共轨条件下的柴油机燃油喷雾碰壁试验研究

在中小型柴油机混合气形成过程中,燃油喷雾碰壁和空气运动的相互作用对柴油机的燃烧以及排放有重要影响。为此,利用自制的喷雾碰壁试验台对油束撞击壁面的雾化情况进行了可视化研究。结果表明,随着喷油压力和壁面温度的提高,喷雾碰壁雾化效果进一步加强;随着碰壁距离的增加,油束撞击壁面后扩散体积减小;随着壁面倾角的增大,雾注上游半径减小、下游半径增大,卷吸高度则变化较小,整体扩散体积略有增加。     

压力对柴油/生物柴油混合燃料喷雾特性影响数值模拟

环境污染及能源短缺对当前动力机械的应用提出更高要求,研究替代燃料是一种有效途径。基于CONVERGE软件搭建了定容弹喷雾计算模型,研究柴油/生物柴油混合燃料在不同工况下的喷雾燃烧特性,为其在发动机中的实际应用提供一定的理论依据。模拟计算了体积比20%生物柴油和柴油混合燃料的喷雾特性,根据仿真结果,分析了混合燃料在喷射压力120～150 MPa,背压3.0～5.0 MPa变化下,喷雾贯穿距、索特平均直径（SMD）、速度变化的分布情况。仿真计算结果表明,混合燃料的喷雾贯穿距随着喷射压力的增大而增大、SMD减小、喷雾中心速度增大,增大喷射压力可以改善雾化;随着背压升高,喷雾贯穿距减小、SMD略微增大、喷雾中心区域速度降低,背压增加增大了气液之间作用力,不利于燃料雾化。     

生物质热解油喷雾特性试验

采用相位多普勒粒子分析仪,研究生物质热解油喷雾特性,考察气液质量流量比对液滴平均直径的影响,并与0号柴油和生物油/乙醇混合燃料的喷雾特性进行对比。结果表明：生物油的索特平均直径沿着轴向距离的增加呈先减小后增大的趋势,沿着径向不断增大;随着气液质量流量比的增加,液滴的平均直径不断减小,但减小趋势变缓;柴油雾化性能最好,生物油最差,添加乙醇能增强生物油的雾化性能。利用试验数据拟合得到生物油索特平均直径的经验公式,拟合值与试验测量值吻合良好,为生物油燃烧喷嘴的设计和运行工况的优化提供了参考。     

生物柴油喷射雾化特性试验与分析

运用高速摄影技术,研究了生物柴油和0号柴油及其不同比例混合燃料的宏观喷雾特性.结果表明:燃油喷射的初期,燃油的喷雾锥角随着生物柴油在矿物柴油中含量的增加而减小;在喷射过程中,B100和B0的喷雾锥角相差不多;矿物柴油和生物柴油喷雾的自由贯穿距由小到大,逐渐到稳定;随着时间的增加,生物柴油贯穿距的增长率大于矿物柴油贯穿距的增长率;燃油喷射持续期是随着生物柴油在矿物柴油中质量分数增加而延长的,生物柴油质量分数超过50%时,燃油喷射持续期则明显增大.     

共轨柴油机燃用生物柴油限制与非限制排放特

在高压共轨柴油机上对生物柴油混合燃料（源自食用废油）的排放物进行了研究。结果表明,限制性气体排放中,随着生物柴油混合比例的增加,NOx的排放量明显升高,同时在氧化催化器后NOx中的NO2体积分数也逐步增大;烟度则随着燃料混合比例的增加呈线性下降。非限制性气体排放中,外特性工况下的生物柴油混合燃料的乙醛排放量随混合比的增加而降低;SO2气体排放量也随着燃料混合比例的增加逐步下降,纯生物柴油可降低20%～60%。生物柴油的颗粒粒径分布表明,生物柴油的核态纳米颗粒对混合燃料的硫含量非常敏感,由于纯生物柴油硫含量低,故可以有效降低颗粒的总数量浓度。     

共轨柴油机燃用生物柴油限制与非限制排放特性

在高压共轨柴油机上对生物柴油混合燃料(源自食用废油)的排放物进行了研究.结果表明,限制性气体排放中,随着生物柴油混合比例的增加,Nox的排放量明显升高,同时在氧化催化器后Nox中的NO2体积分数也逐步增大;烟度则随着燃料混合比例的增加呈线性下降.非限制性气体排放中,外特性工况下的生物柴油混合燃料的乙醛排放量随混合比的增加而降低;SO2气体排放量也随着燃料混合比例的增加逐步下降,纯生物柴油可降低20%～60%.生物柴油的颗粒粒径分布表明,生物柴油的核态纳米颗粒对混合燃料的硫含量非常敏感,由于纯生物柴油硫含量低,故可以有效降低颗粒的总数量浓度.     

