柴油—生物柴油混合燃料喷雾特性试验研究

采用高分辨率数码照相机对柴油与柴油—生物柴油混合燃料喷雾特性进行了对比研究。结果表明,随着生物柴油掺混比的增大,燃料黏度增大,喷雾锥角变小,Sauter平均直径增大。与MB24相比,柴油的相对尺寸范围和发散边界较大,因此其Sauter平均直径比MB24混合燃料的略大。由于乙醇的稀释作用,改制油MB24的Sauter平均直径最小,雾化质量明显改善。从喷雾液滴尺寸的数目分布可以看出,所有燃料的曲线峰值均位于14μm处,小颗粒液滴较多。随着生物柴油掺混比的增大,曲线峰值下降,下降趋势均匀平缓,说明燃料黏度的增大将使雾化油滴的尺寸分布渐趋均匀。从液滴尺寸的累积体积分布可以看出,随着生物柴油掺混比的增大,达到某一累积体积的油滴直径增大,说明大颗粒油滴增多。     

生物柴油—柴油混合燃料喷雾液滴尺寸数目分布的理论预测

运用最大熵原理和质量守恒定律导出的喷雾液滴尺寸分布函数,建立了生物柴油—柴油混合燃料的喷雾液滴尺寸分布模型,对柴油、生物柴油—柴油混合燃料进行了模拟计算,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,随着生物柴油掺混比的增大,燃料黏度增大,喷雾锥角变小,索特平均直径增大,计算数据与试验数据吻合很好。     

柴油喷雾与LPG/柴油混合喷雾的对比研究

以ZH1105W柴油机为模型,采用Jaynes等人提出的雾化液滴尺寸和速度联合数目分布函数,对柴油喷雾和LPG/柴油混合喷雾的燃料液滴尺寸和速度数目分布进行了对比研究;采用液滴蒸发和碰撞模型对液滴尺寸理论数目分布与试验结果进行了对比研究。液滴尺寸和速度联合数目分布的研究结果表明,随着液体喷射速度的增大,液滴尺寸数目分布曲线向小颗粒偏移。随着液滴尺寸的增大,较大颗粒的液滴速度数目分布曲线的峰值先明显增大,到达中等尺寸后又明显减小。由于LPG/柴油混合燃料的闪急沸腾喷雾对燃料液滴具有突爆的加速作用,L30速度分布曲线的峰值速度比柴油的明显增大。累积的液滴尺寸分布和速度数目分布研究表明,由于混合燃料的闪急沸腾喷雾,L30尺寸数目分布曲线峰值相对于柴油向小颗粒方向偏移,L30的峰值大于柴油的峰值。说明L30喷雾所产生的小颗粒液滴多于柴油,雾化质量提高,碳烟排放得以大幅度降低。L30速度分布曲线的峰值比柴油略小一些,且略微向大速度方向偏移。说明与柴油相比,L30燃料较大速度液滴的数目略有增加。液滴蒸发和碰撞模型对于石油液体燃料的研究是可行的,对于液化气体燃料与石油液体燃料的混合燃料的研究,模型还有待于进一步改进。     

二甲醚-柴油混合燃料在柴油轿车上的应用研究

采用电控单点二甲醚进气管气态喷射系统,在捷达SDI柴油机上进行了二甲醚-柴油混合燃烧的试验研究.在发动机工作范围内对二甲醚-柴油的混合燃烧比率进行了优化,确定了二甲醚-柴油混合燃烧掺烧比脉谱.在轮毂试验台上对改装后的二甲醚-柴油混合燃料轿车进行了试验,并对试验结果进行了分析.     

柴油和生物柴油喷雾特性研究

在喷雾特性实验台上,利用马尔文激光粒度分析仪对定压力下柴油和生物柴油的微观喷雾特性进行了研究,对柴油和生物柴油油滴的索特平均直径、尺寸数目分布、累计体积分布和特征直径进行比较,实验结果表明,在同一喷射压力下,生物柴油油滴的索特平均直径和特征直径均大于柴油的,生物柴油向大颗粒方向偏移,生物柴油的雾化质量比柴油差。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的燃烧特性

针对1台6缸增压中冷电控高压共轨柴油机,在不改变原柴油机结构和喷油参数的条件下,研究了生物柴油的掺混比例对发动机燃烧特性的影响。结果表明:小负荷时发动机有预喷射,随着生物柴油掺混比的增大,生物柴油-柴油混合燃料的滞燃期缩短、缸内最高燃烧压力下降,预喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值减小,且对应的相位提前;主喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值增大,且对应的相位后移。随着负荷的增大,发动机喷油策略改为单次喷射,随着生物柴油掺混比的增大,缸内最高燃烧压力下降,燃烧持续期缩短,压力升高率峰值略有增大,瞬时燃烧放热率峰值逐渐减小且对应的相位前移。两种不同负荷条件下,随着生物柴油掺混比的增大,混合燃料的指示热效率逐渐下降。     

