苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性及影响因素的试验

为了探明苄基叠氮复合柴油实现快速燃烧的根本原因,在挂滴试验装置上研究了不同配比的苄基叠氮复合柴油液滴的蒸发特性,利用高速摄像技术观察了初始直径为1.42,mm的液滴蒸发过程中的形态变化,并对比分析了环境温度对液滴蒸发特性的影响.结果表明,与柴油相比,苄基叠氮复合柴油液滴蒸发历程发生根本变化,随着浓度的增加,液滴生存时间明显缩短,而且观察到了喷气、微爆等现象,这一强烈的反应是苄基叠氮化合物液相分解高速释放出的氮气所引起的.另外,环境温度升高,液滴微爆强度增加,提高了液滴蒸发速率.     

高温高压环境下燃油液滴蒸发的特性试验

为了探究环境属性与燃油属性对单组分液滴蒸发特性的影响,建立了高温高压单液滴蒸发试验装置,系统研究了正庚烷、正十二烷和正十六烷单液滴在高温高压下的蒸发特性.结果表明:当环境温度超过燃油的临界温度且环境压力接近燃油的临界压力时,液滴周围就会出现"可见蒸气",且随着压力的升高,"可见蒸气"的量逐渐增多.此外,随着环境温度的升高,环境压力的升高对3种燃油液滴蒸发速率的影响由抑制转变为促进,在某一温度下,环境压力的变化对燃油液滴的蒸发速率影响很小,该环境温度接近燃油的临界温度.在当前研究的压力范围内,正庚烷、正十二烷和正十六烷燃油液滴蒸发速率的变化率均随环境温度的升高而增加,且环境压力越高,蒸发速率随环境温度的增加幅度越大.     

六组分替代柴油的单液滴蒸发特性模拟

为有效模拟实际柴油液滴的蒸发过程,以六种组分(甲苯、正癸烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷和正十八烷)作为柴油的替代,构建了考虑辐射效应的多组分液滴蒸发的有效扩散模型,并与柴油液滴蒸发试验进行对比.结果表明:与单组分替代物相比,该六组分替代柴油的单液滴蒸发模型更能表征柴油在高温下的蒸发状态,且该六组分液滴初期蒸发较快、升温较慢,但总体生存时间增长,蒸发终了温度升高.液滴各组分表面质量分数快速减小(或增加),但中心质量分数只在蒸发后期稍有变化.     

苄基叠氮对复合柴油液滴燃烧特性的影响

为了探明苄基叠氮复合柴油实现快速燃烧的根本原因,利用飞滴试验装置研究了不同配比的苄基叠氮复合柴油液滴的燃烧特性,并对比分析了环境氧体积分数对30%苄基叠氮复合柴油液滴燃烧特性的影响.结果表明:苄基叠氮化合物液滴在中后期出现了明显的变形和破碎,表明液相化学反应使液滴发生了微爆.微爆的发生显著提高了液滴的燃烧速率.随着苄基叠氮配比的增加,苄基叠氮复合柴油液滴燃烧速率提高,滞燃期缩短,液滴燃烧时间增加.而且液滴燃烧火焰形态由"尾部型"逐渐向"全包型"过渡,表明有更多碳烟生成.随着环境氧体积分数的提高,液滴滞燃期缩短,液滴燃烧时间大幅度增长,燃烧更加完全.     

高温高压下机油液滴蒸发特性的数值模拟

建立了高温高压环境下双组分单液滴的一维非稳态蒸发模型.该模型可描述气/液两相质量及能量平衡、液相传热传质和相变过程.使用所建立的液滴蒸发模型,以正二十四烷(C_(24)H_(50))和正三十烷(C_(30)H_(62))作为机油的表征组分,分析了双组分机油液滴蒸发过程中液滴温度和组分摩尔分数分布的变化趋势,并对比了相同环境条件下机油与异辛烷液滴的不同蒸发特性.在此基础上,研究了环境压力、环境温度和液滴初始半径对机油液滴寿命、液滴蒸发百分数、液滴温度和组分摩尔分数等的影响.结果表明:在高温高压环境下,机油液滴能够留存较长时间,形成缸内高温早燃源的可能性较大.     

