sự bay hơi của hạt nhiên liệu trong tia 
phun diesel được thực hiện nhờ phần mềm Fluent. Buồng 
cháy nghiên cứu được giả định có dạng hình trụ có đường 
kính 140[mm] và chiều cao 300[mm] (thể tích 4,62 [lít]). 
Hỗn hợp môi chất trong buồng cháy gồm không khí và 300
biogas. Nhiên liệu biogas được ký hiệu MxCy (x% CH4 và 
y% CO2 theo thể tích). Như vậy hỗn hợp khí trong buồng 
cháy trước khi phun nhiên liệu diesel gồm: CH4, CO2, O2 
 140 
và N2. Trong tính toán thành phần hỗn hợp được mô 
 Hình 2.1: Kích thước 
phỏng tương tự như thành phần hỗn hợp cung cấp cho 
 buồng cháy mô phỏng 
động cơ dual fuel biogas-diesel. 
 Diesel bao gồm các phân tử ổn định như C12H22, C13H24 và C12H24. Thông 
thường người ta sử dụng thành phần hóa học trung bình của diesel là C12H23. Diesel 
có nhiệt độ tự cháy 210[0C]. 
 42 
Hình 2.2: Sự phát triển tia phun diesel trong buồng cháy mô phỏng với hỗn hợp 
 biogas-không khí (p=3[bar]) 
 )
 3
 0.16 0.016
 0.12 0.012
 0.08 0.008
 Hơi diesel 
 ồng độhơi diesel (%) DPM
 N 0.04 0.004
 Mật độ khối lượng hạt nhiêu liệu (kg/m hạt nhiêuMật liệu độ khối lượng 
 0 0
 t[ms] 
 0 5 10 15 20 25 30
 Hình 2.3: Đồ thị diễn biến sự phát triển tia phun diesel trong hỗn hợp biogas-
 không khí (p=3[bar]) 
 43 
 Hình 2.2 giới thiệu sự phát triển tia phun trong buồng cháy mô phỏng ứng 
với hỗn hợp biogas-không khí chứa 20%CH4, áp suất buồng cháy 3[bar]. Hình 2.3 
đồ thị sự phát triển của tia phun diesel trong hỗn hợp biogas-không khí ứng với hình 
2.2. Chúng ta thấy sau khi kết thúc phun tại thời điểm 5[ms], tia phun bắt đầu phân 
rã mạnh biến dần thành đám mây hạt nhiên liệu, đi xa dần miệng vòi phun. Khi đám 
mây hạt dãn nở thể tích, các hạt nhiên liệu bay hơi nhanh dần, số lượng hạt giảm 
dần và nồng độ hơi nhiên liệu tăng lên trong buồng cháy. 
 Hình 2.4: Sự phát triển tia phun diesel trong buồng cháy mô phỏng với hỗn hợp 
 biogas-không khí (p=10[bar]) 
 Hình 2.4 giới thiệu sự phát triển tia phun trong buồng cháy mô phỏng ứng 
với hỗn hợp biogas-không khí, áp suất buồng cháy 10[bar]. Hình 2.5 đồ thị biến 
 44 
thiên tia phun diesel trong môi trường hỗn hợp biogas-không khí ứng với hình 2.4. 
Tương tự như trên khi kết thúc phun, đám mây hạt nhiên liệu hình thành nhưng do 
áp suất trong buồng cháy tăng cao, độ xuyên thâu của tia phun giảm, đám mây hạt 
phân tán gần miệng vòi phun. Cùng nhiệt độ môi trường, tốc độ bay hơi của nhiên 
liệu ở áp suất cao thấp hơn trường hợp áp suất thấp. Nếu nhiệt độ không tăng thì số 
lượng hạt bay hơi giảm đi rất ít và nồng độ hơi nhiên liệu trong buồng cháy gần như 
ổn định. 
