柴油機(jī)燃油高溫噴霧特性及燃燒過(guò)程的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、目前,與柴油機(jī)相關(guān)的節(jié)能減排技術(shù)成為了國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn),特別是針對(duì)柴油機(jī)燃油高效噴射的研究是現(xiàn)階段優(yōu)化柴油機(jī)燃燒過(guò)程的主要研究方向之一。本文開(kāi)展了柴油機(jī)燃油噴射模式的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展的調(diào)研,了解了目前針對(duì)柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)開(kāi)展的相關(guān)研究工作,進(jìn)一步對(duì)柴油機(jī)燃油噴射霧化實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研,掌握了國(guó)內(nèi)外同行應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試手段。本文基于前人的研究再現(xiàn)了燃油射流霧化的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程,分析了影響燃油噴射霧化的主要因素?；陔娍馗邏汗曹墖娚?/p>

2、系統(tǒng),本文設(shè)并搭建了柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái),測(cè)試平臺(tái)可搭載高速數(shù)碼相機(jī)、相位多普勒粒子分析儀(PDPA)及粒子圖像速度儀(PIV)等先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備,根據(jù)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的工作特點(diǎn),本文對(duì)不同噴射溫度的燃油瞬態(tài)噴霧特性以及穩(wěn)態(tài)條件下噴霧矢量場(chǎng)分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析。
　　 本文配制了豆油甲酯(Soybean Oil Methyl Ester,SME)/0#柴油不同比例的混合燃油,并采用高速攝影技術(shù)對(duì)混合燃油的噴霧液相

3、貫穿距與噴霧錐角進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,采用PDPA設(shè)備對(duì)混合燃油噴霧過(guò)程中的粒徑分布、噴霧軸向速度、徑向速度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,通過(guò)高速數(shù)碼攝影、PDPA系統(tǒng)的可視化實(shí)驗(yàn),分析了混合燃料在不同混合比例下的宏觀與微觀霧化特性。
　　 基于可視化實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ),為實(shí)現(xiàn)大比例混入生物柴油的混合燃油在柴油機(jī)上的有效應(yīng)用,本文采用電磁感應(yīng)加熱方式將混合燃油溫度分別加熱至353K、413K、473K,探索了高溫條件下混合燃油的噴射霧化的特性及可行性。

4、本文采用PDPA系統(tǒng)針對(duì)B75混合燃油開(kāi)展了燃油高溫噴射條件下瞬態(tài)噴射霧化特性的研究。進(jìn)一步地,本文采用PIV系統(tǒng)對(duì)B75混合燃油的穩(wěn)態(tài)噴霧場(chǎng)的矢量分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,分析了B75燃油噴霧場(chǎng)中速度、流線與渦量分布。
　　 本文以7L23/30H型船用柴油機(jī)為基礎(chǔ),開(kāi)展了高溫燃油噴射及燃燒過(guò)程的數(shù)值計(jì)算,建立了噴霧、燃燒及排放模型,采用7L23/30H柴油機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算模型的有效性,在此基礎(chǔ)上本文應(yīng)用CFD軟件對(duì)高溫燃油噴射

5、條件下的柴油機(jī)工作過(guò)程進(jìn)行了仿真計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果與Tier系列排放法規(guī)進(jìn)行了對(duì)比。
　　 實(shí)驗(yàn)研究表明,SME混入比例在混合燃油中超過(guò)50%時(shí),霧化情況會(huì)明顯惡化,對(duì)混合燃油進(jìn)行熱強(qiáng)化處理,能使混合燃油B75表現(xiàn)出的較好的霧化特性,熱強(qiáng)化溫度達(dá)到473K時(shí)的霧化特性各項(xiàng)指標(biāo)接近0#柴油。對(duì)7L23/30H柴油機(jī)工作過(guò)程進(jìn)行的CFD計(jì)算結(jié)果表明,高溫燃油噴射溫度達(dá)到413K以上后能在柴油機(jī)輸出功率基本不變的情況下大幅降低Nox生