喷孔形状对柴油喷雾燃烧及碳烟特性的影响

基于定压燃烧弹系统,通过纹影法和碳烟辐射光法的同步光学诊断技术,针对圆柱形和渐缩形两种形状的单孔喷油器,对比分析了两种喷孔在不同环境温度、喷射压力的工况下喷雾燃烧及碳烟生成特性.结果表明:两种喷孔形状在不同环境温度和喷射压力下,喷孔形状对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响较为微弱,由于圆柱形喷孔内部的空化作用,在喷嘴出口处湍流动能增加,致使圆柱形喷孔喷雾锥角较大,喷雾贯穿距较小;由于相对较低的喷油速率,圆柱形喷孔的火焰浮起长度略短;通过碳烟辐射强度分析可以看出,喷孔形状对碳烟的生成产生显著影响,圆柱形喷孔的碳烟初始位置距离喷嘴更远,其由于易产生空化效应,能改善燃油与空气混合,降低火焰中碳烟的生成.     

引燃策略对天然气直喷发动机射流燃烧及排放的影响

基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件CONVERGE研究了天然气直喷发动机的高压天然气射流混合、引燃燃烧及排放物生成等基础过程,详细分析了引燃方式和引燃距离对这些基础过程的影响。结果表明：高压直喷天然气射流能够明显促进引燃柴油喷雾发展与混合,但引燃柴油喷射对天然气射流发展影响不明显。高压直喷天然气射流火焰中心存在温度较低而天然气浓度较高的火焰内陷区,该内陷区是碳烟的主要生成区域,碳烟高浓度区位于火焰内陷区中后部。与引燃方式相比,引燃距离对火焰浮起长度、火焰内陷长度及NO_x和碳烟排放有更明显影响。随引燃距离增加,火焰浮起长度和NO_x排放增加,火焰内陷长度和碳烟排放减小。柴油喷入天然气中引燃在3种引燃方式中具有最高的放热率峰值和最短的燃烧持续期,其NO_x和碳烟排放最低,但甲烷逃逸量最高。     

基于消光法的加氢催化生物柴油的碳烟测试

在定容燃烧弹内,基于二维消光法对纯柴油和加氢催化生物柴油与柴油的混合燃料在不同环境氧浓度和喷油压力下,对碳烟的二维分布、碳烟的初始生成时刻和碳烟浮起长度进行研究.结果表明:加氢催化生物柴油由于具有高的十六烷值可以改善着火性,缩短滞燃期,混合燃料的碳烟浮起长度较纯柴油短;喷射压力越高,碳烟初始出现时刻越早,碳烟浮起长度增大;随着氧浓度增大,碳烟初始生成时刻提前,碳烟浮起长度缩短.     

柴油燃烧火焰中碳烟生成的特性试验

基于装配单孔喷嘴孔径为0.18,mm的定容燃烧弹系统,采用脉冲LED二维消光法,以国Ⅴ的0号柴油为研究对象,对其在给定工况下喷雾燃烧火焰中形成的碳烟进行了定量测试,同时采用增强器电荷耦合相机同步测量了火焰浮起长度.试验过程中,保持定容燃烧弹内气体密度恒为20,kg/m3,研究了不同喷油压力、氧体积分数和环境温度对碳烟分布、初始形成时刻的影响,结果表明:采用的二维消光法对国Ⅴ柴油有较好的适用性;国Ⅴ柴油喷雾燃烧中碳烟的KL值、生成的初始时刻随着喷油压力升高而降低,随着氧体积分数升高而升高,随着环境温度的升高而升高.     

加氢催化生物柴油喷雾燃烧及碳烟的试验

针对一种新型的大分子烷烃、不含氧的加氢催化生物柴油,基于先进的光学测试平台,在定容燃烧弹上、3种不同温度下开展了燃烧条件下该生物柴油的喷雾特性、燃烧特性以及碳烟生成特性的可视化研究.试验结果表明:随着加氢催化生物柴油掺混比例的增加,喷雾液相长度、着火延迟期和火焰浮起长度均呈现减小的趋势.对比50%,柴油和50%,加氢催化生物柴油的混合燃油(HB50)与柴油的碳烟生成特性发现,HB50碳烟的初始位置和初始时刻相对提前,并且在可视化区域内,碳烟的生成区域减小,碳烟的生成质量却增大.     