 0.2 0.007
 )
 3
 0.16 0.0056
 )
 0.12 Hơi diesel 0.0042
 DPM
 0.08 0.0028
 ồng độhơi diesel (% 
 N
 0.04 0.0014
 Mật độ khối lượng hạt nhiêu liệu (kg/m hạt nhiêuMật liệu độ khối lượng 
 0 0
 0 20 40 60 80 100 t[ms] 
 Hình 2.5: Đồ thị diễn biến sự phát triển tia phun diesel trong môi trường hỗn hợp 
 biogas-không khí (p=10[bar]) 
 Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ bay hơi của hạt nhiên liệu. 
Hình 2.6 giới thiệu biến thiên nồng độ hạt nhiên liệu diesel phun trong môi trường 
không khí ở áp suất môi trường 3[bar]. Ở nhiệt độ 475[K], hạt nhiên liệu bay hơi 
ngay sau khi ra khỏi vòi phun nên tại thời điểm kết thúc phun (5ms) mật độ khối 
lượng hạt thấp hơn trường hợp nhiệt độ môi trường 325[K]. Mật độ khối lượng hạt 
giảm nhanh sau khi kết thúc phun với tốc độ giảm càng cao khi nhiệt độ môi trường 
càng cao. 
 45 
 0.015
 ]
 3
 kg/m 0.012
 0.009
 0.006
 T=325K
 t độ khối lượng nhiêuhạt [ liệu T=475K
 Mậ 0.003
 0 t[ms] 
 0 10 20 30 40 50 
Hình 2.6: Biến thiên mật độ khối lượng hạt nhiên liệu diesel phun trong môi trường 
 không khí ở áp suất môi trường 3[bar] 
 0.015
 ]
 3
 0.012
 kg/m
 [
 0.009
 0.006
 T=325K
 0.003
 T=475K
 Mật độ khối lượng nhiêuhạt liệu
 0
 t[ms] 
 0 10 20 30 40 50 
 Hình 2.7: Biến thiên mật độ khối lượng hạt nhiên liệu diesel theo thời gian 
 (0,015CH4, p=3[bar], Q=0,02[kg/s]) 
 Ảnh hưởng của nhiệt độ buồng cháy đến biến thiên mật độ khối lượng hạt 
nhiên liệu khi phun tia diesel trong môi trường chứa hỗn hợp biogas-không khí 
cũng theo qui luật tương tự như trường hợp phun trong môi trường không khí (hình 
 46 
2.7). Cùng điều kiện áp suất và nhiệt độ trong buồng cháy và điều kiện phun, tốc độ 
giảm mật độ khối lượng hạt trong môi trường hỗn hợp biogas-không khí nhỏ hơn 
trong trường hợp môi trường không khí. 
 0.8
 0.6
 T=400K
 T=475K
 0.4
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.2
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100
 Hình 2.8: Biến thiên nồng độ diesel theo thời gian (0,015CH4, p=3[bar], 
 Q=0,02[kg/s]) 
 Hình 2.8 giới thiệu ảnh hưởng của nhiệt độ buồng cháy đến biến thiên nồng 
độ hơi nhiên liệu diesel theo thời gian với cùng điều kiện phun trong môi trường 
chứa hỗn hợp biogas-không khí. Chúng ta thấy ở nhiệt độ buồng cháy 475[K] nồng 
độ nhiên liệu bắt đầu ổn định ở thời điểm 60[ms] sau khi phun. Tại thời điểm này, 
những thành phần nhiên liệu có nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt độ môi trường bay 
hơi gần như toàn bộ. Ở nhiệt độ buồng cháy 400[K], sự gia tăng nồng độ hơi nhiên 
liệu trong buồng cháy chậm hơn nhiều. Nồng độ đạt ổn định ở mức thấp do một số 
thành phần nhiên liệu nặng và những hạt kích thước lớn chưa bay hơi hết. 
