Comparative Study of Diesel and Biodiesers Atomization Characteristics

为了研究生物柴油与柴油在雾化质量方面的差异,在燃油雾化质量评价理论的基础上,采用高速摄像机和马尔文激光粒度分析仪对柴油、生物柴油的喷雾特性进行了对比研究;计算分析了喷雾发展的不同时刻的喷雾锥角、贯穿距离,以及喷雾液滴的尺寸体积分布、累计体积分布、特征直径、平均直径和发散边界。结果表明：由于生物柴油的运动粘度、密度和表面张力都大于柴油,所以生物柴油的贯穿距、平均直径、特征直径、发散边界都比柴油的大,喷雾液滴的尺寸体积分布曲线和累计体积分布曲线都偏向大颗粒方向,喷雾锥角和相对尺寸范围比柴油的小,这说明生物柴油的雾化质量差。     

LPG溶入柴油的喷射雾化特性研究

在燃油溶气雾化原理的基础上，利用数码照相机拍摄了LPG溶入柴油的喷雾空间形态，计算和分析了喷雾液滴的平均直径、尺寸分布以及液滴尺寸累积体积分布的特征直径和发散度。结果表明，LPG混入柴油，喷雾角增大，油粒细小均匀，燃料的雾化质量明显改善，在较低的喷射压力下可以获得理想的雾化效果，从而改善柴油机的烟度排放。     

启喷压力对柴油雾化质量的影响

使用马尔文激光粒度仪研究了喷嘴的启喷压力对柴油雾化质量的影响。结果表明,随启喷压力的增大,喷雾液滴的索特平均直径D32和德布鲁克平均直径D43均减小,累积体积分布曲线向左偏移,到达某一累积体积的液滴直径减小,液滴的相对尺寸范围和发散边界均呈减小的趋势。这说明随启喷压力的增大,大颗粒液滴有所减少,小颗粒的液滴增多,雾化质量有明显地改善。     

生物质燃油雾化喷吹特性试验研究

采用高速摄像机,研究了几种常见生物质燃油的雾化特性,分别对雾化锥角、索特平均直径(SMD)、液滴速度以及雾化液滴的尺寸数目分布进行了研究。结果表明,生物质燃油的雾化锥角随压力增大而增大,三种生物原油相比,地沟油的雾化锥角最大;生物柴油相比小桐子油生物柴油的雾化锥角最大。索特平均直径(SMD)随压力的增大而减小且具有一定的线性关系;雾化液滴在轴向上方的速度较大,而在轴向下方的液滴速度较小;地沟油中小液滴数目较多,使得其分布曲线峰值较高。三种生物柴油的粒径尺寸分布趋势一致,小桐子油生物柴油小尺寸液滴数目更多一些。     

醇类-生物柴油混合燃料喷雾特性的试验

利用高速摄影和粒子图像分析技术(PDIA)研究了生物柴油、B 20(80%,生物柴油和20%,正丁醇)、P 20(80%,生物柴油和20%,正丙醇)和E 20(80%,生物柴油和20%,乙醇)的喷雾宏观和微观特性,主要对喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)和液滴尺寸分布等喷雾特性参数进行了分析.结果表明:生物柴油、B 20、P 20和E 20的喷雾贯穿距离依次减小,平均锥角依次增大.随喷射压力和环境压力的增加,燃料的影响逐渐削弱,喷雾贯穿距离和锥角主要受喷射压力和环境压力的影响.喷射压力的升高使生物柴油和醇类-生物柴油混合燃料的SMD减小,小粒径液滴所占的比例有所上升.喷射压力为80,MPa、环境压力为1,MPa时,轴向距离为50,mm处,醇类-生物柴油混合燃料相对生物柴油SMD平均减小1.6,μm(5.7%,),不同醇类-生物柴油混合燃料间SMD也依次减小,但幅度略小.醇类与生物柴油掺混可以提高喷雾质量.     

生物柴油和石化柴油喷雾特性的对比研究

采用相位多普勒粒子分析仪,从索特平均直径、喷雾锥角和喷雾贯穿距等方面对生物柴油和0#柴油的喷雾特性进行了对比研究.基于高速摄像技术,拍摄了几个典型时刻生物柴油和0#柴油的喷雾图片.结果表明:在相同的喷射条件下,生物柴油的索特平均直径和喷雾贯穿距大于0#柴油,而喷雾锥角小于0#柴油.     

引射比对生物柴油斯特林发动机喷雾特性影响的仿真研究

基于斯特林发动机的喷雾特性,建立了某斯特林发动机旋流引射、喷雾的数学物理模型,模拟了高背压下生物柴油斯特林发动机在不同引射比下的喷雾过程。研究发现:生物柴油喷雾锥角随引射比的增大而增大,大引射比下的喷雾油束前端出现了明显的凹型回缩锋面;引射比越大,喷雾贯穿距越小;增大引射比,液滴速度增大,索特平均直径减小,粒径方差减小。高背压下,增大引射比能增大燃油混合气的空间分布,提高喷雾雾化效果。     

生物柴油喷雾特性的数值模拟

根据可视化试验的结果,利用计算流体力学的方法对生物柴油和柴油的喷雾进行模拟,建立了三维仿真模型,并验证了模型的正确性.利用该模型研究了生物柴油和柴油的喷雾特性,计算了不同喷孔直径对喷雾贯穿距离、索特平均直径等的影响.研究结果表明:生物柴油的雾化特性与柴油不同,柴油的雾化特性更好;减小喷孔直径缩短了生物柴油的喷雾贯穿距离,而且有助于液滴的破碎和雾化.     