聚甲氧基二甲醚对轻型柴油机排放特性的影响

为了降低柴油机的颗粒排放,将聚甲氧基二甲醚(PODE)按照体积分数10%,20%和30%掺混于柴油中,制备出柴油-PODE混合燃料(记为P10,P20和P30),在一台轻型柴油机上对柴油-PODE混合燃料进行了燃烧和排放特性试验研究,并采用热重方法分析了混合燃料的挥发性与氧化特性。结果表明:P10,P20和P30在常温下都具有良好的稳定性,在0~5℃区间PODE掺混比例高于20%将出现浑浊现象,混合燃料的黏度随着掺混比例增加与温度升高而逐渐下降;随PODE掺混比例的增加,混合燃料的活化能下降,综合燃烧指数提高,P10,P20和P30的起始失重温度相对于柴油分别降低了3.3,4.3,5.3℃,起始燃烧温度分别降低了9.4,17.8,24.2℃;柴油机燃用柴油-PODE混合燃料时,随着PODE掺混比例的增加,滞燃期缩短,放热率曲线和压力升高率曲线向前偏移,缸内最高压力提高;在标定工况下,燃用P10,P20和P30的烟度较燃用柴油分别降低了26.1%,31.2%和34.8%,颗粒物较柴油在各粒径下的质量浓度均有不同程度降低,且分布峰值向小粒径偏移。     

正丁醇-柴油混合燃料喷雾特性的模拟研究

根据喷雾可视化试验的结果,利用三维CFD软件建立了正丁醇柴油喷雾的仿真模型,并验证了模型的准确性。利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了喷雾的发展过程,计算了不同掺混比对喷雾贯穿距、液滴索特平均直径、速度场、密度场的影响。结果表明:模拟计算与可视化试验结果基本一致;随着正丁醇掺混比的增加,混合燃料的喷雾贯穿距和索特平均直径均降低,喷雾锥角变大,雾化特性变好。     

共轨柴油机燃用生物柴油-汽油混合燃料的性能与排放研究

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台6缸高压共轨柴油机上进行生物柴油与汽油混合燃料的性能试验。研究结果表明:随着汽油掺混比的增加,生物柴油-汽油混合燃料的黏度、凝点和馏程温度降低,热值有所提高;在部分负荷和中等负荷下,生物柴油-汽油混合燃料的峰值燃烧压力、峰值放热率和燃烧温度都会升高;在大负荷下,3种燃料的缸内压力、瞬时放热率和燃烧温度相差不大。发动机转速为1 400 r/min时,与生物柴油相比,BD90G10和BD83G17的NO_x排放分别增加4.2%和6.7%,而炭烟排放显著降低。对于超细颗粒物(D<220 nm)而言,混合燃料的峰值数浓度对应的直径小于生物柴油;在低负荷和中等负荷下,汽油掺混能够有效降低超细颗粒物排放,但在大负荷下,BD90G10和BD83G17的颗粒数浓度相差不大,表明汽油掺混比的进一步增大对超细颗粒物排放的减少影响较小。     

电控单体泵系统喷射特性仿真研究

对电控单体泵的喷射特性进行了建模仿真。研究了燃油系统结构参数对喷射压力和喷油速率的影响以及转速对喷射延迟的影响。结果表明:喷射延迟时间随着转速的增加而增加;喷射压力与柱塞—喷孔直径比成正比,而喷油速率与柱塞—喷孔直径比成反比,柱塞—喷孔的直径比决定了燃油喷射系统可能达到的最大喷油压力和最大喷油速率;最大喷射压力和最大喷射速率都随着长度比的升高而降低,最大喷射压力受长度比的影响比最大喷射速率更加敏感。     

2-甲基呋喃及其与异辛烷掺混燃料喷雾的微观特性研究

第二代生物燃料2-甲基呋喃(MF)由于其独特的物理化学性质受到学者们的广泛关注,研究MF以及它的掺混燃料在不同条件下的雾化效果也显得尤为重要。利用相位多普勒技术(PDPA),在不同喷射压力、环境温度、环境背压下,研究了MF、异辛烷以及两者等体积掺混燃料MF50喷雾的粒径与速度分布规律。结果表明:测试燃料的喷雾粒径整体分布呈现油束中心大,两端小的对称分布。微粒速度随环境背压的增加而降低,并且在低背压下速度为双峰分布,高背压下则是单峰分布。随着环境背压的增大,异辛烷粒径不断增加,MF粒径先减小再增加。     