高喷射压力下生物柴油喷雾特性试验与仿真

利用高速摄影技术,在定容燃烧弹中进行了高喷射压力条件下的生物柴油与柴油喷雾特性试验,对比了两种燃料的喷雾形态、贯穿距离、喷雾锥角,然后利用仿真计算研究了背景压力、喷射压力、背景温度对生物柴油贯穿距离的影响规律。研究结果表明:背景压力增加,生物柴油贯穿距离减小;喷射压力升高,生物柴油贯穿距离增大;背景温度增加,生物柴油贯穿距离先增大后减小,呈现不规律的波动,生物柴油的蒸发速率较大是造成这种现象的原因。     

不同掺混比正丁醇/柴油喷雾特性的数值模拟

运用AVL FIRE软件建立的三维仿真计算模型。根据可视化的试验结果,验证模型准确性。利用该模型计算不同掺混比正丁醇/柴油混合燃料和柴油的喷雾贯穿距离和液滴的索特平均直径,分析不同掺混比对正丁醇/柴油混合燃料喷雾形态、气相速度场、浓度分布、蒸汽饱和度的影响。研究结果表明,随着正丁醇掺混比例的增加,混合燃料的喷雾贯穿距离略有降低,SMD下降,喷雾流场的速度降低,最高浓度降低,蒸汽饱和度上升。混合燃料密度、粘度、挥发性和表面张力等理化特性的差别是导致喷雾特性差异的主要原因。     

乙醇—生物柴油—柴油混合燃料对柴油机性能和排放的影响

基于乙醇、生物柴油和石化柴油物化性质的互补性,配制了乙醇-生物柴油-柴油混合的多组分燃料(简称BED燃料),在0℃、10℃、15℃、20℃环境下研究了BED燃料相溶性和稳定性,试验研究了6组不同比例BED燃料对柴油机性能和排放的影响.结果表明:在不对柴油机做任何改动的情况下,燃用BED燃料后在中间转速大负荷工况下动力下降较大,下降幅度随乙醇和生物柴油组分的增加而升高,最大降幅达到10.2％;当量燃油消耗率低于纯柴油,在低负荷时,不同比例BED燃料的当量燃油消耗率不呈现明显的变化规律,在高负荷时,当量燃油消耗率随BED燃料含氧量增加而降低,最大下降9.2％;CO排放量在高负荷时明显下降,最大下降70.1％;NOx排放量随BED燃料中生物柴油比例的增加而上升,随乙醇比例的增加而降低,标定工况下最大上升29％;THC排放量随生物柴油比例的增加而下降,随乙醇比例的增加而上升,其中标定工况下最大下降32.6％.     

不同燃料的喷嘴内流动与喷雾形态可视化试验

采用高速可控闪光摄影技术搭建了喷油器喷孔内流动及近场喷雾可视化试验装置,针对柴油、汽油、乙醇柴油、生物柴油4种燃料,对实际尺寸的透明喷油器喷孔内的流动及近场喷雾进行了对比试验研究。试验研究结果表明:所有试验燃料喷孔内均呈现空穴流动,低运动粘度、高饱和蒸气压的燃料空穴生成时刻更早、空穴强度更强;喷孔空穴强度较大的燃料具有更大的近场喷雾锥角;喷射结束后喷孔内会产生气体倒流现象并形成初始气泡,初始气泡体积随燃料表面张力的减小而增大。同时发现,针阀运动会对压力室和喷孔内的流动产生极大的扰动并影响其流动形态。     

基于热重分析法的生物柴油—柴油发动机颗粒排放研究

在直喷式柴油机上进行了不同供油提前角以及生物柴油与柴油以不同比例混合的发动机颗粒排放测试,利用热重分析仪分析了颗粒排放中挥发性有机成分随温度的变化.结果表明,与生物柴油掺混比例相比,在所测试工况,供油提前角的变化对颗粒排放中挥发性有机成分生成量的影响较小,挥发性有机成分生成量随混合燃料中生物柴油掺混比例的增加而增大;蒸发温度在150～180℃范围内的挥发性有机成分最多,并且随生物柴油比例的增大,挥发性有机成分更集中在该温度范围.     

