松油掺混燃料的喷雾及燃烧排放特性试验

为探究松油作为柴油机替代燃料的可行性,在定容弹中结合高速摄影技术对松油掺混比例为20%,、40%,和50%,的柴油/松油混合燃料在不同喷射压力及背压下的宏观喷雾特性进行可视化研究;同时基于一台4缸涡轮增压柴油机,研究掺混燃料在不同负荷下的燃烧和排放特性.结果表明:随喷射压力及背压的改变,4种燃料喷雾特性的变化规律一致;相同条件下松油掺混燃料的喷雾锥角、贯穿距及油束面积均比柴油大,且松油掺混比越大,雾化效果越好.在试验负荷范围内,松油掺混燃料的有效燃油消耗率、最大压力升高率比柴油略大;在全负荷工况下50%,掺混燃料的转矩较柴油仅降低2%,表明松油可提供与柴油相当的动力输出.掺混燃料在低负荷时的NO_x、CO和THC排放均高于柴油,中、高负荷时掺混燃料的CO及THC排放低于柴油,NO_x排放与柴油差别不大;通过增加松油掺混比例可以大幅降低碳烟的排放.     

掺混乙醇和水对柴油喷雾燃烧特性的影响

采用预燃式定容燃烧弹系统,可视化研究了掺混乙醇和水对柴油冷态喷雾、蒸发喷雾及燃烧等特征的影响规律.结果表明:掺混乙醇和水会使混合燃油黏度增大,从而使乙醇柴油和掺水乳化柴油冷态喷雾的扩展能力明显低于纯柴油;乙醇和水在高温下的微爆或汽化,不仅能增强混合柴油喷雾的扩展能力,同时也可以促进液滴的分裂,强化油、气的混合;在喷雾燃烧中,3种燃油的滞燃期为纯柴油乙醇柴油掺水乳化柴油,这表明乙醇和水的掺入均会抑制柴油的着火,延长滞燃期;乙醇的加入能提高柴油的燃烧效率和燃烧温度并使碳烟的氧化速率增大;水分的加入则可降低燃烧温度和碳烟的生成,加上水煤气反应能促进碳烟的消亡,从而使乙醇柴油和掺水乳化柴油的碳烟排放均比纯柴油小;在上游低温区,掺水乳化柴油的燃烧速度最小,纯柴油最大,在下游高温区则相反,掺水乳化柴油的燃烧速度最大,纯柴油最小,这表明随着环境温度的增高,水分微爆和蒸发对喷雾和燃烧的促进作用越来越显著.     

脂肪酸甲酯-乙醇混合燃料喷雾特性试验和数值模拟

对脂肪酸甲酯-乙醇(FAME/E)混合燃料在不同喷油压力和背压条件下的喷雾特性进行了试验,对不同燃油温度和环境温度条件下的喷雾特性进行了模拟.研究表明:FAME/E的喷雾贯穿距随着喷油压力的升高而增大,而且试验得到的两种喷油压力下相同时刻的贯穿距平均相差16.98%,最大相差39.70%.数值模拟表明:在所模拟的时间段(0~1.2,ms)内,当燃油温度分别为300、330和360,K,FAME/E喷雾贯穿距离呈现逐渐减小的趋势,升高油温最大可使贯穿距减小2.95%;不同环境温度对喷雾贯穿距离的影响较大.通过研究末段基本稳定段(0.6,ms以后)的SMD,当油温从300,K升高到360,K,同一时刻下FAME/E的SMD的均值从15.14,μm减少到10.09,μm;当环境温度从300,K升高到500,K,同一时刻下FAME/E的SMD的均值从15.14,μm增加到22.74,μm.     

