【摘要】：隨著能源需求量越來(lái)越大,人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益重視,對(duì)于可再生能源以及替代燃料的研究越來(lái)越受到重視。摻水乳化柴油由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu),可以在其蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生微爆現(xiàn)象產(chǎn)生眾多小液滴使得燃燒更加充分,同時(shí)由于水的高比熱值,降低了燃燒的峰值溫度,做到了同時(shí)降低氮氧化物(NO_x)和碳煙顆粒(Soot)。目前,內(nèi)燃機(jī)研究者已經(jīng)開(kāi)展了一些關(guān)于摻水乳化柴油的噴霧、蒸發(fā)、燃燒特性研究,但從單液滴的蒸發(fā)和燃燒層面以及微觀結(jié)構(gòu)對(duì)液滴的蒸發(fā)影響等方面的研究還很少,因此研究各種因素對(duì)于其蒸發(fā)過(guò)程的影響有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文采用掛滴法,對(duì)摻水乳化柴油單液滴的蒸發(fā)特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。通過(guò)后處理得到了歸一化直徑平方,相似度,變形度,最大微爆強(qiáng)度,微爆頻率以及累計(jì)微爆強(qiáng)度等數(shù)據(jù),來(lái)定量的分析不同因素下的摻水乳化柴油單液滴的蒸發(fā)和微爆特征。本文先研究了常壓條件下,環(huán)境溫度分別為300℃、400℃、500℃、600℃情況下的摻水乳化柴油W20(含水質(zhì)量比為20%的乳化柴油)的蒸發(fā)特性。其蒸發(fā)過(guò)程展現(xiàn)了三階段的蒸發(fā)過(guò)程,即瞬態(tài)加熱段、起伏蒸發(fā)段以及平衡蒸發(fā)段。微爆現(xiàn)象主要發(fā)生在起伏蒸發(fā)段,在起伏蒸發(fā)段,內(nèi)部水核在低溫條件下可以充分的膨脹,但是在高溫條件下,液滴破碎過(guò)快,液滴無(wú)法完全膨脹破碎,吸收的能量無(wú)法得到充分利用,所以最大微爆強(qiáng)度、微爆頻率以及累計(jì)微爆強(qiáng)度均隨著環(huán)境溫度增大先增大后減小;平衡蒸發(fā)階段,四種不同環(huán)境溫度的單液滴的歸一化直徑平方曲線呈現(xiàn)兩種不同的規(guī)律,即線性減小或階梯下降。同時(shí),隨著環(huán)境溫度升高,相似度曲線由單一周期變?yōu)槎嘀芷谥丿B,由波浪狀變?yōu)辇X狀,并且隨著環(huán)境溫度的升高,相似度和變形度的不穩(wěn)定性增加。隨后,研究了環(huán)境溫度500℃條件下的純柴油W0、摻水乳化柴油W10(含水質(zhì)量比為10%)、摻水乳化柴油W20(含水質(zhì)量比為20%,后同)、摻水乳化柴油W30的蒸發(fā)特性。并進(jìn)行了通過(guò)兩種不同的配方即相同攪拌時(shí)間、攪拌頻率、攪拌功率的摻水乳化柴油以及不同攪拌時(shí)間、攪拌頻率、攪拌功率的,但相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)(水核索特平均直徑D_(32)為4.7μm附近)的摻水乳化柴油進(jìn)行對(duì)比分析。不同水核索特平均直徑條件下不同含水量的摻水乳化柴油,其起伏蒸發(fā)段由于含水量的增多,使得液滴內(nèi)部積累能量增多,但是含水量過(guò)多,使得吸收足夠的能量后可以輕易的沖破油膜造成液滴過(guò)早破碎,所以四種單液滴最大微爆強(qiáng)度、微爆頻率以及累計(jì)微爆強(qiáng)度,隨著含水量的增大先增大后減小。同時(shí),隨著含水量的增加,破碎現(xiàn)象發(fā)生次數(shù)增多,平衡蒸發(fā)階段中相似度與變形度曲線中的小突起明顯增多,并且微爆速率增快,多個(gè)水核同時(shí)微爆,相似度曲線發(fā)生了周期分離、周期重疊、周期不完整的現(xiàn)象,形貌由波浪狀轉(zhuǎn)變?yōu)辇X狀結(jié)構(gòu)。在相同水核索特平均直徑條件下,不同含水量的摻水乳化柴油中,隨著液滴內(nèi)離散水核尺寸增大,大尺度微爆現(xiàn)象減弱,最大微爆強(qiáng)度降低,整個(gè)蒸發(fā)持續(xù)期變長(zhǎng),溫度上升緩慢,起伏蒸發(fā)階段溫度下降不明顯;液滴內(nèi)離散水核尺寸減小,使得微爆現(xiàn)象更加迅速明顯,大尺度微爆現(xiàn)象增多,最大微爆強(qiáng)度增加,并且與不同水核索特平均直徑單液滴微爆現(xiàn)象不同的是,在同等水核索特平均直徑的條件下,隨著含水量的增加,微爆現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間逐漸提前,但是,最大微爆強(qiáng)度,微爆頻率以及累計(jì)微爆強(qiáng)度仍然隨著含水量的增加先升高后降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn),水核索特平均直徑與相似度曲線的變化趨勢(shì)無(wú)關(guān),其僅僅能影響液滴蒸發(fā)過(guò)程中的穩(wěn)定時(shí)間,但是影響程度卻比含水量低,改變液滴內(nèi)部的水核索特平均直徑大小,液滴的變形程度仍隨著含水量的增加而增加,但是變化的劇烈程度有所降低。最后研究了環(huán)境溫度500℃條件下,不同水核索特平均直徑D_(32)下(2μm-6μm)的摻水乳化柴油W20單液滴的蒸發(fā)特性。在瞬態(tài)加熱段,由于蒸發(fā)模式從大尺度水核協(xié)同微爆模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾〕叨人四鄢珊宋⒈Ｊ?所以瞬態(tài)加熱段存在的時(shí)間會(huì)隨著水核索特平均直徑的減小先減小后增大而后輕微減小后繼續(xù)變大,呈波浪狀規(guī)律。在起伏蒸發(fā)階段,由于兩種微爆模式互相競(jìng)爭(zhēng)、互相輔助、互相轉(zhuǎn)變,造成最大微爆強(qiáng)度隨著水核索特平均直徑的減小先降低后升高而后減小最后有輕微升高;微爆頻率與累計(jì)微爆強(qiáng)度隨著水核索特平均直徑的下降先下降后升高而后繼續(xù)下降。同時(shí),隨著液滴內(nèi)部水核索特平均直徑減小,液滴的相似度變化曲線從大幅度波動(dòng)的齒狀結(jié)構(gòu)慢慢轉(zhuǎn)變小幅度波動(dòng)的齒狀結(jié)構(gòu),進(jìn)而變?yōu)槎鄠�(gè)完整周期的波浪狀結(jié)構(gòu),最后減小到單個(gè)周期的波浪狀結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

