生物油雾化特性的数值研究

发布时间：2020-08-08 18:09

【摘要】：生物质能是世界三大可再生能源之一,与太阳能、风能相比,生物质能是最具可运输性、可存储性的新型能源。利用热解液化技术可将热值较低的生物质转化为能源品质高的液体燃油(生物油)。根据生物油精制程度不同,其应用方式不同,而作为液体燃料直接燃烧于燃油锅炉、工业窑炉、燃油涡轮机等设备上是最为经济可行的利用方式。生物油品质较差,燃烧技术得不到市场认可,需要进一步改善生物油燃烧特性,而生物油雾化效果直接影响生物油的燃烧特性。鉴于此,利用离心式喷嘴,通过数值计算和实验方法较为全面地研究了生物油雾化过程及其雾化特性。基于两相界面追踪方法VOF(volume of fluid)对生物油及生物油/甲醇混合燃料的一次雾化特性进行了研究,明确喷射流量对流量系数、雾化锥角和液膜厚度的影响。结果表明:喷射流量对雾化锥角及液膜厚度有较大影响,对流量系数影响较小。喷射流量从0.03kg/s增加到0.12kg/s,流量系数增加3.4%,雾化角增加30.6%,而液膜厚度减小22.3%;喷嘴雾化锥角及液膜厚度对生物油甲醇含量变化较为敏感,雾化锥角随甲醇含量的增大呈线性递增,而液膜厚度随甲醇含量的增大呈线性递减。当喷射流量为0.12 kg/s,甲醇含量从10%增加到30%时,雾化锥角增大18.4%,液膜厚度减小24.3%,流量系数增大2.7%;应用数值计算结果拟合获得生物油液膜厚度公式。采用数值模拟研究了不同喷嘴结构下生物油内流场的雾化特性,考察结构参数对生物油一次雾化特性的影响。结果表明:影响喷嘴雾化特性的主要参数是喷嘴常数及旋流室与出口段直径比,其值过大或过小都会偏离最优雾化效果;旋流室长径比对雾化锥角的影响较大;出口段长径比对液膜厚度和雾化锥角有较大影响,对流量系数的影响较小;收缩室半锥角能够显著影响喷嘴雾化性能;旋流室长径比、出口段长径比及收缩室半锥角分别为0.75、3、30°时生物油雾化性能最好;在经验公式基础上,通过多元线性回归分析得到生物油流量系数公式。利用FLUENT数值计算软件和实验测量分别对生物油及生物油/正丁醇混合燃油在外流场的雾化过程进行了分析,对比考察了多种燃油的雾化性能,并探究空气流速对燃油二次雾化的影响。结果表明:当空气流量从3.0m/s增加到5.96m/s时,生物油喷雾贯穿距(STP)和索特平均直径(SMD)基本不变;液滴尺寸概率密度函数(PDF)随生物油喷射位置的变化趋于正态分布;随着空气流量的增加,在不同的喷射位置液滴尺寸峰值降低。生物油/正丁醇混合燃油相较于生物油来说,其黏度低,表面张力小,因而呈现出不同的雾化性能。提高正丁醇比例可增加雾化贯穿距,同时减小液滴索特平均直径;但生物油中正丁醇含量超过15%时,液滴直径基本相似,说明添加过多的正丁醇对改善生物油雾化性能作用较小。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6
【图文】：

消费量,中国石油

}中国石油消费量

消费量,中国天然气

图IJ中国天然气消费量

化石能源,消费量,生物质能,生物质

生物质能概述逡逑生物质能是世界三大可再生能源之一，与其他可再生能源如太阳能、比，生物质能是最具可运输性、可存储性新型能源。利用生物质能可减和温室效应，使废弃物资源利用最大化。在我国能源政策的推动下，用生物质能具有重大战略意义。逡逑．１生物质与生物质能逡逑卩农业类逡逑农林水产资源逦朴儿央￣￣逡逑叫邋Ｓ质逦丨媝逡逑—邋畜产类逡逑生物质——废弃物生物质——农业逡逑

【参考文献】