斯特林发动机可视化喷雾及燃烧实验研究

论文摘要

斯特林发动机具备出色的高效低排放特性,特别是其振动噪声小,能源适应性广,具有广阔的应用前景。本文试验研究了斯特林发动机燃料雾化性能及燃烧情况。搭建了斯特林发动机喷雾试验台架,燃烧实验台架,研究了斯特林发动机用压力涡流喷嘴的喷雾特性,燃料物性对喷雾特性的影响,二甲醚在压力涡流喷嘴中的喷雾特性;研究了气流引射对斯特林发动机喷雾特性的影响;研究了斯特林发动机燃烧火焰的影响因素;应用双色CCD法研究了斯特林发动机内燃烧场分布情况。本文的主要研究工作可以归纳为以下三个方面:(1)斯特林发动机压力涡流喷嘴喷雾特性试验研究通过添加剂对流体物理性质的改变,研究表面张力,粘度对压力涡流喷嘴喷雾宏观特性的影响。通过改变二甲醚与柴油的比对喷雾实验,研究二甲醚对压力涡流喷嘴喷雾特性的影响。结果表明:①表面张力对喷雾锥角的影响很小,在各种工况下,高粘度的液体的喷雾锥角明显降低。②相同燃油流量,柴油所需的喷油压力明显高于二甲醚。③高背压下,二甲醚的喷雾形态和柴油的喷雾形态大致相同;低背压下,二甲醚的喷雾形态窄瘦,柴油喷雾形态饱满。④相比柴油,二甲醚的粒径分布更加均匀,喷油压力对二甲醚的粒径分布的影响很小。(2)斯特林发动机的气体引射与油气混合试验研究应用高速摄像技术研究有无气体引射下喷雾形态的异同。应用激光测粒技术研究有无气体引射对喷雾微观特性的影响。结果表明:①相比无气体引射时的喷雾形态,有气体引射时,广泛存在的孕育期滴液现象完全消失,稳定喷雾的形成期明显变短,喷雾液滴扩散范围变大。②相比无气体引射时的喷雾粒径分布,有气体引射时,喷雾粒径的分布更加集中。③相比无气体引射,有气体引射时,不同的空间位置点的索特平均直径总体上增大,但相互间的差异有所减小。(3)斯特林发动机的燃烧可视化实验研究应用高速摄像机研究斯特林发动机着火情况,火焰结构;应用双色CCD法对模拟燃烧室温度场进行研究。结果表明:①对于斯特林发动机,只有在喷油压力足够大,进气量比较小时,才能形成稳定的火焰。②火焰本身具有一定的旋转。火焰长度随着引射空气量的增加而变短。③无空气引射时,火焰温度的最高区域出现在火焰的外围,有空气引射下火焰的最高区域出现在燃烧室的中间,火焰的高温区域增加,平均温度升高。本研究工作为了解斯特林发动机的燃气混合状况,优化斯特林发动机的燃烧与性能做出了大量有益的工作,具有良好的理论价值及工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 斯特林发动机
• 1.2.1 斯特林发动机的工作原理
• 1.2.2 斯特林发动机的结构
• 1.2.3 斯特林发动机的应用
• 1.2.4 国内外斯特林发动机研究的新进展
• 1.3 燃气再循环技术
• 1.4 燃烧室测温技术
• 1.5 课题来源及主要研究内容
• 第二章 斯特林发动机喷雾试验台架与装置
• 2.1 试验台架介绍
• 2.1.1 喷雾试验台架
• 2.1.2 压力涡流喷嘴
• 2.1.3 燃烧试验台架
• 2.2 测试装置介绍
• 2.2.1 高速摄影设备
• 2.2.2 粒径测试系统及设备
• 2.2.3 喷雾锥角测试软件
• 2.3 本章小结
• 第三章 燃料物性对压力涡流喷嘴喷雾特性的影响
• 3.1 液滴的雾化
• 3.2 表面张力对压力涡流喷嘴喷雾锥角的影响
• 3.3 粘度对压力涡流喷嘴喷雾锥角的影响
• 3.4 二甲醚压力涡流喷嘴喷雾特性
• 3.4.1 二甲醚的物理性质
• 3.4.2 二甲醚压力涡流喷嘴的流量特性
• 3.4.3 二甲醚压力涡流喷嘴的喷雾形态
• 3.4.4 二甲醚压力涡流喷嘴的喷雾粒径
• 3.5 本章小结
• 第四章 气体引射对喷雾特性的影响
• 4.1 综论
• 4.2 气体引射对喷雾宏观特性的影响
• 4.3 气体引射对喷雾粒径分布的影响
• 4.4 不同空间位置的粒径分布与平均直径
• 4.5 本章小结
• 第五章 斯特林发动机燃烧实验研究
• 5.1 双色CCD 测温法原理
• 5.2 燃烧试验过程
• 5.3 火焰形状的变化
• 5.4 温度场的变化
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结及今后工作展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