棕榈油生物柴油掺混燃料宏观与微观喷雾特性

在定容弹内,利用高速摄影法和相位多普勒粒子测试技术(PDPA)对比研究了棕榈油生物柴油(PME)、柴油以及PME体积分数为30%,的掺混燃料的喷雾特性,探究了喷射压力、背压和燃料物性对喷雾的宏观和微观特性的影响.结果表明:随着喷射压力提高,DV90显著降低,而DV10和DV50略有下降,说明喷射压力的提高促进了油滴的破碎;随着背压升高,DV10和DV50大幅上升,而DV90略有升高,表明背压的提高促进了油滴的聚合;在研究的工况范围内,油滴粒径分布与Rosin-Rammler函数吻合良好;随着喷射压力和背压的提高,粒径分布的离散程度逐渐降低;相比于柴油,PME的索特平均粒径(SMD)较大,DV10、DV50和DV90较大,粒径分布的离散程度较高.     

乙醇/柴油混合燃料喷雾粒度分布特性研究

采用激光粒度分析仪对乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布进行了试验研究,并就不同喷油压力、喷孔直径对乙醇、柴油及乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布的影响进行了对比研究。试验结果表明:各种燃料喷雾索特平均直径(SMD)的空间分布沿喷雾轴线均呈逐渐减小的趋势,其中柴油喷雾的SMD在20～40μm范围内变化,乙醇喷雾较柴油喷雾具有更小的SMD,且其空间分布较为均匀;随着乙醇含量的增加,乙醇/柴油混合燃料喷雾的SMD不断减小,其SMD大小和空间分布均匀性介于柴油喷雾和乙醇喷雾之间。     

乙醇、柴油及其混合燃料的喷雾特性

为了研究乙醇、柴油及其混合燃料的喷雾特性，采用试验和计算的方法获得了乙醇．柴油混合燃料的物性，并将其用于Wave—KH破碎子模型来模拟混合燃料的喷雾过程．模拟结果能够较好地与纹影摄像结果相吻合．研究表明，乙醇及乙醇-柴油混合燃料的喷雾贯穿距小于柴油，喷雾锥角略大于柴油，喷雾形态的分布范围较大，与空气混合更好．     

柴油含水乙醇乳化燃料物性及喷雾燃烧特性研究

试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。     

柴油丙烷混合燃料的喷雾特性的试验研究

利用高速摄像和纹影成像系统研究了柴油溶解丙烷混合燃料喷雾特性。研究了不同比例柴油/丙烷混合燃料的喷雾发展过程,归纳出柴油溶解不同比例丙烷在不同环境背压下喷雾的喷射距离、破碎长度、喷雾锥角随时间的发展规律。研究结果表明:柴油溶解不同比例丙烷混合燃料与纯柴油的喷雾特性在形态上存在较明显的差别,但是在喷射距离、破碎长度和喷雾锥角与时间及背压的关系上规律相同,即喷射距离与时间呈指数关系,破碎长度与时间呈负指数关系。喷雾锥角随背压及柴油中溶解的丙烷含量的增加而增大。     

小型柴油发电机燃用乙醇掺混燃料负荷特性模拟分析

文章在一台以F186柴油机为动力的发电机上对乙醇掺混燃料进行试验,利用试验数据建立并验证三维燃烧模型的可靠性,该模型考虑了喷油器各喷孔的喷射位置与喷射角度,并针对10个负荷工况进行模拟。模拟结果表明:随着负荷的增大,最高燃烧压力逐渐增大,燃烧后期的气缸压力也随之增大,但在压缩阶段,随着负荷的增大,气缸压力略有减小;初始着火区域为初期喷雾外围靠近喷孔下侧的区域,负荷越大,燃烧始点越早;当负荷较小时,随着负荷的增大,最高燃烧压力对应的相位明显提前,而后随着负荷的进一步增大,最高燃烧压力对应的相位基本不变;负荷不同时,在空间区域上NO浓度分布的梯度变化基本相当,活塞顶面上方区域的NO浓度较高,喷孔喷射角度会对NO的分布产生影响。     

