生物柴油及其混合燃料的喷雾特性研究

发布时间：2020-11-06 12:59

　　 发动机中燃料的喷雾特性是影响其燃烧过程和污染物排放的重要因素。本文针对生物柴油掺混不同比例的乙醇、碳酸二乙酯和正丁醚,在定容燃烧弹喷雾实验平台上,采用电控高压共轨喷射系统,模拟柴油发动机喷油过程,采用纹影法,对不同实验工况的喷雾特性参数(包括喷雾贯穿度、喷雾锥角、喷雾投影面积以及喷雾尖端速度等)进行定量测量,研究了三种混合燃料的喷雾特性,探索生物柴油及醇类、酯类和醚类含氧燃料替代柴油应用于发动机中的可行性。本文的主要工作如下:进行了生物柴油和柴油的喷雾特性实验,实验结果表明:生物柴油喷雾贯穿度较大,喷雾面积小于柴油,主要是因为生物柴油的密度和粘度较大,扩散性能较差;柴油和生物柴油的喷雾贯穿度实验数据均低于广安博之模型,主要因为广安博之模型是在喷射压力较低的工况下得到的。实验研究了生物柴油-乙醇混合燃料的喷雾特性。实验结果表明,相同工况下生物柴油-乙醇混合燃料的喷雾贯穿度小于纯生物柴油,喷雾锥角大于柴油;喷射尖端峰值速度随喷射压力的增大而增大,随环境压力的增大而减小;喷雾尖端速度的实验数据与广安博之模型的吻合程度较好;喷雾贯穿度的实验数据小于Dent和Arregle模型的预测结果,这是由于Dent模型考虑了环境温度对贯穿度的影响。实验研究了生物柴油-碳酸二乙酯(DEC)混合燃料的喷雾特性。结果表明:混合燃料喷雾贯穿度随着环境压力的增加而减小,随着喷射压力的增加而增加;碳酸二乙酯含量为15%时,喷雾特性(包括喷雾贯穿度、喷雾锥角、喷雾投影面积等)与柴油接近;喷雾初始阶段的喷雾贯穿度实验数据与Kostas模型的吻合程度较好;混合燃料喷雾过程对环境气体的卷吸量大于生物柴油,从喷雾形态来看,喷束边缘的波动也更为剧烈。实验研究了生物柴油-正丁醚(DBE)混合燃料的喷雾特性。结果表明:生物柴油-DBE混合燃料的喷雾贯穿度小于生物柴油,喷雾锥角接近于柴油;相同轴向位置上,混合燃料在径向的扩散范围大于生物柴油;相同的工况下,混合燃料的破碎时间要早于生物柴油;在广安博之喷雾贯穿度的经验模型基础上,引入了密度项和修正因子,得到生物柴油-DBE混合燃料喷雾贯穿度的修正模型,与广安博之模型相比,该公式更适用于预测高喷射压力下混合燃料的宏观喷雾特性。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK421
【部分图文】：

?第一章绪论???源，在世界各国均得到广泛重视。在美国，生物柴油作为一种替代燃料己被各??大机构广泛认可，应用于城市的公共交通、政府车队、和地下采矿工业等各方??面［４］。欧洲国家的生物柴油的消费量远高于生物乙醇，可再生能源占能源消费??总量的２０％，生物燃料在车用燃料中占比达到１０％［５］。??我国政府也制定了相应的发展规划，国务院办公厅印发的《能源发展战略??行动计划（２０１４－２０２０年）》中指出：积极发展交通燃油替代，重点发展新一代??非粮食燃料乙醇和生物柴油，扩大交通燃油替代规模［６］。本文立足于生物柴油??的研宄现状，采用高压共轨喷射系统和定容燃烧弹，模拟柴油发动机喷油过程，??研宄生物柴油及其混合燃料在不同工况下的喷雾特性，探讨生物柴油在定容环??境中的雾化与扩散机理。通过实验数据定量分析，丰富内燃机替代燃料的基础??工作，具有重要的学术价值和应用前景。??

的氧原子促使燃油在燃烧室燃烧更加充分。Ａｇａｒｗａ丨和Ｄａｓ［１９］测试了不同混合比??例的生物柴油出５，８１０￥１５３２０，８２５，８３０，８４０，８５０，８７５和８１００）相对于柴油对发??动机峰值热效率的影响（如图１．４），结果发现，Ｂ２０混合燃料的热效率最大。??Ｚｈｕ等人［２Ｇ］指出生物柴油、生物柴油－乙醇以及生物柴油－甲醇混合燃料在所有??工况下的热效率均高于柴油，这是由于混合燃料中少量的乙醇有利于降低实验??燃料的粘度和密度，减小了雾化过程中的液滴粒径，进而改善了燃料的燃烧特??性。此外，采用较高的喷射压力，可以改善生物柴油液滴的雾化特性，提高燃??料的热效率。??３?－１???Ａ??０??１?！?Ｊ?１???０?２０?４０?６０?ＳＯ?１００??Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ?ｉｎ?Ｆｕｅｌ?（％）??图１．４．生物柴油混合比例对提髙峰值热效率的影响１１９１??２．排放特性??５??

但由于生物柴油的粘度和表面张力较高，其较大。Ｈａｎ等人［４２１研宄了月桂??酸甲酯、油酸甲酯和油酸乙酯三种成分生物柴油的喷雾特性，结果表明，由于??油酸甲酯和油酸乙酯的粘度和表面张力较高，产生的喷雾贯穿距较大（如图１．６??所示）；而月桂酸甲酯的ＳＭＤ小于上述两种生物柴油。Ｇａｏ等人［４３］研宄了以非??食用油为原料的生物柴油混合燃料的喷雾特性，结果表明，随着混合燃料中生??７??
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本文编号：2873168