叠氮复合柴油液滴蒸发特性及影响机理研究

发布时间：2017-09-08 17:39

  本文关键词：叠氮复合柴油液滴蒸发特性及影响机理研究

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【摘要】：为满足高机动性的要求，大幅度提高柴油机的功率密度对车辆具有极为重要的意义。而高功率密度柴油机必须组织燃油的高效和快速燃烧，这是提升柴油机功率密度的关键因素，也成为了技术瓶颈之一。良好的液态燃油雾化、蒸发特性是改善其燃烧过程的必要条件。本课题拟探索一种基于叠氮化合物液相分解反应的叠氮复合柴油液滴蒸发机理，为高功率密度柴油机的快速燃烧组织提供新的技术途径。 首先，本文从理论上系统分析了叠氮化合物分解反应对于叠氮复合柴油液滴蒸发特性的可能影响，从叠氮化合物分解反应发生的时间、地点、数量及速率等角度出发，总结了所有可能的分解反应对叠氮复合柴油蒸发特性的作用途径，并定性分析了各作用途径下分解放热及氮气释放可能带来的液滴蒸发特性的改变，提出了伴有分解反应的叠氮复合柴油液滴蒸发理论假设。然后通过理论计算和试验手段获得了叠氮化合物的分解引发途径、热行为及热分解动力学方程等典型分解特性，为后续的试验数据分析和模型构建提供了理论支撑和数据支撑。 本文利用挂滴试验装置对叠氮化合物、叠氮复合柴油液滴的蒸发特性进行了系统分析，从直径平方曲线和液滴温度曲线获得了叠氮化合物及叠氮复合柴油液滴蒸发的阶段特征，结合图像分析了各阶段及典型时刻的蒸发现象，总结并得到了叠氮复合柴油的三阶段快速蒸发特性，支撑了前期单缸机试验研究中叠氮复合柴油具有快速燃烧特性的结论。然后在此基础上开展了苄基叠氮化合物质量分数、液滴初始直径等液滴初始参数及环境温度等外部条件对液滴蒸发特性的参数影响规律，为叠氮复合柴油的优化及其在柴油机上的应用奠定了基础。 本文基于有效扩散率的多组分液滴蒸发模型，构建了挂丝传热模型、辐射传热模型及叠氮化合物分解放热模型，基于UNIFAC方法构建了气液相耦合模型，忽略氮气的生成以及可能导致的液滴破碎，进而形成了可部分体现叠氮复合柴油液滴蒸发特性的模型。试验验证结果表明该模型能够部分体现叠氮复合柴油的液滴蒸发特性。 本文通过试验研究与仿真研究相结合的手段解耦了柴油的多组分特性、苄基叠氮化合物与柴油的物性参数差异和苄基叠氮化合物分解放热及分解反应所释放的氮气等因素对叠氮复合柴油蒸发特性的影响，得到了叠氮复合柴油液滴蒸发特性的内部作用机理。研究结果表明叠氮复合柴油的快速蒸发特性是上述因素共同作用的结果，其中分解反应所释放的氮气是导致叠氮复合柴油液滴波动和破碎并促进液滴蒸发的主要原因。此外，还获得了分解放热对液滴蒸发过程的参数影响规律，为叠氮复合柴油的优化设计提供了依据。 最后，，本文利用模型预测了亚临界状态下叠氮复合燃油液滴蒸发过程，总结了液滴初始温度、液滴相对速度、液滴初始半径和环境温度等关键参数的影响规律。
【关键词】：叠氮复合柴油 快速燃烧 快速蒸发 液滴 分解反应
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 变量符号表13-16
• 第1章 绪论16-28
• 1.1 研究目的及意义16-18
• 1.2 国内外研究现状18-27
• 1.2.1 叠氮复合柴油研究现状18-20
• 1.2.2 燃油蒸发特性试验研究现状20-24
• 1.2.3 燃油蒸发特性数值模拟研究现状24-27
• 1.3 论文的主要内容27-28
• 第2章 叠氮化合物分解特性研究28-45
• 2.1 引言28
• 2.2 伴有分解反应的叠氮复合柴油蒸发理论假设28-30
• 2.3 苄基叠氮化合物的分解特性30-34
• 2.3.1 分解引发途径及热行为分析30-32
• 2.3.2 差式扫描量热分析32-34
• 2.4 苄基叠氮化合物分解反应动力学分析34-44
• 2.4.1 计算方法34-40
• 2.4.2 计算过程及结果分析40-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第3章 叠氮复合柴油液滴蒸发特性及外部影响试验研究45-68
• 3.1 引言45
• 3.2 挂滴式高温液滴蒸发试验装置45-47
