乙醇与汽油的喷雾及蒸发特性研究

随着汽车发动机的发展,缸内直喷汽油机(GDI)逐渐成为关注和研究的重点。液体燃料喷雾的结构和蒸发与直喷汽油机内燃烧的稳定性、发动机效率以及尾气排放有着密切联系。本文通过纹影测试技术对乙醇和汽油的直喷喷雾的雾化和蒸发进行测试,研究结果表明环境温度、环境压力和喷射压力对喷雾贯穿距有着显著的影响,而燃油温度在低于燃油沸点时对喷雾贯穿距影响很小。因此可以通过控制环境温度和压力,以及燃油的喷射压力和温度对喷雾贯穿距进行优化.     

一种新型液滴蒸发液相理论模型

喷雾过程中,液滴蒸发涉及液滴与周围环境的传热、传质以及动量交换,是影响喷雾效果的重要因素。本文针对单个液滴的蒸发过程,假设液滴内部温度符合三次多项式分布,建立了一种可反映液滴内部温度分布且计算简单高效的新型液滴蒸发液相模型。以Decane油滴蒸发为例,对比了集总参数液相模型、二次多项式温度分布液相模型与三次多项式温度液相模型对液滴蒸发率与温度分布的影响。结果表明,新的三次多项式模型能够较好地反映蒸发过程中涡流与导热对内部温度分布特性的影响,既可较好地预测液滴蒸发率,又能较准确地计算液滴蒸发初始阶段内部的温度分布。     

蒸发性对燃油瞬态喷雾撞击壁面的动态传热影响

直喷发动机燃油喷雾撞击壁面形成油膜,导致燃烧效率降低,颗粒物排放增加。伴随撞壁的动态传热过程对油膜蒸发具有重要影响。本文针对正戊烷、甲醇、甲醇汽油混合燃料瞬态喷雾撞击壁面,研究了不同条件下蒸发性对燃油瞬态喷雾撞击壁面动态传热影响。结果表明,提高喷油温度可促进燃油雾化,增大喷油压力或降低喷油距离可提高液滴撞壁强度,缩短液膜存在时间。撞壁瞬态温度与热流密度动态变化特征受燃油蒸发性与喷雾条件联合影响。     

多孔介质燃烧室内湍流气液两相流的数值研究

以多孔介质发动机为背景,用数值模拟方法考察气缸内加入多孔介质蓄热体后对燃烧室内湍流流场及混合气形成的影响.建立了多孔介质随机结构的简化模型,把多孔介质视为随机分布的大量固相单元的集合.在多孔介质区域引入了Antohe和Lage提出的双方程κ-ε湍流模型.为研究喷雾液滴与多孔介质的高温壁面碰撞,引入新的喷雾模型.在模型中考虑了液滴的破碎、碰撞和合并,并且描述了喷雾和多孔介质壁面之间的相互作用.针对燃油喷雾在不同结构多孔介质内流场进行了数值计算.计算表明,喷雾与多孔介质相互作用对燃烧室内燃油液滴的蒸发、混合气的形成过程和均匀化具有重要的影响.     

应用预蒸发技术燃烧液体燃料

本文介绍了一种燃烧液体燃料的新技术－预蒸发燃烧技术：通过分离液体燃料的蒸发过程和燃烧过程,实现液体燃料的“气体化”燃烧;重点介绍利用液体燃料着火前存在的冷焰燃烧现象实现燃料预蒸发的技术原理。与传统的燃烧技术相比,液体燃料的预蒸发燃烧具有高效率、低噪音、低有害污染物特别是ＮＯｘ排放、和易调节等优点。     

蒸发段长度对钠钾合金热管启动性能影响

启动特性是衡量热管可靠性的重要指标。重力热管启动特性受工作角度、蒸发段与冷凝段长度等因素的影响。本文研究了蒸发段长度和冷凝段长度对钠钾合金重力热管启动特性的影响。实验测得变蒸发段和冷凝段长度时,钠钾合金热管的外壁面温度分布曲线。研究表明,增加蒸发段长度利于热管外壁面温度分布趋于均匀,但沿热管蒸发段轴向液池区域范围内仍存在一定的温差。     

溶液液滴在热等离子体射流中的运动和蒸发

为考察溶液注入热等离子体喷涂过程中喷雾参数对涂层质量的影响,本文建立了溶液液滴在热等离子体中运动蒸发的数学模型。模拟了液滴在不同参数下的运动和蒸发的过程,考虑了液滴、热等离子气流及液滴表面气体混合物随温度及组分的物性变化以及斯蒂芬流的影响,得到液滴的运动轨迹,蒸发速率以及半径和表面温度的变化。结果表明在一定范围内增大液...     