 Hình 2.9 so sánh biến thiên nồng độ hơi nhiên liệu trong buồng cháy theo 
thời gian khi phun diesel trong môi trường không khí và trong môi trường biogas-
không khí ở cùng điều kiện phun và điều kiện nhiệt độ, áp suất của môi trường. Kết 
quả trên cho thấy, trong cùng điều kiện, nồng độ hơi nhiên liệu trong môi trường 
 47 
không khí cao hơn nồng độ hơi nhiên liệu trong môi trường hỗn hợp biogas-không 
khí. 
 0.4
 0.3
 0.2
 Nồng độhơi diesel (%) Biogas-Không khí
 0.1 Không khí
 0
 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
 Hình 2.9: Biến thiên nồng độ diesel theo thời gian khi phun diesel trong buồng 
 cháy chứa không khí và hỗn hợp biogas-không khí ở nhiệt độ 400[K], p=3[bar] 
 0.3
 0.2
 Nồng độhơi diesel (%) 0.1 p=3 bar
 p=10 bar
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
 Hình 2.10: Ảnh hưởng của áp suất buồng cháy đến biến thiên nồng độ hơi diesel 
trong môi trường hỗn hợp biogas-không khí (0,015CH4, T=400[K], Q=0,02[kg/s]) 
 48 
 Như đã phân tích sự phát triển tia phun diesel trong buồng cháy ở áp suất 
khác nhau trình bày trên các hình 2.3 và 2.5, khi áp suất buồng cháy tăng cao, độ 
xuyên thâu của tia phun rút ngắn, đám mây hạt bay hơi chậm dẫn đến nồng độ hơi 
nhiên liệu trong buồng cháy ổn định sớm nhưng ở mức thấp hơn trường hợp áp suất 
buồng cháy thấp (hình 2.10). 
2.3. NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN TIA PHUN DIESEL TRONG 
BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS CÓ 
THÀNH PHẦN CH4 KHÁC NHAU 
2.3.1. Thành phần hỗn hợp 
 Phần trước chúng ta nghiên cứu sự phát triển của tia phun mồi diesel trong 
môi trường không khí và trong môi trường hỗn hợp không khí-methane. Trong phần 
này chúng ta nghiên cứu sự phát triển tia phun diesel trong hỗn hợp biogas-không 
khí với hai nhiên liệu biogas khác nhau được ký hiệu M8C2 (biogas chứa 80%CH4, 
20% CO2 theo thể tích) và M6C4 (biogas chứa 60% CH4 và 40% CO2 theo thể tích). 
 Để đốt cháy hoàn toàn 1g CH4 ta cần 4g O2. Trong hỗn hợp biogas-không 
khí, thành phần khối lượng O2 xấp xỉ trên 20%, do đó thành phần khối lượng CH4 
có thể chọn xấp xỉ 5%. Do đó thành phần CO2 trong hỗn hợp 3% và 9% theo thứ tự 
ứng với nhiên liệu M8C2 và M6C4. 
 Thành phần hỗn hợp tính toán cho bởi bảng 2.1 (tính theo % khối lượng): 
 Bảng 2.1: Thành phần hỗn hợp tính toán (tính theo % khối lượng) 
 CH4 CO2 O2 N2 
 M8C2 5 3 21 71 
 M6C4 5 9 20 66 
2.3.2. Điều kiện tia phun diesel 
 Buồng cháy sử dụng trong tính toán mô phỏng có dạng hình trụ, đường kính 
140[mm], chiều cao 300[mm], thể tích 4,62[lít]. Luợng không khí này có thể dùng 
để đốt cháy hoàn toàn 0,4[g] diesel. 
 49 
 Trong tính toán ta chọn lưu lượng nhiên liệu ra khỏi vòi phun là 0,01[kg/s] 
và 0,005[kg/s]. Thời gian phun là 5[ms], do đó lượng nhiên liệu diesel phun vào 
buồng cháy tương ứng là 0,05[g] và 0,025[g] tức chiếm 12,5% và 6,25% lượng 
nhiên liệu diesel cực đại có thể phun vào buồng cháy. 
