二甲醚燃料高温高压环境下喷雾特性研究

摘要

二甲醚(Dimethyl Ether,简称DME),为含氧燃料,由于制取原料来源广泛、方法成熟,同时具有十六烷值高、碳烟排放为零等优点,作为柴油的替代燃料受到了广泛的关注。由于二甲醚和柴油燃烧的理论空气量和蒸发特性有较大差异,因此作为研究燃烧的基础,详细了解高温高压条件下二甲醚的喷雾特性是十分必要的。
　　本文分别选取了增压和自然吸气式发动机缸内环境作为实验条件在定容容器内进行了模拟喷雾实验,考察了喷射压力和喷孔孔径等因素对在8.8MPa-920K与4.5MPa-800K环境条件下 DME喷雾发展过程、喷雾特性的影响规律。同时,改善KIVA-3V的KH-RT分裂模型、调整分裂常数,对DME喷雾特性进行数值模拟及分析;将 DME与柴油进行比较,讨论了基于相同发热量喷射率条件下,不同喷射压力对喷雾束内平均当量比分布的影响规律。
　　结果表明,所选用两种高温高压条件下 DME喷雾外形和喷雾发展过程没有很大差异;增加喷孔直径会使喷雾贯穿距离增加;高温高压条件下,缸内环境密度的增加导致喷雾贯穿距离减小;环境气体温度越高,DME喷雾蒸发越迅速。数值模拟结果表明,改进型喷雾分裂模型与实验结果相近;DME通过增大喷孔直径,在60 MPa的低喷射压力条件下,就能得到和柴油在200 MPa喷射压力下一样的喷雾效果。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 代用燃料二甲醚的应用与发展

1.3 喷雾研究的国内外现状

1.4 本文的研究内容

第2章 实验装置及实验方法

2.1 定容容器

2.2 点火，喷射及记录装置

2.3 光学系

2.4 实验条件选定

2.5 容器内气体组成计算

2.6 实验方法

2.7 喷雾分析处理方法

第3章 DME喷雾数值模拟

3.1 KIVA-3V软件介绍

3.2 主程序

3.3 控制方程

3.4 计算模型

3.5 液态当量比的计算与输出

3.6 后处理程序

3.7 输出变换程序k2e及喷雾内平均当量比的计算程序

3.8 DME液体的物理性质计算公式

第4章 实验结果及分析

4.1 喷雾及液滴发展过程

4.2 喷射压力对喷雾发展的影响

4.3喷孔直径对喷雾发展过程的影响

4.4 高温高压缸内环境对喷雾的影响

第5章 喷雾数值模拟结果分析

5.1 KIVA原喷雾分裂模型存在的问题

5.2 KH-RT分裂模型的改善

5.3 分裂常数的调整

5.4 当量比分布比较

5.5 喷雾内平均当量比的比较

第6章 总结与展望

6.1 总结及创新点

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文及专利