掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的定容弹可视化研究

摘要

随着汽车保有量的不断增加，内燃机产生的污染物越来越多，使内燃机成为最主要的污染源之一；巨大的原油消耗，也给能源安全提出了严峻的考验。解决内燃机排放和燃油短缺问题，需要不断提高内燃机的性能并寻找新的可替代能源。掺水乳化柴油是在纯柴油中添加一定量的乳化物和乳化剂而形成的一种含油乳状液体。研究表明，水的汽化潜热大，可以适当的降低缸内燃烧温度，从而降低NOx的排放；水煤气反应的存在，可以有效降低缸内碳烟的生成；另外，掺水乳化柴油高温下喷射发生的微爆作用有助于燃油和空气的混合，促进PM排放物的降低。因此，进行掺水乳化柴油的喷雾燃烧研究，有利于进一步降低柴油机的排放水平。
　　首先，本文利用新研制的定容弹系统，进行了掺水乳化柴油的喷雾特性研究。利用纹影法和高速摄影技术记录乳化柴油的喷雾过程，利用MATLAB软件进行喷雾数字图像的后处理。研究了掺水乳化柴油中，不同含水量、环境背压、喷射压力对喷雾特性的影响规律。结果表明：燃油的贯穿能力随着含水量的增大而增大，但喷雾锥角随着含水量的增大而减小，其喷雾体积和面积也随含水量的增大而减小；环境背压越大，掺水乳化柴油的贯穿距越小，喷雾锥角越大，其喷雾体积和面积越小；喷射压力越高，乳化油的喷雾贯穿距越大，喷雾锥角越小，而喷雾体积和面积越大。
　　随后，进行掺水乳化柴油的燃烧特性实验，不仅进行了乳化柴油与纯柴油的燃烧特性对比，还研究了环境温度，环境密度，环境含氧量和喷射压力对乳化柴油燃烧特性的影响。结果表明，与纯柴油相比，掺水乳化柴油的燃烧持续期更短，升举长度更长，火焰面积更小，火焰亮度和碳烟产生速率更低。环境温度越高，升举长度越小，火焰亮度和面积越大，火焰高亮度区域分布更集中，发光持续期越长，且火焰传播速度更快。环境密度越低，升举长度越长，火焰亮度和面积都越小，其火焰传播速度峰值也更低，放热率峰值出现时刻越滞后，且越小。环境含氧量越低，抑制了燃油喷雾的燃烧，升举长度越长，燃烧滞燃期和持续期更长，火焰亮度和面积更小。喷射压力对掺水乳化柴油燃烧特性的影响很大，喷射压力值越高，燃烧发光滞燃期和持续期越短，火焰亮度和面积也越小，火焰升举越长，且有更大的锋面传播速度。燃油燃烧放热量与喷射压力成线性关系，喷射压力越高，燃油燃烧放热速度越快，放热率峰值更大，更早出现。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 乳化油国内外研究现状

1.3 喷雾燃烧研究进展及现状

1.4 本课题的主要研究内容

2 喷雾燃烧实验台架介绍

2.1 掺水乳化柴油的制备

2.2 预混合定容燃烧弹系统组成

2.3 定容燃烧弹实验系统设备调试

3 实验数据处理

3.1 冷态喷雾图像处理及参数定义

3.2 喷雾燃烧图像处理及参数定义

3.3 喷雾燃烧放热量、放热率计算

4 掺水乳化柴油喷雾特性

4.1 实验装置及工况

4.2 含水量对喷雾特性的影响

4.3 环境背压对掺水乳化油喷雾特性的影响

4.4 喷射压力对掺水乳化油喷雾特性的影响

4.5 本章小结

5 掺水乳化柴油燃烧特性

5.1 实验装置及工况

5.2 掺水乳化柴油和纯柴油燃烧特性对比

5.3 环境温度对掺水乳化柴油燃烧特性的影响

5.4 环境密度对掺水乳化柴油燃烧特性的影响

5.5 含氧量对掺水乳化柴油燃烧特性的影响

5.6 喷射压力对掺水乳化柴油燃烧特性的影响

5.7 本章小结

6 全文总结及展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的主要论文