【摘要】：摻水乳化柴油因其具有降低Soot和NOx排放,并同時提高燃燒熱效率的潛力,而受到了研究者們的廣泛關注,其中摻水乳化柴油中特有的微爆現(xiàn)象,被認為是該燃料節(jié)能減排的重要原因之一。深入研究內燃機實際工況下?lián)剿榛裼偷墓?jié)能減排機理及其蒸發(fā)噴霧過程中的微爆現(xiàn)象,具有較大的實際意義。本文利用電加熱式定容燃燒彈臺架,結合背光法學診斷技術和高功率頻閃LED光源,以純柴油W0和含水質量分別為10%,20%和30%的摻水乳化柴油W10,W20和W30為研究對象,重點研究了含水量對試驗燃料蒸發(fā)噴霧特性的影響規(guī)律。研究結果表明,柴油中水的加入可有效促進燃料的霧化和蒸發(fā)過程,隨著含水量的增大,試驗燃料的蒸發(fā)噴霧錐角和體積均增大,水的蒸發(fā)和微爆對噴霧整體擴展能力的促進作用增強。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,燃料中水對噴霧橫向擴展的促進作用增強,使得燃料噴霧在發(fā)展后期的整體擴展能力更強,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和含水質量分數(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為研究對象,重點研究了摻水乳化柴油中離散水滴直徑大小對燃料蒸發(fā)噴霧過程的影響規(guī)律。結果表明,增大離散水滴直徑有利于促進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。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK421
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文化柴油微爆過程示意圖[51]，由于水的沸點遠低于柴油，因此當油包水型乳化油經噴油器噴入高溫高壓的缸內中時，被包裹在內的水滴會迅速過熱，并在極短的時間內發(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缸內的峰值燃燒溫度，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，可有效地促進噴霧噴霧的二次破碎，形成直徑更為細小的燃油液滴，強化燃料與空氣的混合質量，降低燃料著火前油氣混合區(qū)域的當量比，從而降低碳煙的生成量，同時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生的 OH 自

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

現(xiàn)同時測量噴霧霧束中氣相和液相區(qū)域信息，因而被廣泛應用于內燃機燃料噴霧氣液相區(qū)域的同時測量中[99]。復合激光誘導熒光技術的原理如圖 1.10 所示，首先向自身不發(fā)射熒光的基準試驗燃料中加入物理化學性質相近的兩種示蹤物質 M 和 G，物質 M 在一定頻率激光的照射下被激發(fā)為激發(fā)態(tài)物質 M*，在氣相燃料區(qū)域中，激發(fā)態(tài)物質 M*通過釋放出一定波長的熒光回到基態(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 M*與 G 反應生成新的復合激發(fā)物質(M-G)*(1.1)，激發(fā)態(tài)物質(M-G)*因光譜紅移作用而釋放出不同波長的熒光返回基態(tài)。通過接收不同波長的熒光信號，即可實現(xiàn)噴霧中氣液相區(qū)域的分離。此外，當入射激光強度一定時，由激光誘導出的熒光強度與燃油濃度成正比，因此可根據(jù)測量的熒光強度計算出相應的燃油濃度，從而得出霧束中燃料的分布情況[100]。 + K ( ) (1.1)

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