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.     

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.     

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．     

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.     

乙醇/生物柴油/柴油混合燃料试验研究

对不同掺混比下乙醇/生物柴油/柴油(EBD)混合燃料的理化特性及互溶稳定性进行了试验研究。为了确定不同EBD混合燃料雾化性能的差异,基于电控喷射系统,利用马尔文法、高速摄像法研究了不同掺混比、喷射压力及喷油脉宽对燃油宏观和微观喷雾特性的影响。试验结果表明:在生物柴油/柴油混合燃料中添加乙醇,可显著改善混合燃料的雾化品质;在乙醇/柴油混合燃料中掺入生物柴油,又可显著改善混合燃料的互溶稳定性,能够满足车辆行驶需求。E10B25混合燃料的喷雾特性最佳。     

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(1)--燃料参数设计与喷雾特性研究

研究了通过含氧燃料与柴油相互掺混来改变燃料的成分与输运参数、改善燃料的喷雾特性，从而降低了柴油机的排放。选择了几种典型的含氧燃料一乙醇、碳酸二甲脂(DMC)、甲缩醛(DMM)，测量和分析了它们以不同比例与柴油互溶后燃料的输运参数变化。为了考察混合燃料的喷雾特性，以不同比例的DMM柴油混合燃料为例，运用激光相位多谱勒(PDA)技术测量它们的索特平均直径(SMD)，并与柴油进行了比较。研究结果表明：通过含氧燃料与柴油的互溶互混，重新设计了燃料的输运参数和成分后，显著改善了燃料的喷射雾化特性。     

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.     

喷嘴结构对喷雾特性的影响

为了解高压共轨喷嘴结构对喷雾的影响,试验采用三维相位多普勒粒子分析仪(PDPA),在高喷射压力条件下研究了不同的喷嘴结构的喷雾粒径空间分布情况.结果表明:高压燃油喷雾的粒径分布呈现轴线大、两边小的趋势,并在喷雾边缘稍微增加;同时随着喷射压力的增加,喷雾索特平均直径(SMD)的分布呈现粒径减小的趋势,小粒径区域逐渐向喷嘴顶端靠近,喷雾雾化效果随喷射压力增加而改善.随着喷孔直径的减小,喷雾总体SMD呈减小趋势;当喷孔直径减小到一定程度时,进一步减小喷孔直径对喷雾雾化效果的影响逐渐减弱.孔径为0.18,mm的喷嘴,喷雾SMD随着长径比(L/D为3.89~5.00)的增加而增大;孔径为0.13,mm的喷嘴,喷雾SMD随着长径比(L/D为5.38~7.69)的增加而降低.     

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。     

煤油掺混乙醇燃料的喷雾特性试验研究

燃料的喷雾特性对其燃烧及排放性能有重要影响.因此在定容弹中利用多孔喷油器试验研究了纯煤油及煤油掺混30%和50%乙醇混合燃料在环境温度为289.15 K,环境压力为0.1 MPa下,喷射压力分别为6 MPa、8 MPa和10 MPa时的喷雾特性.结果表明:随乙醇比例增加,混合燃料的贯穿距变化不明显,喷雾锥角和喷雾面积均先增加后下降;随喷油压力升高,乙醇/煤油混合燃料的贯穿距和喷雾面积均增加,但喷雾锥角几乎不变.此外,喷射压力的增加对纯煤油喷雾特性的影响逐渐减小,却对乙醇/煤油混合燃料喷雾特性的影响逐渐增大.     

掺混燃油在离心喷嘴内的流动与雾化特性研究

燃料性质的改变会导致雾化特性的变化,针对乙醇掺混航空煤油在离心式压力雾化喷嘴内的流动与雾化特性开展了研究。通过耦合流体体积法(VOF)和离散相模型(DPM),研究了不同乙醇掺混体积分数下掺混燃油在离心式喷嘴中的内部流动和外部雾化过程。研究结果表明：在压差不变时,喷嘴内空气芯直径随着掺混燃油内乙醇体积分数的增加而增大;而液膜厚度则与空气芯直径成反比,随着乙醇体积分数的增加而减小。喷嘴出口的速度随着乙醇体积分数的增加而增大;在油膜表面的波动及气动力的共同作用下,油膜失稳形成液滴,获得了不同比例下掺混燃油在喷雾外流场内的喷雾粒径分布特征,随着掺混乙醇体积分数的增加,液滴的平均直径逐渐减小。     

喷雾粒径测试方法的比较研究

采用马尔文喷雾粒径分析仪以及粒子图像测量系统分别测定孔径为0.315 mm、启喷压力为20 MPa工况点的柴油喷雾粒径,分析实验所得到的平均直径、特征直径,比较两种方法所测得的粒子数目和体积分布图。结果表明,粒子图像测量系统测得的数据与马尔文喷雾粒径分析仪实验结果基本吻合。     