汽油/柴油掺混燃油两段喷射喷雾特性试验研究

基于定容燃烧弹与超高速数码相机搭建的LED-Mie散射喷雾试验台,研究了不同参数对柴油、汽油质量占比20%的柴汽混合油(记为G20)单段与两段喷射主喷液相喷雾特性的影响。结果表明,单段喷射喷雾贯穿距与喷雾锥角随喷射压力的增大而增大,G20喷雾贯穿距略小于柴油喷雾贯穿距,G20喷雾锥角略大于柴油喷雾锥角。将环境温度由300K升高到850K,喷雾贯穿距变小且喷雾很快达到稳定。冷态环境下(300K),两段喷射主喷喷雾贯穿距起始阶段与单段喷射喷雾贯穿距基本一致,但随着喷雾发展200μs左右后,两段喷射主喷喷雾贯穿距变得略小于单段喷射喷雾贯穿距。两段喷射主喷喷雾锥角略大于单段喷射喷雾锥角,预主喷间隔时间对喷雾锥角影响较小。     

旋流角度对燃料掺混特性影响研究

为了研究工业燃气轮机燃烧室旋流器旋流角度对燃料/空气混合均匀度以及NOx排放的影响,针对某型燃烧室的中心分级双级轴向旋流器,应用Fluent软件,选择Realizable k-ε和Species Transport模型,在燃气轮机的设计工况下对不同旋流角度回流区形态、甲烷的体积分数分布、温度场和污染物的排放进行了数值模拟。研究表明：随着内旋流角度从30°增加到50°,燃烧室内流场形成的回流区尺寸有减小的趋势,燃料的分布趋于均匀,主燃区最高温度从2 304 K降低到2 180 K, NOx排放呈先增大后减少的趋势,旋流角度为50°时NOx排放质量浓度为501.045 mg/m3。     

过冷/闪沸/超临界燃料喷雾特性的试验研究

利用高速Mie散射成像技术和紫外吸收/可见光散射技术对过冷/闪沸/超临界喷雾的宏观特性（气相和液相的贯穿距离、投影面积）及浓度场进行了试验测量,探讨了超临界喷雾的雾化过程及伪沸线对雾化所起的作用。结果表明：超临界喷雾的雾化过程可由伪沸线划分为类液相喷射和类气相喷射;超临界喷雾液相贯穿距离和投影面积远小于过冷喷雾和闪沸喷雾;气相贯穿距离发展速度远快于过冷喷雾和闪沸喷雾,同一喷油压力下,气相投影面积随时间呈对数函数关系,并且与喷油温度几乎无关;喷射压力在5 MPa～20 MPa范围内,采用超临界喷射策略比提高喷油压力更有利于加快蒸发和提高雾化效果;超临界喷雾浓度分布更均匀。     

乙醇与柴油混合燃料燃烧特性及排放特性的试验研究

在一台YC4112ZLQ增压柴油机上进行了不加任何助溶剂和着火改进剂的情况下,无水乙醇与柴油混合对柴油机燃烧过程影响的研究。试验结果表明,随着混合燃料中乙醇比例的提高,滞燃期延长,放热峰值增大,缸内最大爆发压力和最大压力升高率升高。与柴油相比,E10和E20有效热效率与原机相当,E30在高速大负荷工况热效率降低,NOx和碳烟排放明显降低;但HC和CO排放随着混合燃料中乙醇比例的增大,发动机转速为1500 r／min时,HC排放和CO排放均降低,发动机转速为2300 r／min时,HC排放和CO排放均有所升高。     

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.     

F-T柴油掺混乙醇/正丁醇的排放试验研究

为了研究F-T柴油与乙醇/正丁醇形成的混合燃料的排放特性。文章根据混合燃料中氧质量分数相同的原则,配制了4种不同体积比的混合燃料,并按照八工况法进行试验。试验结果表明:与F-T柴油相比,燃用添加了乙醇/正丁醇的混合燃料能有效降低尾气烟度和NO_x的排放量,且尾气烟度与NO_x排放量的trade-off关系得到改善,但是,HC的排放量略有增加;中低负荷时,混合燃料的CO排放量均高于F-T柴油,高负荷时,混合燃料的CO排放量均低于F-T柴油;对比掺混不同醇类的混合燃料,乙醇/F-T柴油混合燃料降低NO_x和碳烟排放量的效果更明显。     

