掺水乳化柴油喷雾燃烧特性研究

摘要

面对日益严峻的能源形势和环境保护压力，如何解决严重的内燃机排放和燃油短缺的问题已成为内燃机研究领域的重要课题。乳化柴油因为其良好的减排节能特性而成为一种理想的替代能源，本文利用定容燃烧弹系统结合纹影法和高速摄像技术进行了掺水乳化柴油的喷雾燃烧特性可视化研究，研究了不同环境因素对乳化柴油喷雾燃烧特性的影响以及对比研究了纯柴油与乳化柴油喷雾燃烧特性的共性与差异，深入探讨乳化柴油节能减排的机理，推动乳化柴油在实际工程中的运用。
　　本文首先进行了乳化柴油在不同环境因素下的喷雾燃烧特性研究，围绕环境因素对喷雾卷吸周围空气的能力,燃油破碎能力,温升和当量比分布等特性进行乳化柴油的喷雾燃烧特性分析，结果表明：喷射压力越高，喷雾卷吸空气的能力越强，滞燃期和燃烧持续期越短，火焰亮度和面积也越小。环境含氧量增大能够明显提高反应区的环境温度和反应速度，燃烧火焰亮度峰值和燃烧火焰面积大幅增高。环境温度越高，滞燃期越短，导致火焰升举距离越短，同时燃烧综合火焰亮度越大，碳烟生成的速率较大，但提高环境温度，可以加速碳烟的氧化和分解，使得燃烧火焰亮度和面积在燃烧后期迅速衰减，从而使SOOT残留量减少。环境密度越大，喷雾整体体积越小，但卷吸空气质量越多，使得燃油温升越快，混合气当地的温度越高，燃料着火越迅速，但高环境密度使得火焰亮度峰值明显增大，SOOT生成的速率和密度均大幅增大。乳化柴油含水量越高，滞燃期越长，油气混合越均匀，使燃烧持续期越短，另外乳化柴油火焰的综合火焰亮度和高亮度集中区域比纯柴油更小更均匀。
　　随后本文对比研究了纯柴油和掺水20％的乳化柴油在不同环境因素下的喷雾结构和火焰结构，结果表明：在本文研究的实验工况范围内，同一工况下W20的滞燃期，最高燃烧火焰亮度和燃烧火焰面积均小于纯柴油，说明掺水乳化柴油确实能够有效降低SOOT的生成，同时，由于高温可以促进“微爆”现象以及水煤气反应的发生，所以在高温工况下，乳化柴油抑制SOOT生成的作用更加明显。本文还发现W20在环境密度7.5kg/m3和10kg/m3这两个工况点之间存在一个影响到乳化柴油喷雾卷吸空气能力的阈值点，该阈值点决定了燃油的温升速度，以及混合气燃烧温度能否迅速达到燃料裂解温度，燃烧反应是否从脱氢加氧反应路径跳跃至大分子燃料的高温裂解反应路径，但纯柴油在本文的工况范围内不存在这样的阈值点。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 乳化柴油国内外研究现状

1.3 内燃机喷雾燃烧研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

2 喷雾燃烧系统介绍

2.1 预混燃烧加热式定容燃烧弹系统组成

2.2 喷雾燃烧宏观参数的定义

3 掺水乳化柴油冷态喷雾，喷雾蒸发特性

3.1 实验工况设置

3.2 含水量对冷态喷雾，喷雾蒸发特性的影响

3.3 喷射压力对掺水乳化油冷态喷雾，喷雾蒸发特性的影响

3.4 环境密度对掺水乳化油冷态喷雾，喷雾蒸发特性的影响

3.5 环境温度对掺水乳化油冷态喷雾，喷雾蒸发特性的影响

3.6 本章小结

4 掺水乳化柴油喷雾燃烧特性

4.1 实验工况设置

4.2 喷射压力对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

4.3 环境含氧量对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

4.4 环境温度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

4.5 环境密度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

4.6 含水量对喷雾燃烧特性的影响

4.7 本章小结

5 纯柴油与掺水乳化柴油喷雾燃烧特性对比

5.1 环境含氧量对掺水乳化柴油与纯柴油喷雾燃烧特性的影响

5.2 环境温度对掺水乳化柴油与纯柴油喷雾燃烧特性的影响

5.3 环境密度对掺水乳化柴油与纯柴油喷雾燃烧特性的影响

5.4 本章小结

6 全文总结及展望

6.1 全文总结

6.2 全文展望

致谢

参考文献