基于分子动力学的燃油液滴超临界蒸发特性

基于分子动力学模拟的方法,对氮气环境中单个烷烃液滴的蒸发过程进行了模拟研究,揭示了液滴在亚临界和超临界条件下液滴蒸发特性的显著差异．对正十二烷液滴在氮气环境内的蒸发过程进行分子动力学模拟,结果表明：在超临界温度和压力条件下,液滴的温度持续上升,能够超过燃油组分的临界温度;此时,液滴与周围气相区的密度差异近乎消失,气-液相交界变得难以辨别,明显不同于亚临界条件下典型的气-液两相蒸发特征;蒸发速率随环境温度的升高而增大．在较低的压力范围内,升高环境压力能够提升液滴蒸发速率,但当压力达到一个特定值后,随着环境压力的升高蒸发速率反而会降低,同时液滴转变为超临界蒸发状态所需的最小压力随环境温度的升高而降低．对于双组分混合液滴,在亚临界环境条件下,液滴内的轻质组分优先蒸发;而在超临界环境条件下,液滴内各个组分近乎保持同步蒸发,两个燃油组分共同主导液滴的完整蒸发过程．     

柴油-生物柴油混合喷雾过程的多组分蒸发模拟

针对多组分混合燃料的喷雾过程研究了相应的液滴蒸发模型,着重于研究混合燃料的组分对其液滴蒸发特性的影响.对柴油-生物柴油混合燃料的液滴蒸发模拟,依据燃料本身的特点,分别采用连续热力学方法和离散组分法描述其中柴油和生物柴油的组成.利用所得模型,对单组分燃料、双组分燃料以及生物柴油的液滴进行了蒸发模拟,通过将液滴蒸发历史曲线与试验结果对比,发现对于这些燃料液滴的蒸发模拟结果与相应试验数据很好地吻合,证实了此混合燃料液滴蒸发模型的正确性.此外,还着重对柴油-生物柴油的混合燃料的液滴进行了蒸发模拟研究,探讨混合燃料成分对其液滴蒸发特性的影响.结果表明:轻质柴油组分在蒸发过程中优先蒸发,而相对重质的柴油组分的蒸发则相对滞后,生物柴油在混合燃料中的质量分数则在液滴蒸发过程中不断增加,随着重质组分在柴油中所占比例达到一定程度之后,生物柴油的质量分数则开始迅速减小.     

麻疯树油液滴微爆和蒸发特性试验

利用悬挂式液滴蒸发试验装置,结合高速背光成像技术,研究了麻疯树油液滴在高温环境(673、773、873、973和1 073 K)下的微爆和蒸发特性,并对麻疯树油中的3种主要组分液滴的蒸发特性进行了分析．结果表明：麻疯树油液滴的微爆是由于内部组分的热解导致的,并且随环境温度的升高,其微爆强度增大．麻疯树油液滴在环境温度为673 K时,液滴稳定蒸发,蒸发过程包括初始膨胀阶段、平衡蒸发阶段和残留物蒸发阶段;在环境温度为773～1 073 K时,液滴发生微爆,包含初始膨胀阶段、平衡蒸发阶段、微爆蒸发阶段和残留物蒸发阶段;当环境温度高于873 K时,首次观测到“蒸气羽流”和“蒸气云”现象,液滴蒸发速率大幅提高．     

超临界环境条件对碳氢燃料液滴蒸发特性的影响

利用开发的计算模型对壬烷液滴在氮气中的蒸发过程进行了数值计算,研究了超临界环境条件下环境压力、环境温度以及液滴初始温度对液滴蒸发特性的影响.结果表明:环境压力越高,在蒸发过程中液滴表面温度的升温速度越快;并在蒸发初期液滴直径的增大越显著,同时液滴表面发生迁移的时刻越早.环境温度越高液滴的蒸发寿命越短,液滴表面发生迁移的时刻越早,并且在蒸发初期液滴直径的增大越不明显.随着液滴初始温度的升高液滴的蒸发寿命和迁移时刻几乎均呈线性趋势逐渐减小,液滴初始温度的高低只会使液滴的蒸发过程整体上提前或延后.     

柴油、正丁醇及其混合燃料单液滴蒸发特性的试验

为了探明添加正丁醇对柴油蒸发特性的影响,采用石英丝挂滴技术研究了不同温度下正丁醇、柴油及其混合燃料的蒸发特性,并利用高速摄像技术记录了液滴蒸发过程中直径和形态的变化.研究表明:与柴油两阶段蒸发特性相比,正丁醇瞬态加热阶段较短,正丁醇比柴油蒸发快,且提高环境温度可以降低正丁醇与柴油蒸发特性的差异性.正丁醇/柴油混合燃料比柴油蒸发快,正丁醇添加主要影响柴油蒸发过程的前阶段.高温下,与柴油相比,正丁醇/柴油混合燃料的蒸发特性发生根本变化,其蒸发过程呈现三阶段蒸发特性,液滴出现气泡生成、膨胀和喷气现象,液滴直径波动剧烈,这是由于正丁醇/柴油混合燃料沸点差异性导致的.     