生物柴油喷雾特性的试验研究

基于高速摄影，采用油泵试验台拍摄了常压下生物柴油和柴油的喷雾图像，并研究了油泵转速、喷孔直径和启喷压力对生物柴油喷雾贯穿距和喷雾锥角等喷雾特性的影响，对燃料特性差异与喷雾特性的影响也进行了分析讨论。结果表明：生物柴油的喷雾特性在规律上与柴油基本一致，但生物柴油的喷雾贯穿距离比柴油大，而喷雾锥角约为柴油的一半。     

柴油/PODE_(3-4)混合燃料喷雾特性的试验

基于高压可视化定容燃烧弹试验台,利用高速摄影技术和激光粒度仪对柴油/PODE_(3-4)混合燃料喷雾特性进行研究,分析了燃料物性、喷射压力和喷孔直径对混合燃料宏观与微观特性的影响.结果表明:混合燃料的喷雾贯穿距离大于纯柴油,并呈现先增大后趋于稳定的趋势;在高喷射压力下,相比纯柴油,混合燃料的喷雾贯穿距离增幅较为明显,但平均喷雾锥角增长幅度较小;增大喷孔直径,混合燃料与纯柴油的喷雾锥角和喷雾贯穿距离都增大;喷射压力升高,混合燃料的索特平均直径(SMD)都下降,柴油下降幅度最小,D_v90降幅较为明显,说明在喷射压力影响下,大液滴更容易破碎成小液滴;随着喷孔直径增大,混合燃料的SMD、D_v10、D_v50和D_v90都呈上升趋势,说明较大的喷孔直径不利于混合燃料喷雾特性的改善.     

脂肪酸甲酯/柴油喷雾特性的对比试验

采用高速摄影和粒子图像分析技术对脂肪酸甲酯(FAME)/柴油的高压共轨喷雾的宏观和微观特性,包括喷雾贯穿距离、喷雾锥角及索特平均直径(SMD)进行了试验.结果表明:两种燃料喷雾均为两阶段模式,并得到其喷雾贯穿距离与喷射压力、背压和燃料密度等的关系式;相同工况下脂肪酸甲酯的贯穿距离比柴油略大,喷雾锥角比柴油略小;柴油的索特平均直径比脂肪酸甲酯的小,但差距不超过3,μm,且两者的粒径分布相似;发动机不做太大改动就可以使用脂肪酸甲酯或脂肪酸甲酯/柴油的混合燃料.     

生物柴油自由喷雾特性的数值模拟和试验研究

运用三维CFD软件,建立了生物柴油和柴油自由喷雾的计算模型,计算了两种燃料自由喷雾的贯穿距离和液滴的索特平均直径,模拟了喷雾的发展历程;利用高速摄影装置,拍摄了两种燃料自由喷雾历程的照片.对两种燃料的喷雾特性进行了比较分析,对喷雾特性差异的成因进行了探讨.研究结果表明:模拟计算与高速摄影试验结果基本一致;生物柴油喷雾的贯穿距离和索特平均直径均较柴油的大,喷雾锥角较柴油的小;燃料的密度、粘度和挥发性的差别是导致喷雾特性差异的主要因素.     

强化混合条件下乙醇柴油和柴油的喷雾混合特性

通过可视化定容燃烧弹试验台,采用纹影法研究了强化混合条件对乙醇柴油(E 20)和柴油喷雾混合特性的影响,喷油压力为50~200,MPa,燃油温度为343~423,K.试验表明:随喷油压力提高,喷雾锥角略有减小,但喷雾贯穿距和喷雾体积显著增大,喷雾的油气混合速率大幅提高;随燃油温度增加,喷雾锥角、喷雾贯穿距和喷雾体积变化不大,喷雾混合速率变化不明显.尽管乙醇的挥发性高于柴油,但添加乙醇对柴油喷雾的贯穿距和喷雾锥角影响不大.E 20喷雾贯穿距略小于柴油,喷雾锥角比柴油的约大5%,卷吸的空气体积比柴油稍大,燃空当量比小于柴油,形成稀混合气所需的时间更短.降低氧体积分数将使燃空当量比增大.提高喷油压力和掺混乙醇是加快柴油喷雾稀混合气形成速率的可行方法.     

