生物柴油喷雾特性的数值模拟和试验研究

发布时间：2020-04-17 05:57

【摘要】：随着化石能源的逐渐枯竭和日益严峻的环境污染问题,寻找能够替代化石燃料的清洁、可再生能源已经成为世界能源领域面临的首要问题。生物柴油作为石油的替代燃料之一,凭借其环保性、可再生性等优点,受到专家学者们的广泛关注和研究。生物柴油的喷雾特性对燃烧和排放特性有很大的影响,研究生物柴油的喷雾特性对其作为替代燃油在内燃机上广泛应用具有重要的意义。采用数值模拟和试验相结合,研究了不同喷射压力(70 MPa、80 MPa、90 MPa、100MPa)和环境背压(0.5 MPa、1.0 MPa、2.0 MPa)条件下多种生物柴油的喷雾特性。试验所用的燃料分别是地沟油生物柴油(BDFw)、麻疯树生物柴油(BDFc)、棕榈树生物柴油(BDFp)和常规柴油(Diesel)。利用定容弹系统和高速摄像机研究了四种燃料的喷雾贯穿距离、喷雾面积、喷雾锥角和喷雾形态等宏观喷雾特性。利用AVL-FIRE软件建立了与实验相同环境下的喷雾模型,在油束外轮廓基本一致和贯穿距离误差基本小于5%的前提下,使用上述模型,模拟研究了四种燃料的索特平均直径(SMD)、喷雾的浓度分布和速度场等微观喷雾特性。实验研究结果表明:(1)在相同条件下,生物柴油的喷雾贯穿距离和喷雾顶端速度峰值比柴油的大,而喷雾锥角和喷雾面积比柴油的小;(2)燃料的喷雾贯穿距离、喷雾顶端速度和喷雾面积随喷射压力的增加而逐渐增大,随环境背压的增加而逐渐减小;(3)喷雾锥角随喷射压力的增加而小幅度增大,随环境背压的增加而显著增大。数值模拟结果表明:(1)生物柴油的SMD比柴油的大,SMD随喷射压力的增加而显著减小,随环境背压的增加而小幅度增大;(2)喷雾的质量主要集中于中心轴线区域,在轴线附近有明显的质量堆积现象;(3)喷雾中心区域的浓度和速度随喷射压力的增加而增大,随环境背压的增加而减小;(4)随着喷射压力和环境背压的增加,喷雾边缘与气体间的卷吸作用增强,雾化质量提高。本文所做的研究工作为深入了解生物柴油的喷雾特性及雾化研究提供了详实的理论依据,为生物柴油的推广和普及提供了理论基础。
【图文】：

(a)2016 年全球一次能源消费结构 (b)2016 年中国一次能源消费结构图 1.1 2016 年全球和中国一次能源消费结构由图 1.1 中可以看出，全球一次能源消费结构中，石油所占的比重最大，达到了之一，煤炭和天然气以第二和第三分列其后。而我国的能源消费中，煤炭以 62.0压倒性优势占据第一位，是各行业消费最多的化石燃料。交通运输系统是任何国家

(a)2015 年中国能源消费结构 (b)2030 年中国能源消费结构图 1.2 中国能源消费结构近年来，随着我国经济的快速发展，人们的生活水平显著改善，小型载客汽车和的保有量迅速增加。图 1.3 中列出了 2014 年至 2018 年间，我国汽车保有量的情况图 1.3 中可以看出，，近年来，我国汽车保有量每年大约以两千万辆的速度增长。交
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6

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本文编号：2630539