Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HỆ SỐ BỨC XẠ NHIỆT CỦA NGỌN LỬA KHUẾCH TÁN

Trên cơ sở kết quả phân tích ảnh cho bởi visioscope bằng phương pháp hai bước sóng, bài báo giới thiệu biến thiên hệ số bức xạ nhiệt  của ngọn lửa khuếch tán cháy ngoài khí quyển, trong lò đốt công nghiệp và trong buồng cháy động cơ.  đạt giá trị cực đại 0,15; 0,30; 0,45 ở khu vực có nồng độ bồ hóng lớn nhất theo thứ tự ứng với ba trường hợp ngọn lửa trên đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HỆ SỐ BỨC XẠ NHIỆT CỦA NGỌN LỬA KHUẾCH TÁN" NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HỆ SỐ BỨC XẠ NHIỆT CỦA NGỌN LỬA KHUẾCH TÁN EXPERIMENTAL STUDY OF RADIATION COEFFICIENT OF DIFFUSION FLAMES NGUYỄN NGỌC LINH SAMCO, Tp. Hồ Chí Minh BÙI VĂN GA - TRẦN THANH HẢI TÙNG - HUỲNH BÁ VANG Đại học Đà Nẵng LÊ VĂN LỮ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh TÓM T ẮT Trên cơ sở kết quả phân tích ảnh cho bởi visioscope bằng phương pháp hai bước sóng, bài báo giới thiệu biến thiên hệ số bức xạ nhiệt  của ngọn lửa khuếch tán cháy ngoài khí quyển, trong lò đốt công nghiệp và trong buồng cháy động cơ.  đạt giá trị cực đại 0,15; 0,30; 0,45 ở khu vực có nồng độ bồ hóng lớn nhất theo thứ tự ứng với ba trường hợp ngọn lửa trên đây. ABSTRACT Basing on analysis of pictures given by visioscope by two-color method, the paper presents evolution of radiation coefficient  of diffusion flames in air, in furnace and in combustion chamber of internal combustion engine.  reaches its maximal value 0,15; 0,30 and 0,45 in regions of maximal soot fraction corresponding to the three above flames.1. Giới thiệu Tính toán truyền nhiệt bức xạ từ ngọn lửa khuếch tán đến thành buồng cháy là mộtvấn đề hết sức phức tạp vì ngoài việc xác định các thông số hình học tương đối giữa vật phátxạ và vật hấp thụ, chúng ta còn phải xác định hệ số bức xạ nhiệt của bồ hóng, chất gây bức xạchính trong ngọn lửa. Hệ số bức xạ nhiệt này phụ thuộc vào các đặc trưng của bồ hóng, nhữngđại lượng rất khó xác định bởi các phương pháp đo cổ điển. Trong những năm gần đây, ngườita đã xây dựng các mô hình toán học để dự đoán truyền nhiệt bức xạ. Các mô hình này đượcthiết lập dựa trên mô hình tạo thành bồ hóng. Các mô hình tạo bồ hóng đơn giản, một chiều đãđược thiết lập để tính toán ngọn lửa cháy bên ngoài khí quyển và bên trong buồng cháy độngcơ. Các mô hình đa phương phức tạp hơn đã được xây dựng trong các phần mềm động họcchất lỏng như KIVA III, FIRES, FLUENT... Các phần mềm này dù đơn giản hay phức tạpcũng đều dựa trên lý thuyết tạo bồ hóng nền tảng, trong đó lý thuyết Tesner-Magnussen đượcsử dụng rộng rãi [2]. Khi xác định được nồng độ bồ hóng và nhiệt độ cục bộ của ngọn lửa nhờ mô hình tínhtoán, chúng ta có thể xác định được hệ số truyền nhiệt bức xạ. Từ đó truyền nhiệt bức xạ từngọn lửa khuếch tán đến thành buồng cháy có thể được xác định bằng các mô hình như môhình truyền nhiệt bức xạ trực tiếp, mô hình truyền nhiệt bức xạ từ bề mặt đến bề mặt (S2S),mô hình truyền nhiệt bức xạ theo phương riêng biệt (DOM)... Việc nghiên cứu thực nghiệmhệ số truyền nhiệt bức xạ rất cần thiết để đánh giá tính đúng đắn của các mô hình. Trong trường hợp động cơ Diesel, thông lượng nhiệt bức xạ truyền từ ngọn lửa Dieselđến thành buồng cháy được xác định theo biểu thức sau đây: 4 4  w  1  Tk   Tw   q kw  E h  E1   k   C 0   2  100   100     Thông thường nhiệt độ thành buồng cháy của động cơ luôn được giữ ổn định nhờ hệthống làm mát bằng nước nên có thể xem như nhiệt độ thành buồng cháy ổn định khoảng Tw700K, nhiệt độ khí cháy bức xạ trong động cơ Diesel từ Tk1800 -2600K, do đó, để xác địnhđược thông lượng nhiệt bức xạ, chúng ta cần xác định hệ số truyền nhiệt bức xạ . Bức xạ nhiệt trong ngọn lửa khuếch tán là do các phần tử khí và bồ hóng gây ra. Hệ sốbức xạ tổng cộng được viết như sau:  T   g  s   g  s Trong đó T là hệ số bức xạ tổng của khí cháy, g là hệ số bức xạ của các chất thể khívà s là hệ số bức xạ của bồ hóng trong khí cháy. Trong khối khí cháy của động cơ Diesel thực nghiệm cho thấy bồ hóng là thành phầnbức xạ chủ yếu, chiếm khoảng 90% lượng bức xạ nhiệt. Do đó để đơn giản trong tính toánchúng ta có thể xem hệ số bức xạ của các chất khí trong ngọn lửa bằng khoảng 10% hệ số bứcxạ của bồ hóng. Bồ hóng là những hạt carbon có kích thước bé, phân bố trong ngọn lửa dưới dạng cácđám mây hạt rắn. Hệ số bức xạ nhiệt của nó được xác định như sau:  s  1  exp(  KL) 3,72f v C o T K Trong đó ...