油束撞击形成混合气及其燃烧过程的机理研究

本文介绍了用多次喷雾叠加摄影与激光粒子分析技术对燃油喷雾撞击前后的粒径、贯穿度以及喷雾锥角等因素变化所进行的观察和测量以及介绍了利用双像高速摄影技术对燃油束撞击雾化形成的混合气以及燃烧过程特点的研究。结果表明,燃油经撞击后可显著地增大油束扩散角、不同程度地影响了燃油束的贯穿度,但对燃油束撞击前后滴径变化的影响不大。混合气形成及其燃烧过程的高速摄影研究结果表明,燃油束撞击雾化对加快燃油与空气的混合并促进其火焰扩展起到重要作用。另外撞击反弹方向和喷油压力等也是影响混合气形成和燃烧的重要因素。     

气液两相旋流燃烧的时均统计特性

通过直接数值模拟的方法研究了旋流燃烧器中三维正庚烷喷雾燃烧,为实际喷雾蒸发和燃烧问题提供参考。气相燃烧模型采用自适应单步反应机理,液相采用拉格朗日方法跟踪,液滴蒸发采用无限传导蒸发模型。本文研究了气相和液相时均特性.结果发现燃烧和中心回流区(CRZ)之间有相互促进作用;同向旋流导致更强的中心回流区(CRZ),但是会有更小的外部回流区(ORZ);富预混燃烧会有更高的化学反应速率,并且蒸发冷却的影响更为明显;湍流入流会导致更高的液滴散布和更小的液滴直径。     

柴油喷雾结构和特性的定量研究

利用PLIEF方法在定容弹里定量标定得到了现代柴油机类似工况下喷雾燃空当量比和温度场分布,半定量得到了液相喷雾密度分布.研究发现,喷雾由未裂核、液滴核(LDC)、气相浓核(VRC)、低温核(LTCore)、喷雾头部和稀薄外壳六部分组成.根据喷雾结构参数特征,喷雾的发展可以分为三个阶段.第一阶段气液相喷雾基本重合;第二阶...     

单体油珠蒸发过程放大速快速影

对于液体燃料,特别是掺入一定比例水份的乳化液体燃料的蒸发和燃烧的研究,为提高燃烧效率,降低对环境的污染是一个瞩目课题。 由于单体油珠一般在φ2mm以下,不能用一般常规拍摄。本文介绍我们自它研制三种简单的放大4×-5×的装置与热电偶温度记录仪配合成功的拍摄了单体油珠蒸发和燃烧的全过程电影片的拍摄方法。     

蒸发模型对乙醇湍流射流火焰模拟影响研究

航空发动机燃烧室高精度数值模拟需要合理的蒸发模型,目前蒸发模型对两相湍流燃烧模拟的影响定量研究不足。乙醇较其他燃料蒸发潜热大,对蒸发模型敏感。文章采用LES求解湍流、TPDF解决湍流和化学反应的相互作用,研究AbramzonSirignano(A-S)蒸发模型、Spalding蒸发模型和厚交换层(NC-TEL)蒸发模型对高雷诺数乙醇两相湍流射流火焰的数值模拟结果并与实验数据对比。定量分析不同蒸发模型对温度、混合物分数及液相分布等的规律性影响发现,A-S蒸发模型在射流中心区域与实验数据拟合较好,在其它区域表现欠佳;Spalding模型在x/d=10截面上模拟结果良好;NC-TEL蒸发模型在x/d>10截面及远离射流中心方向上的模拟结果表现最好。与其他模型相比,NC-TEL蒸发模型在液相速度上与实验数据相差最大为21.9%,表现最好。     

多孔圆肋传热传质分析

多孔肋片传热传质过程在自然界中广泛存在,本文对水在多孔圆肋中流动产生的传热传质现象进行了研究,建立了相应的物理数学模型,通过数值计算获得肋片内水的温度和流量分布,以及水沿肋长方向蒸发率的变化。讨论了外界空气温度对多孔肋片中水的流量和蒸发率的影响,并对孔隙率、长径比等因素对肋片传热传质效率的作用进行了分析．     

组合电极荷电雾化的实验研究

为合理设计微小尺度液体燃料荷电喷雾燃烧器,开展了不同运行参数下喷雾特性的PDA(相位多普勒粒子分析仪)实验研究.实验段采用由喷嘴电极-环形电极-收集网格形成的组合电极结构,以乙醇为燃料,控制不同的喷嘴电压、环形电极电压、流量、收集网格位置等参数,测试了不同条件下的喷雾粒径、轴向速度、轴向脉动速度.在本文实验工况下发现:喷嘴电极电压的增加,粒径和速度减小.环形电极可显著减小喷雾粒径和速度。在环形电极感应荷电的作用下,粒径随着环形电极电压增加而增大。流量越小,粒径、速度越小,喷雾更稳定.增大收集网格到喷嘴出口距离,由于液滴蒸发的作用会使液滴粒径变小,在液滴粒径变小和黏滞力的双重作用下液滴轴向速度减小。     

液体蒸发率及表面温度测量

基于准稳态理论,建立了一套测量液体蒸发率及气液界面温度分布的实验装置,可用于测量常温下压力在0～1000 Pa区间的液体蒸发率及准稳态蒸发界面温度分布.该装置具有较高的实验精度,能够测量蒸发界面每0.02 mm范围内的温度变化.测量了水、甲醇和四氯化碳三种工质的蒸发流率及蒸发界面附近温度分布,并计算了相应的蒸发率,测量结果与文献值相一致.本文研究对揭示气液相变机理和工程实际应用具有理论意义和应用价值.     