DPF主动再生柴油喷雾氧化的试验及模拟研究

综合可视化试验和数值模拟手段,研究分析了柴油机颗粒捕集器(DPF)主动再生时柴油氧化催化器(DOC)上游柴油喷雾特性及柴油在DOC内的氧化过程。利用高速摄影装置拍摄了柴油喷雾图像,分析了喷雾贯穿距和喷雾锥角,并利用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对喷雾粒径进行了测量。标定了DOC内的柴油氧化模型和喷雾模型,在此基础上对柴油喷雾及燃油在DOC内的氧化过程进行了模拟。试验结果表明:柴油喷射速率越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角越大;喷射速率对喷嘴出口处喷雾粒径分布有较大影响,沿喷雾轴线方向液滴的索特平均直径(SMD)随大粒径液滴数的变化而变化。模拟结果表明:柴油喷雾特性决定了排气管路和DOC入口处的碳氢(HC)分布;DOC出口处温度分布与DOC入口处HC分布具有密切的对应关系;碰壁及重力作用使得HC向排气管路底部集中,HC质量浓度接近2%;管路底部柴油过浓使得DOC出口截面底部的对应区域温度较低,低于450℃;增加排气管路长度可促进喷雾与气体的混合均匀性,缓解管路底部的柴油过度集中现象。     

非食用源生物柴油喷雾特性的试验研究

采用高速摄影在基于高背压、大可视化场的定容弹(CVB)中研究了不同掺混比生物柴油的喷雾特性,并与柴油进行了对比。试验发现,随掺混燃料中生物柴油比例的增加,喷雾贯穿距增大,喷雾锥角减小,喷雾前端面速度增大。在0.05~0.475S时段的喷雾锥角对喷雾变化起重要作用,其中0.475S一般对应最终稳定的喷雾锥角。不同掺混比的生物柴油,在喷射后0.8 ms时,喷雾贯穿距开始出现较为明显的区分。     

生物柴油喷雾特性试验研究

利用高速摄像装置和台架试验对生物柴油的喷雾特性进行了研究,分析了与生物柴油喷雾特性相关的参数,如喷油器针阀开启时刻、最高喷油压力、喷雾贯穿距离和喷雾锥角等.在与石化柴油对比研究后发现:在相同的试验条件下,生物柴油的喷雾贯穿距离和后期喷雾锥角均大于石化柴油,生物柴油的物性指标造成了喷雾特性上的差异.     

小桐子油及其生物柴油雾化特性实验研究

采用雾化喷吹实验,研究不同雾化压力条件对小桐子油及其生物柴油雾化特性的影响.首先对小桐子油及其生物柴油在不同温度下的运动黏度进行测定,并进行数据拟合.喷吹对比实验结果表明,随着雾化压力的升高,雾化贯穿距增大,雾化锥角变大.相同压力条件下,小桐子生物柴油的贯穿距和雾化锥角比小桐子油大,雾化效果好.小桐子油及其生物柴油雾化...     

生物柴油缸内喷雾特性的大涡模拟研究

采用数值计算,结合动网格和大涡模拟的方法,对柴油和生物柴油的缸内喷雾特性进行了研究。喷雾模型经过验证,与相关的实验研究结果较为符合,且大涡模拟能很好地捕捉喷雾场中随机的复杂三维涡团结构和空气卷吸现象。研究在不同喷油压力和喷孔直径下对比了柴油和生物柴油喷雾的贯穿距离和索特平均直径。结果表明,生物柴油喷雾具有更长的贯穿距离和更大的索特平均直径,显示了生物柴油相对较差的雾化和蒸发特性,而采用高压小孔喷油可以显著改善生物柴油雾化特性。     

生物柴油喷雾、着火和燃烧特性试验研究

在高温高压定容燃烧弹上,采用高速摄影法对不同掺混比例的生物柴油混合燃料进行研究,获取了喷雾、着火和燃烧火焰图像,分析了生物柴油这种含氧生物燃料对喷雾和燃烧过程的影响。研究结果表明:随着生物柴油掺混比例的增加,喷雾锥角减小;生物柴油的贯穿距离在喷雾初期比普通柴油长,但在喷雾中、后期基本一致;生物柴油与柴油相比,其滞燃期缩短,着火点数量增多;随着生物柴油在燃料中比例的增加,燃烧火焰的亮度和分布面积都随之下降。     

丙醇-生物柴油斯特林发动机喷雾特性试验研究

斯特林发动机的喷射压力和背压均低于柴油机,一般采用压力涡流和引射耦合的喷雾方式。为研究丙醇-生物柴油混合燃料的在斯特林发动机上的喷雾特性,本文建立了基于斯特林发动机的喷雾可视化试验系统,研究了喷射压差、丙醇含量及喷孔直径对丙醇-生物柴油混合燃料斯特林发动机的喷雾特性的影响。结果表明：与柴油相比,丙醇-生物柴油混合燃料对喷射压差的敏感性较小;在不同喷雾阶段,丙醇含量对喷雾的影响呈现不同规律,在喷雾趋于稳定后,P50BD50、P75BD25和纯生物柴油的喷雾贯穿距明显大于P25BD75和柴油;喷孔直径越大,喷雾锥角越大、喷雾贯穿距越小;引射作用对喷雾形态有质的影响,在可观测范围内,已无明显的雾束结构,引射是低压差下斯特林发动机实现良好雾化的关键。