2.3.3. Ảnh hưởng của áp suất buồng cháy 
 Các hình 2.11 đến hình 2.14 giới thiệu biến thiên nồng độ hơi nhiên liệu 
diesel trong buồng cháy chứa hỗn hợp biogas-không khí. Cũng giống như trường 
hợp phun nhiên liệu trong môi trường không khí hay môi trường chứa không khí và 
CH4, chúng ta thấy trong các điều kiện như nhau, khi áp suất trong buồng cháy tăng 
lên thì nồng độ hơi nhiên liệu trong buồng cháy giảm. 
 0.25
 0.2
 iesel (%) 0.15
 p=3 bar
 p=5 bar
 Nồng độhơi d 0.1
 0.05
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.11: Ảnh hưởng của áp suất buồng cháy đến sự phát triển của tia phun ứng 
 với M6C4, T=450[K], Q=0,01[kg/s] 
 50 
 0.35
 0.3
 0.25
 p=3 bar
 0.2
 p=5 bar
 0.15
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.1
 0.05
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.12: Ảnh hưởng của áp suất buồng cháy đến sự phát triển của tia phun ứng 
 với M8C2, T=450[K], Q=0,01[kg/s] 
 0.12
 0.09
 0.06
 Nồng độhơi diesel (%) 
 p=3 bar
 p=5 bar
 0.03
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.13: Ảnh hưởng của áp suất buồng cháy đến sự phát triển của tia phun ứng 
 với M8C2, T=450[K], Q=0,005[kg/s] 
 51 
 0.12
 0.09
 0.06
 p=3 bar
 p=5 bar
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.03
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.14: Ảnh hưởng của áp suất buồng cháy đến sự phát triển của tia phun ứng 
 với M6C4, T=450[K], Q=0,005[kg/s] 
 Ảnh hưởng của áp suất trong buồng cháy đến quá trình bay hơi của hạt nhiên 
liệu diesel có thể giải thích rõ ràng hơn trên các hình 2.15 và hình 2.16 về biến thiên 
mật độ hạt [kg/m3] theo thời gian. Kết quả mô phỏng cho thấy sau khi kết thúc 
phun, mật độ hạt trong trường hợp p=5[bar] gần như ổn định trong khi đó trong 
trường hợp p=3[bar], mật độ hạt tiếp tục giảm do các hạt tiếp tục bay hơi. 
 0.007
 0.006
 0.005
 0.004
 0.003
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.002 p=3bar
 p=5bar
 0.001
 0 t[ms] 
 0 4 8 12 16 20 
 Hình 2.15: Ảnh hưởng của áp suất trong buồng cháy đến biến thiên mật độ hạt 
 nhiên liệu diesel theo thời gian ứng với M6C4, T=450[K], Q=0,01[kg/s]) 
 52 
 0.008
 0.006
 0.004
 Nồng độhơi diesel (%) 
 p=3bar
 p=5bar
 0.002
 0 t[ms] 
 0 4 8 12 16 20 
 Hình 2.16: Ảnh hưởng của áp suất trong buồng cháy đến biến thiên mật độ hạt 
 nhiên liệu diesel theo thời gian ứng với M8C2, T=450[K], Q=0,01[kg/s] 
2.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ hỗn hợp đến sự phát triển của tia phun 
 Cũng như trường hợp phun diesel trong môi trường không khí chứa CH4, khi 
nhiệt độ hỗn hợp biogas-không khí tăng cao thì nồng độ hơi nhiên liệu diesel trong 
hỗn hợp cũng tăng theo do nhiên liệu bốc hơi nhanh ở nhiệt độ cao. 
