二代生物柴油噴霧燃燒特性和碳煙生成過程可視化研究.pdf

1、面對全球的能源危機和環(huán)境污染問題，汽車排放法規(guī)越來越嚴格，內(nèi)燃機燃燒是實現(xiàn)高效低污染的根本。而各種清潔替代燃料的應(yīng)用則是另外一個重要途徑。生物柴油作為清潔的可再生能源，在發(fā)動機上無需改動即可直接應(yīng)用，而目前被廣為研究的一代脂肪酸甲酯生物柴油，因穩(wěn)定性差、對發(fā)動機腐蝕嚴重等諸多弊端，在國內(nèi)始終沒能進入車用市場，而加氫催化二代生物柴油以其完全不同的分子結(jié)構(gòu)組成所帶來的良好的穩(wěn)定性、著火燃燒和排放性能成為非常有潛力的一種車用替代燃料開始被關(guān)注

2、。本文針對正構(gòu)烷烴結(jié)構(gòu)的加氫催化二代生物柴油，從采用先進的可視化激光測試技術(shù)對其噴霧、著火、燃燒和碳煙生成過程開展系統(tǒng)、深入的研究到其在柴油機上的具體應(yīng)用，為加快推進該種新型生物柴油在發(fā)動機上的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)。
　　本文在能夠模擬傳統(tǒng)柴油機活塞運行到上止點時缸內(nèi)高溫、高壓環(huán)境的可視化定容燃燒彈實驗系統(tǒng)上成功搭建了噴霧、燃燒及碳煙測試的可視化光路系統(tǒng)。采用先進的光學(xué)診斷技術(shù)首次實現(xiàn)了加氫催化二代生物柴油/柴油的混合燃油噴

3、霧和燃燒特性隨時間和空間變化的聯(lián)合測量和分析。針對現(xiàn)有碳煙測試方法復(fù)雜和測試精度偏低的問題，提出了應(yīng)用高頻背景散光探究三維空間碳煙分布的新方法。全文主要研究工作和創(chuàng)新成果如下：
　　1)基于燃燒條件下的火焰浮起長度和著火延遲期，確定了每組試驗的最佳重復(fù)次數(shù)和最佳噴油之間的時間間隔，保證了試驗所得數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。在此基礎(chǔ)上，開展了混合燃油的噴霧、燃燒和碳煙生成過程的研究。
　　2)結(jié)合自然光、激光Mie散射法和紋影法開展

4、混合燃油噴霧特性的可視化試驗。研究結(jié)果表明，噴霧液相長度的發(fā)展主要受燃油質(zhì)量流量和卷吸的環(huán)境氣體量的影響，隨著混合燃油中加氫催化二代生物柴油比例增加，混合燃油液相長度減小；噴霧氣相貫穿距主要受燃油噴射速率和蒸發(fā)速率共同影響，在低噴射壓力下，環(huán)境溫度不影響噴霧氣相貫穿距的發(fā)展，而隨著噴射壓力的升高，這種影響開始出現(xiàn)并增強，混合燃油中加氫催化生物柴油的添加比例基本不影響氣相貫穿距的發(fā)展。
　　3)采用自然火焰發(fā)光法及平面激光誘導(dǎo)熒光

5、PLIF法開展了混合燃油燃燒特性的可視化研究。研究結(jié)果表明，隨環(huán)境溫度升高，含氧量增加以及燃油十六烷值的增加均導(dǎo)致著火延遲期的縮短和火焰浮起長度的減?。欢S著燃油噴射壓力增加，著火延遲期縮短，但火焰浮起長度增加；在高噴油壓力下，火焰浮起長度長于噴霧液相長度，燃油蒸發(fā)過程與燃燒過程的相互影響較小；而低噴射壓力下，火焰浮起長度短于噴霧液相長度，液相長度末端被擴散火焰所包圍，燃燒過程與燃油蒸發(fā)過程有著較強的相互關(guān)聯(lián)和影響；隨著加氫催化生物柴油

6、比例的增加，燃燒過程中的高溫反應(yīng)區(qū)面積增大。
　　4)對混合燃油碳煙生成過程的研究表明，噴射壓力越高，碳煙初始出現(xiàn)時刻越早，出現(xiàn)位置離噴嘴距離越遠，KL峰值越低，即碳煙生成量越少；環(huán)境中含氧量越多以及環(huán)境溫度越高，初始碳煙出現(xiàn)時刻越早，KL峰值越低高；在同樣工況條件下，B0燃油KL峰值要大于B50燃油。
　　5)通過對加氫催化二代生物柴油噴霧、著火、燃燒和碳煙生成的系統(tǒng)研究，建立了混合燃油液相長度、氣相貫穿距、著火延遲期和火