柴油机高压喷雾碰壁前后粒子速度的LDA试验研究

利用3光束二维氩离子激光多普勒测速仪对柴油机高压喷雾碰壁前和碰壁后的粒子速度进行了试验研究。结果表明：喷雾中液体粒子速度分布范围很宽,在距离喷嘴70mm处,粒子速度仍可达100m/s左右,且沿径向分布平坦,与气体射流速度的分布不同。在喷雾可见边界之外测量到有高速粒子存在。喷雾碰壁后,反弹粒子速度的统计值大大衰减,且主要为沿壁面爬行。滴群的运动形态类似于碰壁后的气体射流而不同于碰壁反弹的固体颗粒。     

柴油和生物柴油喷雾特性的对比研究

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。     

Numerical simulation of fuel sprays at high ambient pressure: the influence of real gas effects and gas solubility on droplet vaporisation

This paper deals with the numerical simulation of the vaporisation of an unsteady fuel spray at high ambient temperature and pressure solving the appropriate conservation equations. The extended droplet vaporisation model accounts for the effects of non-ideal droplet evaporation and gas solubility including the diffusion of heat and species within fuel droplets. To account for high-temperature and high-pressure conditions, the fuel properties and the phase boundary conditions are calculated by an equation of state and the liquid/vapour equilibrium is estimated from fugacities. Calculations for an unsteady diesel-like spray were performed for a gas temperature of 800 K and a pressure of 5 MPa and compared to experimental results for droplet velocities and diameter distribution. The spray model is based on an Eulerian/Lagrangian approach. The comparison shows that the differences between the various spray models are pronounced for single droplets. For droplet sprays the droplet diameter distribution is more influenced by secondary break-up and droplet coagulation.     

高压喷雾碰壁的粒度特性研究

作者采用基于激光衍射原理的Malvern粒径测试仪,在可模拟压缩上止点密度条件下,研究了柴油机泵-管-嘴供油系统下2种孔径喷嘴,在高压喷射近距离垂直碰壁时的粒度和浓度分布特性,对冷壁与热壁的影响作了对比。结果表明,冷碰壁喷雾的特点是燃油碰壁后大量附着壁面,且小孔径时壁面油雾层的浓度及SMD值较小;热碰壁喷雾的显著特点是,高温壁面对油束碰壁后的燃油有“热反溅”作用,小孔径油束碰壁后油滴蒸发及气化的速率远高于大孔径,对燃油蒸发及气化最佳的壁面温度在573K附近。     

节流轴针式喷油嘴的喷雾特性研究

利用激光马尔文粒子测量系统，实测了新型节流轴针式喷油嘴的喷雾情况，对喷注的发展、油粒直径的分布、每循环喷油量、针阀开启压力及转速等参数的影响进行了分析。     

流量脉动对燃油喷嘴雾化过程影响的实验研究

针对航空发动机燃烧室中存在的燃油流量脉动问题开展实验研究,设计并搭建了燃油喷嘴流量脉动激光可视化实验台,在等流量条件下利用高频激光粒子图像速度仪(High Speed Particle Image Velocimetry, PIV)分析燃油脉动频率变化对喷嘴雾化特性影响。实验结果表明:流量脉动促进了液膜表面的发展及液膜的破碎,对喷嘴的雾化产生积极的影响;喷嘴下游带状液膜区的发展和液滴的瞬态速度与喷嘴的流量脉动频率具有一致性;液滴的瞬态速度脉动幅值受脉动频率影响,在50 Hz时存在极大值。     

Nozzle flow and atomization characteristics of ethanol blended biodiesel fuel

This study was conducted to investigate the injection and atomization characteristics of biodiesel–ethanol blended fuel. The injection performance of biodiesel–ethanol blended fuel was analyzed from the injection rate characteristics using the injection rate measuring system, and the effective injection velocity and effective spray diameter using the nozzle flow model. Moreover, the atomization characteristics, such as local and overall SMD distributions, overall axial velocity and droplet arrival time were analyzed and compared with these from diesel and biodiesel fuels to obtain the atomization characteristics of biodiesel–ethanol blended fuel.It was revealed that ethanol fuel affects the decrease of the peak injection rate and the shortening of the injection delay due to the decrease of fuel properties, such as fuel density and dynamic viscosity. In addition, the ethanol addition improved the atomization performance of biodiesel fuel, because the ethanol blended fuel has a low kinematic viscosity and surface tension, then that has more active interaction with the ambient gas, compared to BD100.     

Study on Characteristics of Different Types of Nozzles for Coal—Water Slurry Atomization

Three types of nozzles: a low-pressure multistage nozzle, an effervescent nozzle and a newly developed internal-mixing air-blast nozzle, for atomization of Coal-Water Slurry (CWS) were investigated. Influence of CWS properties including surface tension and apparent viscosity on atomization was studied. Comparisons among the nozzles were carried out in terms of spray droplet mean diameter and fuel output. Versatility of each nozzle was investigated and atomization mechanism of each nozzle was analyzed as well. The results showed that the newly developed internal-mixing air-blast nozzle has high fuel output and small mean droplet size in the spray, but the multistage nozzle has high versatility for handling of low quality CWS.