甲醇喷雾特性与裂解特性研究

摘要

近年来随着我国汽车产业的快速发展,石油资源对外依存度的持续攀升,内燃机的发展面临着巨大的机遇和挑战。寻找高效、清洁、来源广泛的替代燃料成为解决这一困局的主要途径。
　　在我国,甲醇由于来源广泛,辛烷值高,抗爆震,易降解,含氧量高,燃烧过程需要的空气较少,燃烧充分,燃烧速度快,持续期短,有效提高内燃机的热效率;且燃烧生成产物主要是H2O和CO2,污染小,显著改善发动机的排放。因此,甲醇作为替代燃料受到广泛关注,大量的科研工作者投入精力对甲醇在发动机上的应用开展了深入的研究。本研究正是在这样的背景下,通过研究甲醇的喷雾特性和裂解特性,为甲醇今后在发动机上的广泛应用奠定基础。
　　本研究设计制作定容燃烧弹和甲醇加热裂解装置。利用定容燃烧弹完成了甲醇喷油器的流量特性试验,随后利用PIV激光测试技术、图像处理技术和AVL-Fire仿真模拟计算技术,研究了甲醇喷雾特性;利用气相色谱仪技术对甲醇在不同催化剂作用下的加热裂解成分进行了定量分析。
　　研究结果表明:甲醇喷油器的射流质量流量与背压的关系符合伯努利方程的变化趋势,当背压0.3MPa与喷射压力相同时,质量流量趋于某一定值,喷射无法正常进行。喷雾试验和仿真结果表明:背压对喷雾贯穿距离影响明显,温度影响较小;背压和温度对甲醇蒸发量影响较为复杂,背压0MPa时,温度变化对甲醇蒸发量影响较小,背压0.2MPa和0.3MPa时,温度升高甲醇蒸发量明显增加;温度20℃时,背压升高甲醇蒸发量明显减少,温度60℃时,背压变化对甲醇蒸发量影响很小;背压和温度对喷雾SMD影响明显。甲醇裂解特性试验表明:甲醇经过加热催化后气相色谱仪检测到的气体成分是:H2、CO、CH4、水蒸气和甲醇蒸汽,甲醇裂解率峰值随催化剂改变而呈现不同规律,甲醇在不同催化剂作用下被催化前后的温度存在较大差别。

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第一章 绪论

1.1提高内燃机经济性和降低内燃机排放的必要性

1.2代用燃料的研究与发展现状

1.3甲醇作为替代燃料具有广阔的应用前景

1.4本课题的主要内容和意义

第二章 液体喷雾发展机理和研究方法

2.1液体喷雾研究历史

2.2液体喷雾雾化机理

2.3液体喷雾的主要研究方法

2.4液体喷雾过程一般特性的经验公式

2.5小结

第三章 甲醇喷雾特性试验研究

3.1甲醇喷油器流量特性试验

3.2甲醇低压喷射喷雾特性试验

3.3小结

第四章 甲醇喷雾特性数值模拟计算及分析

4.1控制方程的数学模型

4.2液体喷雾破碎模型

4.3甲醇低压喷雾试验仿真计算

4.4仿真结果分析

4.5小结

第五章 甲醇加热裂解特性试验研究

5.1甲醇加热裂解特性试验装置和试验内容

5.2甲醇加热裂解试验测试结果

5.3小结

第六章 全文总结及工作展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