木质成型燃料掺混其半焦的混燃特性研究

以木质成型燃料及其半焦为研究对象,通过热重分析对不同掺混比例下木质成型燃料和半焦的混燃特性展开研究,建立了相应的失重模型。实验结果表明,随着半焦掺混比例的增大,5种试样的TG曲线逐渐向低温区移动,DTG曲线上的第一个反应峰逐渐减小,最后消失,第二个反应峰所对应的温度区间逐渐增大;着火温度和燃尽温度随着掺混比例的增大而升高,燃尽温度所对应的残重量变化不大,综合燃烧特性指数随着掺混比例的增大而减小;当掺混比例小于50%时,掺混比例对混合燃料的燃烧状况不会产生明显影响,掺混比例增大,影响较为明显。提出的失重速率模型和实验值吻合较好。     

乙醇燃料HCCI发动机燃烧特性研究

应用调整进排气门相位控制缸内残余废气率策略,在Ricardo Hydra四冲程进气道喷射单缸试验机上实现了无水乙醇燃料的均质压燃,获得了运行工况范围,并分析研究了空燃比、转速和气门相位对乙醇燃料均质压燃的燃烧特性。结果表明:乙醇燃料的均质压燃的可运行范围仍然受到爆震、换气过程及失火的限制,但在高速及稀燃区域得到拓展;其着火时刻及燃烧持续期依赖于气门定时、空燃比及转速。     

醇类燃料高压旋流喷雾特性的试验和数值模拟的研究

对醇类燃料（甲醇和乙醇）进行了高压旋流喷雾特性的试验和数值模拟的研究。试验研究表明，醇类燃料的旋流喷射在油束的外形结构上与汽油类似：在低背压条件下油束分布宽广，喷雾总体形状为中空锥形结构，且在主喷雾前端存在初始喷雾液团。在高背压条件下油束紧密宽度减小，整个油束喷雾呈现出实心圆锥的形状。在油束两侧边缘有两个相对旋转的涡流结构，低背压条件下涡旋出现在油束中后部两侧边缘，高背压条件下出现在油束中部两侧边缘。甲醇、乙醇与汽油旋流喷雾的贯穿度曲线基本上重叠在一起。甲醇喷雾锥角最大，乙醇和汽油则差别很小。数值模拟表明，甲醇和乙醇旋流喷雾的SMD比汽油略大。低背压时，甲醇和乙醇SMD曲线几乎重叠在一起。随背压增大，由于甲醇蒸发性大于乙醇，极小液滴汽化，导致甲醇的SMD比乙醇略大。数值模拟比较准确地模拟了高压旋流喷雾的涡旋现象。     

不同沸点燃料及其混合物的闪沸喷雾特性试验

利用MIE散射在定容弹内对不同沸点燃料的闪急沸腾(闪沸)喷雾特性进行了试验,采用的燃料按沸点从低到高依次为正戊烷、正己烷、正庚烷及以不同体积分数掺混的正戊烷-正庚烷混合燃料.通过对喷雾宏观图像的拍摄及分析,研究了在燃油过热度不断提高的喷雾条件下,闪沸喷雾特性的变化规律.结果表明:随着燃油过热度的不断提高,正戊烷、正己烷和正庚烷均会经历冷态喷雾、过渡闪沸和剧烈闪沸;在闪沸状态下,燃油过热度是影响喷雾特性的决定性因素;相同的燃油温度和环境背压下,在高沸点燃料中加入少量低沸点燃料将有效促进混合燃料的闪沸.     

乙醇燃料均质压燃的试验研究

利用多功能燃烧弹对乙醇进行均质压燃性能的研究,具有边界条件可控的独特优点．在多功能燃烧模拟系统(多功能燃烧弹)中进行了不同混合气温度对燃烧过程及不同空燃比对燃烧过程影响规律的试验研究．混合气温度的升高将促使燃烧最高压力、最大压力升高率和放热率增加,而且其峰值提前;随空燃比的加大,燃烧压力、压力升高率和燃烧放热率下降,且出现峰值的时刻推迟．