定容彈內(nèi)低溫燃燒條件下乙醇柴油噴霧和燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來(lái)，低溫燃燒(LTC)方式因其在內(nèi)燃機(jī)清潔高效燃燒方面展現(xiàn)出的巨大潛力而受到廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，替代燃料的研究也成為內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問(wèn)題，像生物乙醇這樣可再生、低排放、安全無(wú)毒的替代燃料備受重視。乙醇的理化特性非常適合于低溫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，但目前相關(guān)研究大多還處于探索階段，主要為發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能實(shí)驗(yàn)。因此，開(kāi)展乙醇柴油在低溫燃燒環(huán)境下的噴油燃燒特性研究，不僅能為乙醇柴油的推廣應(yīng)用提供重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還能促進(jìn)低溫燃燒理論的完善。對(duì)霧化、

2、蒸發(fā)和燃燒過(guò)程的比較研究可以凝聚人們對(duì)燃油噴射零散的認(rèn)識(shí)，為噴油燃燒模型的完善提供重要參考，具有十分重要的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　為模擬內(nèi)燃機(jī)噴油燃燒環(huán)境，構(gòu)建了一臺(tái)預(yù)混燃燒加熱式定容燃燒彈，并開(kāi)發(fā)完善相關(guān)實(shí)驗(yàn)流程和數(shù)據(jù)處理方法。成功模擬出噴油壓力50～200MPa、環(huán)境氣體密度15kg/m3、環(huán)境溫度300～1200K、環(huán)境壓力0.1～10MPa、氧濃度0％～21％的噴霧環(huán)境。覆蓋了低溫燃燒柴油機(jī)缸內(nèi)環(huán)境參數(shù)范圍，可同時(shí)獲

3、取噴油燃燒過(guò)程的圖像與壓力信號(hào)。使定容彈不僅能開(kāi)展噴油霧化實(shí)驗(yàn)，還能開(kāi)展噴油蒸發(fā)、噴油燃燒和預(yù)混點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)。根據(jù)噴霧圖像的特點(diǎn)，針對(duì)性地開(kāi)發(fā)出基于Matlab的處理程序，從復(fù)雜的紋影背景中識(shí)別出噴霧邊界。
　　開(kāi)展了E20乙醇柴油噴霧霧化、蒸發(fā)和燃燒三種類型的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)噴油壓力、環(huán)境溫度和環(huán)境氧濃度三種因素的影響進(jìn)行考察。噴油壓力變化范圍為50MPa到200MPa，環(huán)境溫度變化范圍為383K(霧化)和800K～1200K(蒸發(fā)

4、/燃燒)，環(huán)境氧濃度變化范圍為0％(霧化/蒸發(fā))和15％～21％(燃燒)，以柴油作為E20乙醇柴油的比較對(duì)象。
　　霧化實(shí)驗(yàn)研究噴孔流動(dòng)特性、霧化特性和油氣混合特性。結(jié)果表明噴油壓力越高，霧化混合效果越好，E20的霧化特性與柴油相當(dāng)，但因其含氧，混合特性優(yōu)于柴油。該研究表明提高噴油壓力和添加含氧燃料是強(qiáng)化混合的可行途徑。
　　燃燒實(shí)驗(yàn)分析了發(fā)光滯燃期、火焰升舉長(zhǎng)度等基于燃燒圖像的特征參數(shù)和燃燒壓力、壓升滯燃期等基于壓力的特征

5、參數(shù)。結(jié)果表明，環(huán)境溫度和氧濃度越低，滯燃期和燃燒持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，火焰升舉長(zhǎng)度和燃燒最高壓力也越大，火焰面積和綜合火焰亮度越小?；跍?zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段的噴霧火焰升舉長(zhǎng)度，計(jì)算分析了著火位置處的燃空當(dāng)量比。結(jié)果表明低溫燃燒的噴霧著火過(guò)程受化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制，但噴霧燃燒過(guò)程受物理混合過(guò)程限制。當(dāng)氧濃度為0.15、環(huán)境氣體溫度為800K時(shí)，火焰升舉長(zhǎng)度位置處的燃空當(dāng)量比略大于2，已經(jīng)非常接近無(wú)煙燃燒狀態(tài)。
　　對(duì)霧化、蒸發(fā)和燃燒三類噴霧圖像及有關(guān)特征