二甲醚／柴油混合燃料在压燃式发动机上的应用

为探索二甲醚/柴油混合燃料作为柴油机替代燃料的应用性能,对D20二甲醚/柴油混合燃料的喷雾特性进行了试验研究;同时,开展了直喷式柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料动力性能、经济性能及排放性能研究。结果表明:在同样的环境背压下,D20混合燃料的油束与柴油相比较,贯穿度有所缩短,喷雾锥角有所增大;柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料时,通过适当调整循环油量,发动机的动力性可以超过原柴油机,最低当量比油耗下降4.5%,烟度指标下降70%以上,NOx排放降低30%~50%;二甲醚/柴油混合燃料是一种能实现高比功率、低排放的石油替代燃料。     

基于马尔文法测量柴油雾化规律的实验研究

使用马尔文法测定在同一喷嘴孔径下不同启喷压力和同一启喷压力不同喷嘴孔径的柴油雾化特性,分析每个工况点的平均直径、特征直径、发散度、液滴尺寸数目分布,得到其变化趋势。结果表明:喷嘴孔径固定,增大启喷压力雾化效果变好;启喷压力固定,减小喷嘴孔径,雾化效果变好。     

Influence of nozzle hole diameter and orifice diameter on dme spray to get the similar heat value with diesel spray using the constant volume chamber

Low heating value (LHV) of di-methyl ether (DME) is lower than that of diesel. To get the similar heat value with diesel from the diesel engine operation, single injection quantity of DME should be increased. This investigation was tried to increase the injection quantity of DME by the modified diesel injector and investigated the penetration length and spray angle of DME spray. DME was injected by using three-type modified diesel injectors those nozzle-hole diameters (Injector 1: 1.66 mm, Injector 2 and 3: 0.25 mm) and orifice diameters were different (Injector 1 and 2: 0.6 mm, Injector 3: 1 mm). Spray characteristics of DME was investigated with a various ambient pressures (2.5, 5.0 MPa) in the constant volume chamber and a fuel was injected by varied injection pressure from 35 to 70 MPa by interval of 5 MPa using a DME common rail fuel injection system. The result shows that DME injection quantity by Injector 3 was 1.69 ~ 2.02 times larger than that of diesel injection quantity by Injector 1. In this case, DME spray got the similar heat value compared with diesel spray. The penetration speed of DME spray by Injector 3 was the fastest, thus when the spray development was end, the penetration length of DME spray by Injector 3 was the longest compared with the other cases. In case of the spray angle, Injector 2 and 3 had the similar spray angle and these were larger than that of diesel and DME sprays by Injector 1. As the result, Injector 3 was the solution for how to solve the low heating value of DME.     

Analysis of the transient atomization characteristics of diesel spray using time-resolved PDPA data

The transient atomization characteristics of a single-hole diesel spray were investigated to clarify the time-dependent droplet formation process of the spray through time-resolved analysis of the droplet size data acquired by using a 2-D PDPA (phase Doppler particle analyzer). Comparisons among the three single-hole diesel nozzles on the atomization characteristics were made to confirm the effects of the hole-diameter. The hole diameter of the single-hole diesel nozzles varied with d_n=0.22, 0.32 and 0.42 mm. The time-resolved diameter, SMD (Sauter mean diameter) and AMD (arithmetic mean diameter) of droplets in diesel spray injected into still ambient air were measured. The SMD and AMD decreased with decreasing nozzle hole diameter. The SMD distribution along the spray centerline steeply decreased with increasing axial distance before reaching a constant value. In the time-dependent analysis of the SMD of the whole flow field, the SMD gradually increased with time after the initiation of injection, reached a maximum value, and then decreased.     

二甲醚—柴油混合燃料应用研究

分析了二甲醚物理化学特性,并在增压中冷多缸柴油机上进行了低比例二甲醚与高比例柴油混合燃烧试验研究。结果表明,通过优化供油系统参数,在柴油机上掺烧D30(二甲醚柴油质量分数比3∶7),动力性与原柴油机相当,燃油经济性有所改善,PM排放大幅度下降,NOx在整个负荷范围内得到控制。     

柴油超临界喷雾大涡数值模拟研究

随着现代内燃机燃烧室内温度和压力的不断提升,液体燃料往往处于超临界状态,与亚临界状态相比,其喷雾射流行为特征发生了很大的变化。本研究采用大涡数值模拟方法对超临界环境下的单组分和多组分柴油表征燃料喷雾射流进行数值计算,对比了不同气体状态方程预测柴油表征燃料超临界射流行为的差异性,发现PR气体状态方程对正庚烷质量分数分布的模拟结果与实验值更接近,相较于其他状态方程表现更好;另外还发现本研究采用的多组分柴油表征燃料(正庚烷质量分数80%、甲苯质量分数10%、环己烷质量分数10%)可较好地反映超临界环境下真实柴油喷雾射流特征。