【摘要】：摻水乳化柴油因其具有降低Soot和NOx排放,并同時(shí)提高燃燒熱效率的潛力,而受到了研究者們的廣泛關(guān)注,其中摻水乳化柴油中特有的微爆現(xiàn)象,被認(rèn)為是該燃料節(jié)能減排的重要原因之一。深入研究?jī)?nèi)燃機(jī)實(shí)際工況下?lián)剿榛裼偷墓?jié)能減排機(jī)理及其蒸發(fā)噴霧過程中的微爆現(xiàn)象,具有較大的實(shí)際意義。本文利用電加熱式定容燃燒彈臺(tái)架,結(jié)合背光法學(xué)診斷技術(shù)和高功率頻閃LED光源,以純柴油W0和含水質(zhì)量分別為10%,20%和30%的摻水乳化柴油W10,W20和W30為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了含水量對(duì)試驗(yàn)燃料蒸發(fā)噴霧特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,柴油中水的加入可有效促進(jìn)燃料的霧化和蒸發(fā)過程,隨著含水量的增大,試驗(yàn)燃料的蒸發(fā)噴霧錐角和體積均增大,水的蒸發(fā)和微爆對(duì)噴霧整體擴(kuò)展能力的促進(jìn)作用增強(qiáng)。隨著噴射壓力升高,摻水乳化柴油的噴霧貫穿距增大,穩(wěn)態(tài)噴霧錐角幾乎不隨噴射壓力的改變而發(fā)生變化,隨著含水量的增大,燃料噴霧的徑向擴(kuò)展能力受噴射壓力的影響更為明顯。隨著環(huán)境密度的增大,摻水乳化柴油的軸向貫穿距減小,燃料中水對(duì)噴霧橫向擴(kuò)展的促進(jìn)作用增強(qiáng),使得燃料噴霧在發(fā)展后期的整體擴(kuò)展能力更強(qiáng),燃油與空氣的混合更為均勻,且隨著燃料含水量的增大,環(huán)境密度對(duì)其蒸發(fā)噴霧過程的影響越明顯。隨后本文以純柴油W0和含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,離散水滴直徑大小分別為5.08μm和6.91μm的摻水乳化柴油W20和W20-2為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了摻水乳化柴油中離散水滴直徑大小對(duì)燃料蒸發(fā)噴霧過程的影響規(guī)律。結(jié)果表明,增大離散水滴直徑有利于促進(jìn)摻水乳化柴油的蒸發(fā)噴霧貫穿距和噴霧體積。隨著噴射壓力的增大,離散水滴直徑對(duì)乳化燃料噴霧噴霧特性的影響逐漸減小,燃料的噴霧特性趨于一致。隨著環(huán)境密度的增大,不同離散水滴直徑摻水燃料噴霧特性間的差距增大,在高環(huán)境密度工況下大水滴直徑燃料W20-2的蒸發(fā)噴霧貫穿距和噴霧體積明顯大于小水滴直徑燃料W20,W20-2燃料的蒸發(fā)噴霧錐角明顯小于于W20的噴霧錐角。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK421
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文化柴油微爆過程示意圖[51]，由于水的沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于柴油，因此當(dāng)油包水型乳化油經(jīng)噴油器噴入高溫高壓的缸內(nèi)中時(shí)，被包裹在內(nèi)的水滴會(huì)迅速過熱，并在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈的蒸發(fā)甚至爆炸，這種現(xiàn)象被稱為微爆[52]。研究表明，摻水乳化柴油中水的汽化潛熱和比熱容較高，一定程度上可降低柴油機(jī)缸內(nèi)的峰值燃燒溫度，從而能夠降低 NOx 和碳煙的生成量[53]；摻水乳化柴油中水的快速蒸發(fā)和微爆，可有效地促進(jìn)噴霧噴霧的二次破碎，形成直徑更為細(xì)小的燃油液滴，強(qiáng)化燃料與空氣的混合質(zhì)量，降低燃料著火前油氣混合區(qū)域的當(dāng)量比，從而降低碳煙的生成量，同時(shí)燃料更加充分的燃燒能夠提高燃料的燃燒效率[54,55]；此外，水在高環(huán)境溫度工況下分解產(chǎn)生的 OH 自

11子或噴霧燃燒中間產(chǎn)物分子吸收能量后從穩(wěn)定的基態(tài)（1）躍遷致不穩(wěn)定的高能級(jí)狀態(tài)（2），不穩(wěn)定的高能級(jí)分子將通過發(fā)射熒光（A21）或猝熄（Qelec）的方式重新回到基態(tài)，因此可通過測(cè)量熒光信號(hào)強(qiáng)度獲取噴霧燃燒過程中混合氣濃度和燃燒中間產(chǎn)物的成分及濃度信息。

現(xiàn)同時(shí)測(cè)量噴霧霧束中氣相和液相區(qū)域信息，因而被廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)燃料噴霧氣液相區(qū)域的同時(shí)測(cè)量中[99]。復(fù)合激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的原理如圖 1.10 所示，首先向自身不發(fā)射熒光的基準(zhǔn)試驗(yàn)燃料中加入物理化學(xué)性質(zhì)相近的兩種示蹤物質(zhì) M 和 G，物質(zhì) M 在一定頻率激光的照射下被激發(fā)為激發(fā)態(tài)物質(zhì) M*，在氣相燃料區(qū)域中，激發(fā)態(tài)物質(zhì) M*通過釋放出一定波長(zhǎng)的熒光回到基態(tài)或因發(fā)生猝熄而不釋放熒光回到基態(tài)；在液相燃料區(qū)域中，激發(fā)態(tài)物質(zhì) M*與 G 反應(yīng)生成新的復(fù)合激發(fā)物質(zhì)(M-G)*(1.1)，激發(fā)態(tài)物質(zhì)(M-G)*因光譜紅移作用而釋放出不同波長(zhǎng)的熒光返回基態(tài)。通過接收不同波長(zhǎng)的熒光信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)噴霧中氣液相區(qū)域的分離。此外，當(dāng)入射激光強(qiáng)度一定時(shí)，由激光誘導(dǎo)出的熒光強(qiáng)度與燃油濃度成正比，因此可根據(jù)測(cè)量的熒光強(qiáng)度計(jì)算出相應(yīng)的燃油濃度，從而得出霧束中燃料的分布情況[100]。 + K ( ) (1.1)

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