1.Dinamica pulverizarii combustibilului. Dinamica jetului

Pentru a putea evalua parametrii caracteristici ai injectiei din punct de vedere al

pulverizarii combustibilului se vor calcula :

- viteza frontului jetului de combustibil wi,

- unghiul de dispersie a jetului δ,

- penetratia jetului evaluata prin lungimea de penetratie L,

- finetea pulverizarii evaluata prin diametrul mediu al picaturii – diametrul

mediu Sauter d32.

1.1.Viteza frontului jetului de combustibil

Presupunand ca debitul prin orificiul de injectie este aproape constant, viteza

masei debitului combustibilului prin orificiu, wm este data de urmatoarea ecuatie:

(1.1)

unde: Cd – coeficient de descarcare [ - ];

An – suprafata orificiului [m2];

ρl – densitatea combustibilului lichid [kg/m3];

p1 – presiunea comb. in camera de presiune a pulverizatorului, [N/m2];

p2 – contrapresiunea in care are loc injectia, [N/m2].

Viteza combustibilului injectat wi se poate exprima astfel:

(1.2)

Coeficientul de descarcare depinde de geometria orificiului si se poate determina

prin relatia:

(1.3)

unde: ln – lungimea orificiului [m];

dn – diametrul orificiului [m].

1.2.Unghiul de dispersie al jetului

Unghiul de dispersie al jetului (δ) este unghiul conului format din tangentele la

conturul jetului, concurente in orificiul pulverizatorului. Experimental, s-a constatat ca

unghiul (δ) este independent de timp numai dupa o durata de timp relativ mare de la

inceputul injectiei.

Doua din corelatiile cele mai utilizate in prezent sunt studii pentru previziunile

legate de unghiul de pulverizare.

Modelul REITZ & BRACCO

In acest model, unghiul initial, δ, este:

(1.4)

(1.5)

unde: A – parametru geometric:

(1.6)

f(T) – o functie aproximata prin:

(1.7)

T – se calculeaza cu relatia:

(1.8)

unde: ρl – densitatea combustibilului lichid [kg/m3];

ρg – densitatea ambientala ρg =1.293 [kg/m3].

Numarul lui Reynolds se calculeaza cu relatia (1.9) iar We cu relatia (1.10):

(1.9)

(1.10)

unde: ρl – densitatea combustibilului lichid [kg/m3];

dn – diametrul orificiului injectorului [m];

wi - viteza combustibilului injectat [m/s];

ηl - viscozitate dinamica a combustibilului [Ns/m2];

σ - tensiunea superficiala a combustibilului [N/m].

Modelul HIROYASU & ARAI

Unghiul initial de pulverizare in corelatia Hiroyasu & Arai este:

(1.11)

unde: ρg – densitatea ambientala ρg =1.293 [kg/m3];

p1 – presiunea comb. in camera de presiune a pulverizatorului, [N/m2];

p2 – contrapresiunea in care are loc injectia, [N/m2];

dn – diametrul orificiului injectorului [m];

ηg - viscozitate ambientala ηg = 18.1·10-6[Ns/m2] sau [Pa·s].

1.3.Penetratia jetului

Penetratia jetului (L) reprezinta drumul parcurs de catre partea frontala a jetului

intr-un interval de timp bine determinat.

Pentru a prezice penetrarea jetului, se utilizeaza o corelatie empirica pentru a

descrie in timp pulverizarea. Modelele Hiroyasu & Arai au propus corelatii inainte si dupa

momentul dezintegrarii:

Pentru, 0 <t < tb :

(1.12)

Pentru tb > t :

(1.13)

unde: tb – este momentul de dezintegrare si se calculeaza cu relatia (1.14):

(1.14)

t este cuprins in intervalul: 0 < t < 7.5·10-4 [s]

Pentru a se aproxima penetratia jetului se va realiza un grafic al lungimii de

penetrare functie de timp. Pe abscisa va fi reprezentat timpul (t) iar pe ordonata lungimea

de penetratie (L).

1.4.Finetea pulverizarii

Finetea pulvezarii reprezinta gradul de farmitare a jetului in particule, fiind definit

prin diametrul mediu al acestora. Intrucat jetul este alcatuit din picaturi de dimensiuni

variate, diametrul mediu al acestora se defineste in raport cu cerintele procesului.

Diametrul initial al picaturii

La prima abordare, toate picaturile situate de-a lungul liniei centrale a

pulverizatorului se presupun a avea acelasi diametru initial, egal cu diametrul mediu

Sauter (SMD) d32:

(1.15)

(1.16)

Unde:

(1.17)

(1.18)

O alta abordare pentru previziunea diametrului mediu Sauter este data de relatia:

(1.19)

Anexa1

Tabel 1.1.Proprietatile combustibilului: motorina, ulei de rapita pur si ulei de rapita esterificat

(RME)

Proprietati SimbolUnitati de masura

MotorinaUlei de rapita

RME

Cifra cetanica CN - 40 50 54.4Viscozitate cinematica la 40°C la 100°C

ν m2/s3.2·10-6

1.3·10-6

3.8·10-6

7.87·10-6

6.2·10-6

2.4·10-6

Viscozitate dinamica la 40°C η Ns/m2 2.73·10-3 31.04·10-3 5.42·10-3

Caldura specifica la 100°C m kJ/kgK 1.7 2.47Conductibilitate termica la 100°C mc W/mK 0.11Tensiune de suprafata σ N/m 22.5·10-3

