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.     

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.     

生物柴油缸内喷雾特性的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了4102Q柴油机燃用生物柴油的喷雾特性,探讨了喷孔结构参数、针阀开启压力、生物柴油的掺混比、发动机转速、负荷和燃油温度对喷雾的贯穿距离和索特平均直径的影响规律,并与柴油进行比较,对计算精度进行了分析.研究结果表明:2种燃料的喷雾特性随上述因素的变化规律基本一致;生物柴油-柴油混合燃料的贯穿距离和索特平均直径均随生物柴油掺混比的增大而增大;相同因素条件下,生物柴油的贯穿距离和索特平均直径均大于柴油;2种燃料喷雾特性的差别是由其不同的理化特性引起的,密度和黏度是主要因素;数值模拟的精度是足够的.     

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.     

喷孔结构对多孔GDI喷油器喷雾特性的影响

喷孔结构直接决定多孔非对称缸内直喷汽油(GDI)喷油器的孔内流动状态,进而影响GDI喷油器的雾化特性.建立了不同喷孔内圆倒角、喷孔长径比和喷孔锥角等几何参数模型,并结合CFD仿真、高速摄影和激光测量技术对不同喷孔参数的空穴现象、喷雾形态、贯穿距离和索特平均直径的概率密度等进行了研究.结果表明:喷孔内圆倒角有利于减弱空穴现象,增加贯穿距离,但油雾的索特平均直径增大;喷孔长径比对于空穴现象的影响不明显,对贯穿距离和平均索特粒径的影响并不遵循线性规律;喷孔锥角对空穴现象的影响较小,喷雾贯穿距离随着喷孔锥角的增加而减小,但每一束油束锥角变大,喷雾范围扩大,雾化质量提高.     

柴油/二甲氧基甲烷混合燃料喷雾特性的研究

开展了柴油/二甲氧基甲烷(DMM)混合燃料喷雾特性的研究。研究结果表明,在相同环境压力和喷嘴直径下,随着燃料中二甲氧基甲烷掺混比例的增加,喷雾锥角增大,贯穿距离减小;环境压力的增加使得燃油喷雾锥角增大,贯穿距离度减小。对于不同燃油,喷雾锥角与环境压力均呈现θ∝p0a.15的关系;随着喷孔直径增加,喷雾锥角增大,贯穿距离增长;在非破碎段区间内各种燃料的贯穿距离与时间均成正比关系;在破碎段区间内贯穿距离与时间呈现s∝tn关系,对于柴油n=0.6,而且随着DMM含量的增加n值逐渐减小,直至纯DMM时n=0.5。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

基于数字图像处理的LPG喷雾特性试验研究

使用高速纹影摄影和数字图像处理方法研究了具有相同喷孔直径的两个分别带有和不带双孔分流套的单喷孔喷嘴在MPI喷射条件下液态LPG燃料的自由喷雾过程,测量了喷雾贯穿距离、投影喷雾面积、喷雾体积和喷雾锥角等喷雾特性。通过与手工测量结果对比证明了数字图像处理方法测量结果的有效性。试验结果表明:喷射压力越高,喷雾贯穿距离、投影喷雾面积和喷雾体积越大,而喷雾锥角越小;带有双孔分流套的喷嘴雾化效果好,更有利于形成均匀混合气;在喷雾中期和后期,不带双孔分流套的喷嘴的喷雾贯穿距离长,但在喷雾初期的一段时间内,却比带有双孔分流套的喷嘴的喷雾贯穿距离短。     

二甲基醚（ＤＭＥ）喷雾一般牧场生的试验研究

介绍了在高压环境下对二甲基醚（ＤＭＥ）喷雾一般特性的试验研究结果,并与柴油的喷雾特性进行了比较。试验研究是在定容燃烧弹上进行的,用阴影法通过高速数字摄影机拍摄了二甲基醚和柴油的喷雾发展过程,应用计算机图像处理进行喷雾过程图像再现。研究结果表明：ＤＭＥ的喷雾贯穿蹁距离比柴油小,喷雾锥角比柴油大;在喷雾自由发展过程中,ＤＭＥ的蒸发速度比柴油快;环境密度对ＤＭＥ喷雾特性的影响与柴油相似,即密度增大,锥角增大,贯穿距离减小。在燃烧室壁面附近,柴油的喷雾锥角迅速增大,而ＤＭＥ喷雾锥角几乎没有明显的变化。     

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。     

生物柴油自由喷雾的试验研究

采用相位多普勒分析仪对生物柴油自由喷雾雾化过程进行了试验,分析了生物柴油喷射的轴向和径向索特平均直径和喷雾粒子的速度变化过程.结果表明:生物柴油喷雾的轴向索特平均直径随着启喷压力的升高而下降,径向索特平均直径沿着径向而递减,喷雾粒子的速度随着距喷孔距离的增加而减小.     

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。     

二甲基醚（DME）喷雾混合特性的研究

采用阴影法和数学模型方法研究二甲基醚喷雾混合特性,研究了缸内工质密度,喷孔直径,启喷压力等对二甲基醚喷雾混合特性的影响,试验结果表明,二甲基醚喷雾破碎期约为0.2ms-0.4ms,环境密度,喷孔直径增大时,喷雾破碎期缩短,锥角增大,由于贯穿速度大,喷雾贯穿距增大;启喷压力对二甲基醚喷雾贯穿距影响不大,对喷雾锥角有些影响,启喷压力高,喷雾体发展初期,锥角增大,但空间发展后期,两种启喷压力的喷雾锥角趋于一致,喷雾混合特性计算结果表明,二甲基醚喷雾体平均化学当量空燃比比柴油大,因而柴油机燃用二甲基醚时涡流比不宜过大,环境密度增大,喷孔直径减小,喷雾体平均化学当量空燃比增大。