• 3.3 液滴蒸发图像处理方法及误差分析47-50
• 3.3.1 液滴蒸发图像处理方法47-49
• 3.3.2 误差分析49-50
• 3.4 叠氮复合柴油理化特性50-51
• 3.5 苄基叠氮化合物液滴蒸发特性研究51-56
• 3.5.1 低温下液滴蒸发特性51-53
• 3.5.2 高温下液滴蒸发特性53-56
• 3.6 叠氮复合柴油液滴蒸发特性研究56-60
• 3.6.1 低温下液滴蒸发特性56-57
• 3.6.2 高温下液滴蒸发特性57-60
• 3.7 叠氮复合柴油液滴蒸发特性外部参数影响研究60-66
• 3.7.1 苄基叠氮化合物质量分数60-62
• 3.7.2 液滴初始直径62-64
• 3.7.3 环境温度64-66
• 3.8 本章小结66-68
• 第4章 叠氮复合燃油液滴蒸发模型的构建及验证68-91
• 4.1 引言68
• 4.2 叠氮复合燃油液滴蒸发模型假设68-70
• 4.3 液滴动力学模型70
• 4.4 气相传热传质模型70-73
• 4.4.1 蒸发速率70-72
• 4.4.2 气相物性参数计算72-73
• 4.5 液相传热传质模型73-78
• 4.5.1 液相传热模型73-77
• 4.5.2 液相传质模型77-78
• 4.5.3 液相物性参数计算78
• 4.6 气液相耦合模型78-81
• 4.6.1 修正的 Raoult 定律79
• 4.6.2 活度系数计算79-81
• 4.7 求解方法81-84
• 4.8 物性参数84-85
• 4.9 模型验证85-90
• 4.9.1 程序验证85-86
• 4.9.2 试验验证86-88
• 4.9.3 模型对比分析88-90
• 4.10 本章小结90-91
• 第5章 叠氮复合柴油液滴蒸发特性内部作用机理研究91-106
• 5.1 引言91
• 5.2 叠氮复合柴油液滴蒸发特性内部作用机理试验研究91-95
• 5.2.1 苄基叠氮-正十六烷复合燃油液滴蒸发特性试验研究91-94
• 5.2.2 正十二烷-正十六烷复合燃油液滴蒸发特性试验研究94-95
• 5.3 物性参数差异对苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发过程的影响机理95-100
• 5.3.1 蒸发阶段分析96-97
• 5.3.2 传质过程分析97-99
• 5.3.3 传热过程分析99-100
• 5.4 分解放热对苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发特性的影响100-104
• 5.4.1 分解放热的存在对苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发特性的影响100-102
• 5.4.2 分解放热对液滴蒸发过程的参数影响规律102-104
• 5.5 本章小结104-106
• 第6章 亚临界状态下叠氮复合燃油液滴蒸发过程分析及其参数影响规律研究106-119
• 6.1 引言106
• 6.2 缸内喷雾燃烧过程中液滴蒸发过程的简化106-108
• 6.3 亚临界状态下叠氮复合柴油液滴蒸发模型构建108-109
• 6.4 亚临界状态下叠氮复合柴油液滴蒸发过程分析109-114
• 6.4.1 液滴蒸发阶段特征分析109-110
• 6.4.2 强对流条件下传热传质过程分析110-114
• 6.5 亚临界状态下叠氮复合柴油液滴蒸发过程参数影响规律研究114-118
• 6.5.1 液滴初始温度114-115
• 6.5.2 液滴相对速度115-116
• 6.5.3 液滴初始半径116
• 6.5.4 环境温度116-118
• 6.6 本章小结118-119
• 结论与展望119-125
• 结论119-123
• 创新点123-124
• 展望124-125
• 参考文献125-133
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单133-134
• 致谢134-135
• 作者简介135

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：815391