本文關(guān)鍵詞：固著納米燃油液滴蒸發(fā)過程試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 納米添加劑 燃油液滴 蒸發(fā) 形態(tài)演化 內(nèi)部流動(dòng)

【摘要】：燃油中具有強(qiáng)催化或強(qiáng)導(dǎo)熱性能的納米級(jí)固體粒子添加劑不僅可以在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中發(fā)揮其優(yōu)良的催化氧化能力降低CO、HC、PM等污染物的生成,而且能夠強(qiáng)化基液燃油換熱性能,使燃油液滴能夠更快地吸收熱量,有利于可燃混合氣的形成。為了更好地理解納米級(jí)固體粒子作為燃油添加劑對(duì)基液燃油吸熱蒸發(fā)性能的影響,選用20nm、50nm兩種粒徑的CNT、CeO2、Co3O4納米粒子,以單組分液體正十四烷(C14)替代柴油作為基液燃油、CTAB為分散劑配制50mg/L、100mg/L、150mg/L三種濃度的納米燃油,結(jié)合液滴蒸發(fā)可視化試驗(yàn)與液滴蒸發(fā)過程中內(nèi)部液相場(chǎng)模擬分析對(duì)固著加熱水平平板納米燃油液滴蒸發(fā)及變形行為進(jìn)行了研究,并探究了納米粒子濃度、粒徑、種類對(duì)研究參數(shù)的影響。(1)采用試驗(yàn)方法分別對(duì)各納米燃油基礎(chǔ)物性參數(shù):密度、動(dòng)力粘度、氣液表面張力進(jìn)行測(cè)量。納米粒子的加入增加了基液燃油密度,由于為微量添加,增加量很小,可忽略其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。相比于基液燃油,納米燃油動(dòng)力粘度顯著增加,且納米粒子濃度越大、粒徑越小,影響效果越明顯。納米粒子種類對(duì)基液燃油動(dòng)力粘度增加幅度為CNTCeO2Co3O4。懸滴法測(cè)納米燃油氣液表面張力試驗(yàn)結(jié)果表明,納米粒子的加入略微降低了基液燃油氣液表面張力,且隨著納米粒子濃度的增加、粒徑的減小降低幅度逐漸增大,粒徑為20nm、濃度為150mg/L的CNT納米燃油(20nm C150)降低效果最為明顯,相比于基液燃油降低了5.10%。(2)采用JC2000C1型接觸角測(cè)量?jī)x研究納米燃油液滴在180℃鑄鋁平板上的蒸發(fā)過程,液滴與平板初始接觸直徑與初始接觸角分別在4.10mm、31.0°左右。分析了有效蒸發(fā)時(shí)間、無量綱接觸直徑、無量綱高度、無量綱質(zhì)量及質(zhì)量變化率隨蒸發(fā)時(shí)間的變化關(guān)系。(3)固著加熱水平平板納米燃油液滴蒸發(fā)過程表現(xiàn)出了鋪展階段、定接觸線蒸發(fā)階段、定接觸角蒸發(fā)階段與混合蒸發(fā)階段四個(gè)階段。納米粒子的“自釘銷”作用使得納米燃油液滴定接觸線蒸發(fā)階段隨著粒子濃度的增加粒徑的減小而增長(zhǎng)。納米燃油粘度及換熱系數(shù)的增加導(dǎo)致“液-固-氣”三相線處蒸發(fā)為主的定接觸線蒸發(fā)階段內(nèi)部熱對(duì)流強(qiáng)度的減弱與熱量傳遞的加快,不利于液滴中心液體向“液-固-氣”三相線處進(jìn)行流動(dòng)補(bǔ)充以及邊緣處熱量集聚區(qū)的建立,所以定接觸線蒸發(fā)階段納米燃油液滴質(zhì)量降低速率低于基液燃油液滴。在定接觸角與混合蒸發(fā)階段納米燃油液滴內(nèi)部溫度梯度很小,熱對(duì)流基本消失,蒸發(fā)發(fā)生在整個(gè)液滴表面,此時(shí)納米粒子對(duì)基液燃油熱傳導(dǎo)的強(qiáng)化作用使得熱量得到迅速傳遞,大大增加了液滴的質(zhì)量降低速率。所以,納米燃油液滴在有效蒸發(fā)過程的平均蒸發(fā)速率仍然較基液燃油液滴高,有效蒸發(fā)時(shí)間縮短。以上影響效果均隨著納米粒子濃度的增加、粒徑的減小而增強(qiáng),納米粒子種類的影響效果為CNTCeO2Co3O4。(4)利用CFD流場(chǎng)模擬軟件對(duì)二維平面C14純組分燃油液滴及20nm C50納米燃油液滴進(jìn)行定接觸線蒸發(fā)階段內(nèi)部液相流場(chǎng)及溫度場(chǎng)演化過程模擬分析。蒸發(fā)初始階段,受浮升力及Marangoni效應(yīng)的影響,在液滴內(nèi)部軸線兩側(cè)各產(chǎn)生一個(gè)由液滴中心區(qū)域到液滴底部再到液滴邊緣處的對(duì)流渦,此時(shí)熱量傳遞以熱對(duì)流換熱方式為主。與基液燃油C14相比,納米燃油換熱系數(shù)的強(qiáng)化使得其液滴內(nèi)部液相溫度升高加快,溫度梯度快速降低,納米燃油液滴內(nèi)部液相粘度的增加及由溫度梯度產(chǎn)生的浮升力的下降導(dǎo)致液滴蒸發(fā)過程內(nèi)部液相熱對(duì)流強(qiáng)度的減弱。隨著蒸發(fā)過程的推進(jìn),液滴不斷吸熱,液滴內(nèi)部溫度梯度逐漸降低,熱對(duì)流強(qiáng)度不斷減弱,在蒸發(fā)后期接近臨界接觸角時(shí),液滴內(nèi)部熱對(duì)流已基本消失,溫度已趨于均勻且接近平板溫度,此時(shí)熱量傳遞以熱傳導(dǎo)換熱方式為主。本文通過對(duì)單個(gè)固著納米燃油液滴蒸發(fā)過程的實(shí)驗(yàn)與模擬研究,從微觀角度分析了納米粒子對(duì)液滴蒸發(fā)各個(gè)階段蒸發(fā)速率及形態(tài)變化的影響機(jī)理,為更好地理解納米粒子對(duì)促進(jìn)燃油吸熱蒸發(fā)及可燃混合氣形成的影響提供了理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:In order to better understand the effect of nano - particle concentration , particle size and surface tension on the oil - fuel oil droplet evaporation and deformation behavior of the base - liquid fuel , the effect of nano - particle concentration , particle size and kind on the research parameters was studied . ( 2 ) The evaporation process of nano - fuel droplets at 180 鈩，

本文編號(hào)：1380197