圖 1.1 丁醇/生物柴油液滴直徑平方與溫度變化規(guī)律以 BU25 在 800℃條件下的蒸發(fā)為例，由圖可知，在瞬態(tài)加熱階段致保持不變，這主要是由于質(zhì)量蒸發(fā)速率隨著液滴表面溫度的升化平方直徑的減小，與此同時(shí)，液體的密度隨著溫度的升高而降化平方直徑的增加，正是由于兩者的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系導(dǎo)致了瞬態(tài)蒸發(fā)階持不變。在起伏蒸發(fā)階段，歸一化平方直徑表現(xiàn)出高頻率的波動(dòng)的低沸點(diǎn)燃油氣泡的一次又一次的膨脹和破碎。由圖還可知，起的斜率低于瞬態(tài)加熱階段，這是因?yàn)樵谄鸱舭l(fā)階段不僅僅具有蒸發(fā)模式也開(kāi)始進(jìn)行了，兩種蒸發(fā)模式的同時(shí)進(jìn)行使液滴的升溫，液滴蒸發(fā)進(jìn)入平衡蒸發(fā)階段，由于丁醇在平衡蒸發(fā)階段之前已液滴的平衡蒸發(fā)階段歸一化直徑平方?jīng)]有明顯的波動(dòng)。9]等人研究的煤油凝膠燃油單液滴的蒸發(fā)過(guò)程又與醇類摻混燃油單，其蒸發(fā)過(guò)程分為四個(gè)階段：①煤油的傳統(tǒng)蒸發(fā)過(guò)程；②凝膠層

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文行，著火點(diǎn)低于其他組分的煤油逐漸被消耗，與此同時(shí)，著火點(diǎn)被蒸發(fā)燃燒，開(kāi)始逐漸在液滴表面形成致密的凝膠層，進(jìn)一步阻燃燒，從而導(dǎo)致液滴內(nèi)部的氣泡產(chǎn)生。③煤油單液滴內(nèi)部出現(xiàn)大逐漸凝結(jié)成核成為大氣泡，，并且由于凝膠層的存在導(dǎo)致液滴內(nèi)部圍環(huán)境蒸發(fā)，只有少部分凝膠層內(nèi)部的氣泡可以爆破排出已蒸發(fā)氣泡尺度將逐漸增大。④微爆的產(chǎn)生。當(dāng)氣泡內(nèi)部的壓力大于凝液滴外部致密的凝膠層再也無(wú)法束縛液滴內(nèi)的氣泡，已蒸發(fā)氣體象產(chǎn)生。種過(guò)程，其實(shí)可以歸納為低沸點(diǎn)組分占比較少的三階段過(guò)程，以多的四階段過(guò)程。
【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】：2018
【分類號(hào)】：U464

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2600897