正丁醇水溶液液滴的蒸发特性实验研究

自湿润流体是一种具有特殊的表面张力特性的二元流体,了解其蒸发传热特性对于揭示其强化传热机理十分重要。为了探究添加自湿润流体液滴的蒸发特性,采用液滴形状分析仪(DSA100)研究了不同温度(30、40、50、60℃)下铜底板上去离子水、正丁醇水溶液(质量分数为0.5%)液滴的蒸发特性。结果表明:加入少量正丁醇溶液并不影响去离子水液滴的蒸发模式,但在去离子水中加入正丁醇溶液增大了初始液滴的接触半径、减小了初始接触角度,在底板温度较低时增快了液滴蒸发平均速率,加剧了液滴蒸发过程中Marangoni流动的强度,可以达到强化换热的效果;随着底板温度的不断增加,正丁醇水溶液液滴的平衡接触角以及蒸发速率均与温度成正相关,符合液滴的基本蒸发模式。     

柴油-麻疯树生物柴油单液滴蒸发特性试验

为探明柴油-麻疯树生物柴油混合燃料的蒸发过程与机理,达到生物柴油多是与柴油混合用于柴油机缸内稳定燃烧的目的,通过碱性酯交换方法制备生物柴油,并采用热电偶挂滴技术,研究不同掺混比例麻疯树油在环境温度623 K和873 K下的蒸发特性。结果表明:低温下,柴油的液滴寿命为3. 663 s/mm~2,随着麻疯树生物柴油的掺混比例的增大,液滴有较长的蒸发寿命,JME100(纯麻疯树生物柴油)的液滴寿命约为JME10(柴油中混10%的麻疯树生物柴油)液滴寿命的2. 3倍;高温下,寿命最短的柴油液滴和寿命最长JME100液滴的寿命分别为1. 818 s/mm~2和JME100的3. 61 s/mm~2,相比于623 K环境温度明显缩短;同样,混合液滴平均蒸发率k会随着温度的提高而显著增大。     

煤液化油的蒸发与着火特性

采用挂滴方法实验研究了高温氧化环境下的单液滴煤液化油的蒸发和着火特性,并与煤油、柴油进行了对比.采用热电偶测量液滴和液滴附近的气相温度随时间的变化历程,从而得到液滴的蒸发时间和着火时间,环境温度分别为700,℃、770,℃和820,℃,选择了4种液滴直径:1.1,mm、1.24,mm、1.42,mm和1.56,mm.实验结果表明,随着环境温度的升高,蒸发时间和着火延迟时间缩短,直径的增加会导致蒸发时间和着火延迟时间变长,与煤油和柴油的对比实验表明,煤液化油的蒸发特性介于煤油和柴油之间.煤液化油的着火延迟时间比柴油的着火延迟时间短.     

二甲醚/液化石油气双燃料液滴蒸发特性的数值研究

以单一组分液滴在静止环境中的蒸发模型为基础,建立多组分液滴蒸发的折算数学模型,并以二甲醚(DME)/液化石油气(LPG)双燃料液滴作为研究对象,对其亚临界蒸发过程进行了详细的模拟研究。获得了各组分在不同环境温度和环境压力下液滴蒸发的湿球温度,以及组分摩尔分数变化时双组分液滴湿球温度的变化情况。考察了液滴中组分的初始摩尔分数、液滴初始温度、环境温度和压力及混合规则对蒸发过程的影响,结果表明:相同环境条件下,混合物的湿球温度随DME摩尔分数的增大而升高;液滴初始质量相同时,DME初始摩尔分数越大,蒸发的时间越长;初始质量及组分初始浓度一样的多组分液滴,初始温度越接近湿球温度,蒸发时间越短;环境压力越高,液滴湿球温度越高,气体混合物扩散系数越小,液滴生存期内加热期所占的比例明显增加,蒸发时间较长;使用混合规则二,蒸发时间较长。     

环境温度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力,并同时降低碳烟和NOx排放.利用定容燃烧弹台架,对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性,并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:相比于纯柴油,掺水乳化柴油能明显降低燃烧过程中碳烟的生成量;掺水乳化柴油中水的蒸发和微爆作用随环境温度的升高逐渐增强,能有效促进喷雾雾化和油、气混合过程;随着环境温度的升高,掺水乳化柴油的滞燃期及火焰升举长度均减小,燃烧火焰亮度增大.高环境温度工况下,碳烟前期生成速率和后期氧化速率均增大,使得不同环境温度工况下掺水乳化柴油最终碳烟的排放量相差较小.     