 Kết quả mô phỏng từ hình 2.17 đến hình 2.20 cho thấy ở nhiệt độ thấp, nồng 
độ hơi nhiên liệu đạt giá trị bão hòa sớm hơn ở nhiệt độ cao. Nồng độ hơi nhiên liệu 
ổn định không có nghĩa là tất cả các thành phần có mặt trong hạt nhiên liệu đã bay 
hơi hết mà chỉ có những thành phần có nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt độ môi chất 
trong buồng cháy bay hơi. 
 53 
 0.12
 0.09
 0.06
 T=300K
 Nồng độhơi diesel (%) T=450K
 0.03
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.17: Ảnh hưởng của nhiệt độ môi chất trong buồng cháy đến biến thiên 
nồng độ hơi nhiên liệu theo thời gian ứng với M6C4, p=3[bar], Q=0,005[kg/s] 
 0.12
 0.09
 0.06
 T=300K
 Nồng độhơi diesel (%) T=450K
 0.03
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.18: Ảnh hưởng của nhiệt độ môi chất trong buồng cháy đến biến thiên 
nồng độ hơi nhiên liệu theo thời gian ứng với M8C2, p=3[bar], Q=0,005[kg/s] 
 54 
 0.35
 0.3
 )
 0.25
 0.2
 T=300K
 0.15
 Nồng độhơi diesel (% T=450K
 0.1
 0.05
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.19: Ảnh hưởng của nhiệt độ môi chất trong buồng cháy đến biến thiên 
nồng độ hơi nhiên liệu theo thời gian ứng với M6C4, p=3[bar], Q=0,01[kg/s] 
 0.25
 0.2
 0.15
 T=300K
 0.1 T=450K
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.05
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.20: Ảnh hưởng của nhiệt độ môi chất trong buồng cháy đến biến thiên 
nồng độ hơi nhiên liệu theo thời gian ứng với M8C2, p=3[bar], Q=0,01[kg/s] 
 55 
2.3.5. Ảnh hưởng của nhiên liệu biogas 
 Hình 2.21 đến hình 2.24 giới thiệu ảnh hưởng của nhiên liệu biogas đến nồng 
hơi nhiên liệu diesel trong buồng cháy. 
 0.12
 0.1
 0.08
 0.06 M6C4
 M8C2
 0.04
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.02
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
 Hình 2.21: Ảnh hưởng của nhiên liệu biogas đến nồng độ hơi diesel (p=3[bar], 
 Q=0,01[kg/s], T=300[K]) 
 0.35
 0.3
 0.25
 0.2
 0.15
 M6C4
 M8C2
 Nồng độhơi diesel (%) 0.1
 0.05
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
 Hình 2.22: Ảnh hưởng của nhiên liệu biogas đến nồng độ hơi diesel (p=3[bar], 
 Q=0,01[kg/s], T=450[K]) 
 56 
 0.12
 0.1
 0.08
 0.06 M6C4
 M8C2
 Nồng độhơi diesel (%) 0.04
 0.02
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.23: Ảnh hưởng của nhiên liệu biogas đến nồng độ hơi diesel (p=3[bar], 
 Q=0,005[kg/s], T=450[K]) 
 0.07
 0.06
 0.05
 0.04
 M6C4
 0.03 M8C2
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.02
 0.01
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.24: Ảnh hưởng của nhiên liệu biogas đến nồng độ hơi diesel (p=3[bar], 
 Q=0,005[kg/s], T=300[K]) 
 57 
 0.004
 )
 3
 0.003
 0.002
 M8C2
 M6C4
 Mật độ khối lượng nhiêuhạt (kg/m liệu 0.001
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
 Hình 2.25: Ảnh hưởng của nhiên liệu đến biến thiên mật độ hạt nhiên liệu trong 
 buồng cháy (p=3[bar], T=450[K], Q=0,005[kg/s]. 
 Hình 2.25 giới thiệu biến thiên mật độ hạt nhiên liệu diesel trong buồng cháy 
ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và điều kiện phun nhưng với biogas M8C2 và 
M6C4. Kết quả mô phỏng cho thấy mật độ hạt trong trường hợp M6C4 cao hơn mật 
độ hạt trong trường hợp M8C2. 
