二甲醚/柴油混合燃料喷雾特性研究

论文摘要

本文使用闪光摄影法对二甲醚/柴油混合燃料的喷雾特性进行了研究，使用马尔文法和PIV法对纯柴油的喷雾特性进行了研究。并对孔径为0.315mm、启喷压力为20Mpa条件下闪光摄影法所拍摄的不同二甲醚掺混比的三个工况点、马尔文法和PIV法所测定的纯柴油的粒子尺寸分布进行了理论计算。闪光摄影法的主要研究方法是从相同喷嘴孔径相同喷射压力不同掺混比、相同喷射压力相同掺混比不同喷嘴孔径、相同掺混比相同喷嘴孔径不同喷射压力三个方面进行了对混合燃料的喷雾特性进行对比研究，从而确定最佳的启喷压力、喷孔孔径和掺混比。并以马尔文法和PIV法的测定结果进行对比，对闪光摄影法的结果进行验证。在试验中，所选定的启喷压力为16Mpa、17Mpa和20Mpa，二甲醚掺混比为0%、10%和20%（即混合燃料中二甲醚所占质量分数，并按二甲醚掺混比的多少将燃料记为D0、D10和D20），所使用喷嘴的孔径分别为0.26mm、0.315mm和0.383mm。试验的主要内容分为四部分：1、当启喷压力为20Mpa、二甲醚掺混比为20%，喷嘴孔径分别为0.26mm、0.315mm和0.383mm时，混合燃料的喷雾特性；2、当二甲醚掺混比为20%、喷嘴孔径为0.315mm，喷射压力分别为16Mpa、17Mpa和20Mpa时混合燃料的喷雾特性；3、当喷嘴孔径为0.315mm、喷射压力为20Mpa，二甲醚掺混比分别为0%、10%和20%时混合燃料的喷雾特性；4、使用马尔文激光粒度仪对喷射压力为20Mpa、二甲醚掺混比为0%（纯柴油）及喷嘴孔径为0.315mm条件下混合燃料的喷雾特性进行测定。导师曹建明教授基于最大熵原理和质量、动量守恒定律推导出了喷雾液滴尺寸分布函数。在此基础上，使用FORTRAN Powerstation4.0软件，编写程序，对喷嘴孔径为0.315mm、喷射压力为20Mpa时掺混比分别为0%、10%和20%时的喷雾液滴的尺寸分布、马尔文法测定的结果以及PIV法的测定结果进行了数值计算，试验结果与数值计算结果拟合良好，得到了各工况下的拉格朗日因子的初始值。结果表明：1、随喷嘴孔径减小，雾化质量变好，波峰向左偏移，长度平均直径D10、体积平均直径D30和索特平均直径D32均呈减小趋势；2、随启喷压力增大，雾化质量变好，波峰向左偏移，长度平均直径D10、体积平均直径D30和索特平均直径D32均呈减小趋势；3、随掺混比增大，雾化质量变好，波峰向左偏移，长度平均直径D10、体积平均直径D30和索特平均直径D32均呈减小趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 代用燃料研究现状
• 1.2.1 醇类燃料研究现状
• 1.2.2 天然气
• 1.2.3 液化石油气
• 1.2.4 生物柴油
• 1.2.5 煤制油及天然气合成油
• 1.3 二甲醚研究现状
• 1.3.1 二甲醚简述
• 1.3.2 二甲醚的喷雾特点
• 1.3.3 二甲醚的燃烧特点
• 1.3.4 二甲醚的排放特点
• 1.3.5 二甲醚的存在的问题
• 1.3.6 二甲醚的研究现状
• 1.4 喷雾技术概述及研究现状
• 1.4.1 喷雾技术简述
• 1.4.2 雾化质量的评价
• 1.4.3 喷雾测试技术简介
• 1.4.4 喷雾技术的应用
• 1.4.5 喷雾技术的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 闪光摄影法测定混合燃料喷雾特性试验
• 2.1 试验方案
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验过程
• 2.3.1 标准丝的拍摄
• 2.3.2 纯柴油喷雾试验
• 2.3.3 D10 混合燃料喷雾试验
• 2.3.4 D20 混合燃料喷雾试验
• 2.4 试验数据处理
• 2.4.1 标准丝图片处理
• 2.4.2 喷雾试验图片处理
• 2.4.3 液滴长度平均直径、体积平均直径和索特（Sauter）平均直径的计算
• 2.4.4 液滴特征直径的计算
• 2.4.5 液滴的相对尺寸范围和发散边界
• 2.5 试验结果及分析
• 2.5.1 同掺混比同启喷压力不同孔径雾化质量对比
• 2.5.2 同掺混比同孔径不同启喷压力雾化质量对比
• 2.5.3 同孔径同启喷压力不同掺混比雾化质量对比
• 2.6 本章小结
• 第三章 不同方法测定纯柴油喷雾特性试验
• 3.1 马尔文法测定纯柴油喷雾特性试验
• 3.1.1 马尔文 Spraytec 喷雾激光粒度仪简介
• 3.1.2 试验方案
• 3.1.3 试验参数设置
• 3.1.4 试验结果
• 3.1.5 试验结果处理与分析
• 3.2 PIV 测定纯柴油喷雾特性试验
• 3.2.1 PIV 粒子测量技术简介
• 3.2.2 试验结果
• 3.2.3 试验结果分析
• 3.3 三种测试方法尺寸分布比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 二甲醚/柴油混合燃料液滴尺寸分布理论计算
• 4.1 液滴尺寸分布函数
• 4.1.1 液滴尺寸分布函数的推导
• 4.1.2 液滴蒸发和碰撞对液滴尺寸的影响
• 4.2 液滴尺寸分布理论计算的参数设置
• 4.2.1 拉格朗日因子
• 4.2.2 试验参数
• 4.3 闪光摄影法液滴尺寸分布理论计算
• 4.3.1 D0（纯柴油）燃料理论计算
• 4.3.2 D10 混合燃料理论计算
• 4.3.3 D20 混合燃料理论计算
• 4.4 马尔文法液滴尺寸分布理论计算
• 4.5 PIV 法液滴尺寸分布理论计算
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