脱硫废水在烟道中蒸发运动特性的数值研究

为了研究锅炉尾部烟道中脱硫废水的蒸发运动特性,建立了雾化液滴在烟气中蒸发和扩散的数学模型,利用数值模拟方法研究了脱硫废水雾化液滴在烟气中的蒸发过程,得到了蒸发过程中液滴平均粒径和蒸发距离等参数的变化规律,并比较了烟气和液滴性质对蒸发过程的影响.结果 表明:液滴完全蒸发时间随烟气温度升高、流速增大、水蒸气质量分数降低、液滴初始粒径减小、液滴初速增大、初温升高、喷射角度增大、喷水质量流量减少而减少;液滴完全蒸发距离随烟气流速的增大先缩短后增加,当烟气流速为10 m/s时,液滴完全蒸发距离最短,其他因素主要通过影响液滴蒸发时间来影响蒸发距离,液滴蒸发距离与蒸发时间呈正相关.     

醇酯类燃料液滴蒸发特性的影响研究

文章设计了液滴蒸发试验装置,选用硝酸酯作为十六烷值改进剂,在高温管式炉上通过挂滴法观察了单个硝酸酯-甲醇溶液液滴的蒸发过程。采用高速摄像机和图像处理技术,研究了硝酸酯掺混比和环境温度对硝酸酯-甲醇溶液液滴蒸发特性的影响规律。研究结果表明:在液滴蒸发过程中,液滴的蒸发基本符合D2定律;当硝酸酯的掺混比为10%,温度从100℃增大到500℃时,蒸发常数K逐渐增加,(D/D0)2的平均值从0.482 5mm~2/mm~2增大到0.578 2 mm~2/mm~2;当温度为100℃和400℃时,纯甲醇液滴的蒸发速率最快,15%硝酸酯-甲醇混合溶液液滴的蒸发速率最慢;当温度为400℃时,硝酸酯的掺混比对4种溶液液滴的蒸发特性影响较小。     

石墨烯-铜纳米流体液滴蒸发特性的实验研究

文中针对纯石墨烯、纯铜纳米流体液滴以及石墨烯-铜混合纳米流体液滴在铜基底表面的蒸发特性开展了实验研究,分析了纳米粒子质量分数、石墨烯与铜配比对液滴蒸发过程中接触角和接触直径动态演化以及蒸干后粒子沉积形貌的影响。结果表明:纯石墨烯纳米流体液滴的初始平衡接触角大于纯铜纳米流体液滴、蒸发过程平均接触角小于纯铜纳米流体液滴;纯石墨烯纳米流体液滴蒸干后粒子密集地堆积在中心和边缘位置、边缘形成沉积环、中心形成粒子均布图案,纯铜纳米流体液滴蒸干后形成明显的咖啡环。在混合纳米流体液滴中,随着石墨烯含量的增加,初始平衡接触角增大、蒸发过程平均接触角减小、液滴蒸发速率增大、液滴蒸干后铜基底表面中心区域粒子密度增大。     

定容弹中船机相似工况下燃油雾化特性的数值研究

确定了柴油喷雾参数,确保该参数下模拟贯穿距与试验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,研究了不同喷油角度时涡流对喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响,以及不同燃油温度和环境温度在涡流作用下对柴油喷雾贯穿距、蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响;最终得出优化喷雾特性的策略。结果表明:涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用可以抑制喷雾轴向贯穿距发展;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿。涡流能够增强液滴与环境气体的相互作用,增加燃油蒸发质量,降低液滴平均直径。在涡流作用下不同燃油温度和环境温度对燃油贯穿距影响不大,提高两者可以使蒸发质量增加,两者对液滴平均直径的作用不同:燃油温度提高,喷油过程中SMD的峰值增加,最终SMD变化不大;环境温度提高,SMD的峰值和最终值都下降。当400K燃油以涡流切向喷射到温度为900K的环境气体中时,能够实现最优的雾化特性。     

二甲醚/液化石油气液滴超临界蒸发特性的数值模拟

引入相平衡理论建立了DME-LPG-N2三元气、液高压相平衡,获得了液滴表面各组分的物质的量分数.建立了混合液滴超临界蒸发的计算模型,计算了二甲醚(DME)/液化石油气(LPG)双燃料液滴的蒸发过程,考察了液滴的初始直径、初始组分、环境温度和环境压力对蒸发过程的影响.结果表明:环境压力、温度越大,环境介质(N2)在液滴中的溶解越明显;液滴初始直径越小,蒸发寿命越短;液滴中DME越多,亚临界蒸发过程中的液滴蒸发寿命越长,而超临界蒸发过程中液滴蒸发寿命越短;环境温度越高,液滴蒸发寿命越短;在研究的温度范围内,环境压力越高,在亚临界条件下液滴蒸发寿命越短,而在超临界条件下液滴蒸发寿命越长.