柴油掺混PODE_n的燃烧和碳烟生成可视化

聚甲氧基二甲醚(PODE_n)是一种柴油添加剂,近年来煤化工制备PODE_n的工艺获得突破,使得PODE_n具备了大规模应用的条件.由于高氧质量分数和高十六烷值的特点,PODE_n可显著降低柴油机碳烟排放.在高温、高压定容燃烧弹上利用OH化学发光摄影、激光消光法(LEM)标定的激光诱导炽光法(LII)等可视化方法测量了柴油和PODE_n/柴油混合燃料(PODE_n体积分数为10%、20%和30%,,记作P10、P20和P30)的火焰浮起长度和碳烟体积分数(SVF)二维分布.结果表明:随PODE_n比例提高,火焰中碳烟体积分数明显下降,P10、P20和P30的碳烟体积分数最大值相对柴油分别下降32.0%,、53.7%,和71.3%,,平均值分别下降28.9%,、48.8%,和67.6%,,说明添加较低比例PODE_n可使柴油燃烧的碳烟生成趋势明显降低.不同燃料的火焰浮起长度差别不大,说明较低比例的PODE_n不会对油束的着火性造成显著影响.随PODE_n比例提高,碳烟初始生成位置到喷嘴距离增加,碳烟的初始生成点和体积分数峰值区均由火焰两侧向中心转移.     

基于激光诊断的生物柴油碳烟生成特性研究

制作了1个以液体为燃料可以产生层流扩散火焰的燃烧器,应用双色激光诱导炽光法(LII)技术来测量火焰中的绝对碳烟体积分数.基于在2个波长上获取的火焰中某1点的LII信号,获得被激光加热的碳烟粒子温度,同时得到此点的碳烟浓度,通过映射得到火焰的二维碳烟浓度分布.采用激光诱导荧光法可获得碳烟前驱物多环芳香烃在火焰中的二维分布,将激光诱导荧光和激光诱导炽光相结合,在柴油和生物柴油混合燃料的层流扩散火焰上进行测试.研究结果表明,随着生物柴油掺混比例的增加,碳烟和多环芳香烃的最大浓度都随之降低,浓区分布面积也进一步缩小.     

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.     

正庚烷喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量

激光诱导炽光法(LII)是研究火焰中碳烟体积分数和粒径的重要光学测试方法,但要实现碳烟体积分数的定量测量尚有很大难度.建立了用激光消光法(LEM)进行定量标定的LII测试系统,在定容燃烧弹中实现了喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量.结果表明,将LII和LEM的测试结果相关联,可以用来判定每一次LII测试是否受到了信号俘获现象的影响,通过合理去除无效点,可以有效地降低信号俘获现象对标定结果的影响.应用该测试系统研究了正庚烷喷雾扩散火焰的碳烟生成特性,当初始环境温度从800,K升高至823,K时,正庚烷喷雾扩散火焰中的峰值碳烟体积分数升高,并且碳烟初始生成位置更靠近喷嘴.     

甲醇/正辛醇/HCB混合燃料喷雾燃烧特性

基于定容燃烧弹系统,通过纹影法、OH*化学荧光法与背景光消光法及自然辐射光法两套同步光学诊断技术,针对3种不同甲醇添加比例的甲醇/正辛醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油,对比分析了不同环境温度、喷射压力下喷雾燃烧特性．结果表明：3种燃油由于反应活性和含氧量的不同,在相同工况下着火延迟期和火焰浮起长度随甲醇比例的增大而增加,使得着火后的喷雾贯穿速度降低．通过对着火延迟期和火焰浮起长度经验公式的拟合,发现混合燃油的着火延迟期、火焰浮起长度与化学当量比的燃油混合分数呈正相关,而火焰浮起长度与燃油的十六烷值呈负相关．所有燃油的火焰浮起长度均小于液相长度,整个燃烧过程中均处于火包油状态,这使得燃烧促进了液相燃油的蒸发,导致着火后液相长度更短．纯生物柴油由于较短的火焰浮起长度和较高的反应活性,其燃烧导致的液相蒸发最为明显．