柴油機燃油高溫噴霧特性及燃燒過程的實驗與數(shù)值模擬研究.pdf

1、目前,與柴油機相關的節(jié)能減排技術成為了國內外的研究熱點,特別是針對柴油機燃油高效噴射的研究是現(xiàn)階段優(yōu)化柴油機燃燒過程的主要研究方向之一。本文開展了柴油機燃油噴射模式的國內外研究進展的調研,了解了目前針對柴油機燃燒系統(tǒng)開展的相關研究工作,進一步對柴油機燃油噴射霧化實驗研究的發(fā)展現(xiàn)狀進行了調研,掌握了國內外同行應用的實驗設備和測試手段。本文基于前人的研究再現(xiàn)了燃油射流霧化的數(shù)學推導過程,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),本文設并搭建了柴油機燃油噴射系統(tǒng)可視化實驗平臺,測試平臺可搭載高速數(shù)碼相機、相位多普勒粒子分析儀(PDPA)及粒子圖像速度儀(PIV)等先進的測試設備,根據(jù)柴油機燃油噴射系統(tǒng)的工作特點,本文對不同噴射溫度的燃油瞬態(tài)噴霧特性以及穩(wěn)態(tài)條件下噴霧矢量場分布進行了實驗測試與分析。
　　 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對混合燃油的噴霧液相

3、貫穿距與噴霧錐角進行了實驗測試,采用PDPA設備對混合燃油噴霧過程中的粒徑分布、噴霧軸向速度、徑向速度進行了實驗測試,通過高速數(shù)碼攝影、PDPA系統(tǒng)的可視化實驗,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。
　　 基于可視化實驗研究的基礎,為實現(xiàn)大比例混入生物柴油的混合燃油在柴油機上的有效應用,本文采用電磁感應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B75混合燃油開展了燃油高溫噴射條件下瞬態(tài)噴射霧化特性的研究。進一步地,本文采用PIV系統(tǒng)對B75混合燃油的穩(wěn)態(tài)噴霧場的矢量分布進行了實驗測試,分析了B75燃油噴霧場中速度、流線與渦量分布。
　　 本文以7L23/30H型船用柴油機為基礎,開展了高溫燃油噴射及燃燒過程的數(shù)值計算,建立了噴霧、燃燒及排放模型,采用7L23/30H柴油機臺架實驗驗證了計算模型的有效性,在此基礎上本文應用CFD軟件對高溫燃油噴射

5、條件下的柴油機工作過程進行了仿真計算,并將計算結果與Tier系列排放法規(guī)進行了對比。
　　 實驗研究表明,SME混入比例在混合燃油中超過50%時,霧化情況會明顯惡化,對混合燃油進行熱強化處理,能使混合燃油B75表現(xiàn)出的較好的霧化特性,熱強化溫度達到473K時的霧化特性各項指標接近0#柴油。對7L23/30H柴油機工作過程進行的CFD計算結果表明,高溫燃油噴射溫度達到413K以上后能在柴油機輸出功率基本不變的情況下大幅降低Nox生