Putere calorica inferioara Qi kJ/kg 45300Densitate ρ Kg/m3 852Continut de sulf s %masa 0.1Carbon c %masa 87.26+5% 78.15+5% 77.20+5%Hidrogen h %masa 13.44+5% 11.84+5% 12.64+5%Oxigen o %masa 0 10.01 10.09

Tabel 1.2.Caracteristicile geometrice si functionale ale injectorului modelat

Caracteristicile geometrice si functionale Valoare

Tip RO-KBL 101 55RPresiunea de injectie, Pa 17.5·106

Numarul de orificii ale injectorului 4Diametrul orificiului de intrare a injectorului, m 0.3·10-3

Lungimea orificiului injectorului, m 1 2 3 41.0·10-3 1.1·10-3 1.05·10-3 1.0·10-3

l0/d0 3.333 3.667 3.500 3.33r0/d0 0.167Coeficientul de debit (coef de descarcare) 0.784 0.780 0.782 0.784Unghiul orificiului de injectie in planul xOy, ° 218°34’ 300°35’ 31°7’ 117°30’Unghiul orificiului de injectie in planul xOz, ° 93°24’ 62°24’ 55°13’ 85°36’

Tabel 1.3.Rezultatele modelarii injectiei pentru ulei de rapita si motorina

Ulei de rapita

t,°C

pinj,MPa

wi,m/s

δ,°

tb,ms

Ltb,mm

SMD,μm

20

17.5 151.22 10.55 4.063·10-4 0.061 2.840·10-8

20 162.34 10.57 3.786·10-4 0.061 2.585·10-8

22.5 172.69 10.59 3.559·10-4 0.061 2.381·10-8

25 182.46 10.61 3.368·10-4 0.061 2.212·10-8

40

17.5 152.36 10.62 3.998·10-4 0.061 1.679·10-8

20 163.50 10.64 3.732·10-4 0.061 1.528·10-8

22.5 173.93 10.66 3.508·10-4 0.061 1.407·10-8

25 183.77 10.68 3.321·10-4 0.061 1.308·10-8

60

17.5 153.47 10.70 3.948·10-4 0.061 1.114·10-8

20 164.69 10.72 3.679·10-4 0.061 1.014·10-8

22.5 175.19 10.74 3.458·10-4 0.061 9.338·10-9

25 185.11 10.76 3.273·10-4 0.061 8.678·10-9

80

17.5 154.69 10.78 3.885·10-4 0.060 8.075·10-9

20 166.00 10.80 3.621·10-4 0.060 7.350·10-9

22.5 176.59 10.82 3.404·10-4 0.060 6.768·10-9

25 186.58 10.84 3.221·10-4 0.060 6.289·10-9

100

17.5 155.85 10.86 3.828·10-4 0.060 6.193·10-9

20 167.25 10.88 3.567·10-4 0.060 5.637·10-9

22.5 177.91 10.90 3.353·10-4 0.060 5.191·10-9

25 187.98 10.92 3.174·10-4 0.060 4.824·10-9

Motorina la 20°C20 17.5 158.92 10.95 3.681·10-4 0.059 5.209·10-9

Tabel 1.4.Caracteristicile principale ale combustibililor folositi

Motorina Ulei de rapita

t,°C

Viscozitatea dinamica,

MPa·s

Viscozitatea cinematica,

mm2/s

Densitateag/cm3

Viscozitatea dinamica,

MPa·s

Viscozitatea cinematica,

mm2/s

Densitateag/cm3

20 3.020 3.637 0.830 68.779 75.031 0.91640 1.916 2.346 0.816 31.049 34.358 0.90360 1.294 1.612 0.802 16.708 18.771 0.89080 0.927 1.176 0.788 10.196 11.630 0.876

100 0.741 0.958 0.774 6.798 7.872 0.863

Tabel 1.5.Conditiile initiale ale combustibilului si mediului ambiental

Simbol Motorina Ulei de rapita

Presiunea de injectie, MPa p1 17.5Presiunea ambientala, MPa p2 1.5Temperatura ambientala, K Ta 293Densitatea ambientala, m3 ρg 1.293Viscozitatea ambientala, Pa · s ηg 18.1·10-6

Densitatea combustibilului, kg/m3 ρl 833 916Viscozitatea cinetica a combustibilului, m2/s νl 4.2·10-6 7.2·10-6

Tensiunea superficiala, N/m σ 22.5·10-3 40·10-3

Temperatura combustibilului, K Tf 313

Parametru Simbol Unitate de

masura

Valoare

Lungime orificiu ln m

Diametru orificiu dn m

Presiunea combustibilului in camera de presiune a

pulverizatorului

p1 N/m2

Contrapresiunea in care are loc injectia p2 N/m2

Densitatea combustibilului lichid ρl kg/m3

Densitate ambientala ρg kg/m3 1.293

Viscozitatea dinamica a combustibilului ηl N·s/m2

Viscozitatea ambientala ηg Ns/m2 18.1·10-6

Tensiunea superficiala a combustibilului σ N/m