动力排气系统细水雾蒸发冷却试验研究

为了掌握设计的细水雾蒸发冷却器对发动机排气的喷雾降温性能,建立了喷雾降温试验台,用设计的屏蔽式气相测温装置和压力损失测量装置,准确测量了排气管内喷雾后的排气温度和压力损失。结果表明,细水雾蒸发冷却器向发动机排气内喷雾80 s,高温排气即可降至稳定温度,排气压力损失比喷雾前减小;雾化压力越大,喷雾流量越大,喷雾降温效果越好,压力损失越小;排气出口对应的液态水饱和温度可视为喷雾降温的极限温度。     

高速数字全息测量乙醇喷雾火焰中液滴三维位置、粒径及蒸发率

喷雾蒸发燃烧的研究对指导发动机燃烧系统设计具有重要意义。本文搭建了高速数字全息系统,在线测量乙醇喷雾火焰中液滴的粒径、三维位置、速度及蒸发率。对喷雾火焰中的液滴进行了统计分析,得到液滴粒径及三维空间分布。燃烧喷雾场液滴的平均粒径为68μm;非燃烧火焰测试区液滴数量多且较密集,燃烧火焰测试区液滴数量少且稀疏.追踪单液滴并处理得到湍流火焰中液滴的运动轨迹及速度。通过研究粒径的平方D2随停留时间ts的变化,测得液滴平均蒸发率为-3.343×10-7 m2/s.     

苄基叠氮化合物液滴蒸发特性试验研究

为了探究叠氮复合柴油实现快速燃烧的根本原因,本文在挂滴试验装置上利用高速摄像技术观察了初始直径为1.42 mm的苄基叠氮化合物液滴蒸发过程中的形态变化,研究了环境温度对液滴蒸发特性的影响。试验结果表明当环境温度达到苄基叠氮化合物发生液相化学反应的温度时,液滴的蒸发特性将发生根本改变,而且在液滴蒸发过程中观察到了液滴变形、气泡产生和膨胀、喷气、微爆等四种主要现象,这一强烈的反应是液滴内部的苄基叠氮化合物在液相中分解高速释放出的N_2所引起地。     

含盐脱硫废水液滴群在低温烟道蒸发特性数值模拟研究

以含盐脱硫废水在某燃煤电厂330 MW机组空气预热器后烟道的喷雾蒸发过程为研究对象,采用离散相模型研究气液两相流动、传热传质和雾化液滴的蒸发,分析了烟气温度、烟气流速、脱硫废水含盐量、液滴直径对蒸发时间,喷雾含水量、蒸发质量的影响。研究表明:含盐脱硫废水蒸发末期,由于水与结晶盐的相互作用,蒸发速率减小;脱硫废水含盐量越高,蒸发越快,盐分由1.0增加至2.0%,蒸发时间减少0.02 s;液滴直径越大,蒸发结晶的固体越大,相同直径下含盐液滴蒸发时间比不含盐液滴蒸发越短;与不含盐液滴相比,液滴直径为60μm时两者完全蒸发时间基本相当,但液滴粒径180μm时,含盐液滴完全蒸发时间比不含盐液滴缩短0.3 s;温度越高,不同含盐量的液滴完全蒸发时间越接近。     

三次多项式温度分布液相模型在液滴蒸发中的应用

三次多项式温度分布模型反映了液滴内部基于希尔球涡的实际流动,可以较为准确地预测单个液滴蒸发。鉴于三次多项式温度分布模型在预测单个液滴蒸发的准确高效性,本文以n-Decane油滴蒸发为例,采用三次多项式模型研究了通过改变初温和初始气流速度来改变初始雷诺数对液滴蒸发的影响,结果表明通过改变气流速度来改变雷诺数的情况,不同雷诺数下液滴蒸发率与内部温度分布存在较大差异;以n-Decane,n-Heptane和n-Dodecane三种不同黏度的油滴蒸发为例,对比了液滴黏度对蒸发的影响,发现不同黏度液滴的蒸发率与内部温度分布差异较大,黏度越小,蒸发率越快;在液滴蒸发的初始阶段,内部温度梯度较大。