 Như vậy khi thành phần CH4 trong biogas tăng không những cải thiện được 
quá trình cháy mà còn cải thiện được tình trạng bay hơi của tia phun diesel dẫn đến 
cải thiện chất lượng đánh lửa bằng tia phun mồi. 
2.3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng phun 
 Ảnh hưởng của lưu lượng phun đến biến thiên nồng độ hơi diesel theo thời 
gian được trình bày trên các hình 2.26 đến hình 2.29. Kết quả tính toán cho thấy khi 
lưu lượng phun tăng thì nồng độ hơi nhiên liệu diesel tại một thời điểm cho trước 
sau khi phun cũng tăng. Tốc độ tăng nồng độ hơi nhiên liệu khi lưu lượng phun lớn 
cao hơn tốc độ tăng nồng độ hơi nhiên liệu khi tốc độ phun bé. Do đó để hỗn hợp 
bay hơi nhanh, tạo điều kiện cho quá trình cháy diễn ra hoàn toàn chúng ta nên tăng 
 58 
lưu lượng phun nhưng giảm thời gian phun để đảm bảo lượng nhiên liệu cung cấp 
cho một chu trình không thay đổi. 
 0.12
 0.1
 0.08
 0.06 Q=0,01kg/s
 Q=0,005kg/s
 Nồng độhơi diesel (%) 0.04
 0.02
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
 Hình 2.26: Ảnh hưởng của lưu lượng phun đến biến thiên nồng độ hơi nhiên liệu 
 diesel trong buồng cháy (M6C4, p=3[bar], T=300[K]) 
 0.24
 0.2
 0.16
 diesel (%) Q=0,01kg/s
 Q=0,005kg/s
 0.12
 Nồng độhơi 
 0.08
 0.04
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
 Hình 2.27: Ảnh hưởng của lưu lượng phun đến biến thiên nồng độ hơi nhiên liệu 
 diesel trong buồng cháy (M8C2, p=3[bar], T=300[K]) 
 59 
 0.08
 0.06
 0.04
 Nồng độhơi diesel (%) 
 Q=0,01kg/s
 Q=0,005kg/s
 0.02
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.28: Ảnh hưởng của lưu lượng phun đến biến thiên nồng độ hơi nhiên liệu 
 diesel trong buồng cháy (M6C4, p=5[bar], T=450[K]) 
 0.16
 0.14
 0.12
 0.1 Q=0,01kg/s
 Q=0,005kg/s
 0.08
 Nồng độhơi diesel (%) 
 0.06
 0.04
 0.02
 0 t[ms] 
 0 20 40 60 80 100 
Hình 2.29: Ảnh hưởng của lưu lượng phun đến biến thiên nồng độ hơi nhiên liệu 
 diesel trong buồng cháy ( M8C2, p=5[bar], T=450[K]) 
 60 
2.4. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA HỖN HỢP BIOGAS-
KHÔNG KHÍ ĐÁNH LỬA BẰNG TIA PHUN MỒI DIESEL 
2.4.1. Hệ số tương đương  và thành phần hỗn hợp f 
 Trong phần này chúng ta nghiên cứu quá trình cháy của hỗn hợp biogas-
không khí trong buồng cháy đẳng tích hình trụ có đường kính 140[mm] và chiều 
cao 300[mm]. Quá trình tính toán được thực hiện trên nền phần mềm Fluent. Quá 
trình rối được thể hiện qua mô hình k-. Quá trình cháy được mô phỏng bằng mô 
hình Partially premixed. Tia phun mồi diesel được mô phỏng bằng modun injection 
với lưu lượng nhiên liệu, thời gian phun được cài đặt trước. 
 Trong tính toán qua trình cháy người ta định nghĩa thành phần hỗn hợp f 
(mixture fraction) bởi biểu thức sau: 
 
 f 
  r
 Tro