柴油-米糠油生物柴油-甲、乙醇混合燃料特性实验

利用三元相图研究了柴油-米糠油生物柴油-乙醇混合燃料在不同温度和不同乙醇质量分数下的稳定性。选取不同配比的混合燃料对其燃料特性以及在发动机上燃用时燃烧和排放状况进行了研究,并与普通柴油进行了比较。研究表明随着温度降低,三相系统的稳定性降低;乙醇的含水率对系统稳定性有很大影响,含水率越大系统稳定性越差;混合燃料的燃料特性和普通柴油有一定差别,但总体上并不十分明显;随着混合燃料中乙醇含量增加,发动机输出功率降低,有效燃油消耗率增加,但与普通柴油相差并不大;CO、HC、NOx的排放量也随着乙醇含量增加而增加。掺入米糠油生物柴油可以明显改善柴油醇的燃料特性以及燃烧和排放状况。     

车用柴油机燃用混合替代燃料的试验研究

摈弃了传统的以常规angguim iudrop had reached 50%柴油为基础油的掺混方法,而直接将生物柴油和F-T柴油进行掺混,并将其混合燃料应用于4100QBZL柴油机上.在未对原机做任何改动的情况下,研究了该机燃用不同体积配比混合燃料时的动力性、经济性及NOx和烟度排放性能.研究表明:与0#柴油相比,该机的动力性稍有下降,燃油消耗率上升;燃油消耗率和NOx#放均随着生物柴油掺混比例的增大而升高;碳烟排放显著下降,较0#柴油的降低幅度高达52%;低比例的混合燃料对NOx排放和碳烟排放的trade-off关系有明显改善;生物柴油与F-T柴油混合燃料宜在较低的生物柴油掺混比例范围内使用.     

生物柴油喷雾特性试验

采用相位多普勒粒子分析仪,在不同的启喷压力、喷油泵转速以及喷孔直径下,对生物柴油的喷雾场特性进行了试验,拍摄了生物柴油和0号柴油的喷雾图片.结果表明:随着启喷压力的增加和喷孔直径的减小,生物柴油索特平均直径不断减小,与石化柴油类似;在不同的喷油泵转速下,生物柴油索特平均直径变化不大.     

柴油机燃用F-T柴油/生物柴油混合燃料的燃烧及排放特性

为探究生物柴油对柴油机燃用F-T柴油燃烧过程和排放性能的影响,配制F-T柴油/生物柴油混合燃料(B10F-T、B20F-T、B30F-T),在柴油机上进行试验。结果表明：随着生物柴油掺混比增大,缸内最大爆发压力逐渐增加。与F-T柴油相比,生物柴油掺混比分别为10%、20%、30%时,缸内最大爆发压力分别增加1.9%、5.1%、6.9%,对应的时刻轻微滞后,且放热始点后移,放热率峰值增大。生物柴油掺混比由0增加到30%,燃烧过程滞燃期延长1 ℃A,燃烧始点后移,燃烧持续期略微升高,由35.4 ℃A增加到36.1 ℃A,燃烧重心由4.8 ℃A后移到5.9 ℃A,缸内最大燃烧温度由1 872 K升高到1 951 K。在中高负荷时,碳烟排放随生物柴油掺混比增大而明显降低。在F-T柴油中掺混生物柴油可以有效地降低HC和CO排放,HC和CO排放随生物柴油掺混比增大几乎呈线性下降趋势。随着负荷继续增加,混合燃料的HC和CO排放均逐渐下降,在75%负荷时,与燃用F-T柴油相比,生物柴油掺混比分别为10%、20%、30%时,CO排放分别降低2.9%、7.8%、12.1%。在不同负荷工况下,随着生物柴油掺混比例的增加,NOX排放均呈上升的趋势,且在高负荷工况下NOX排放上升更加明显。     

基于分形理论的双燃料发动机Nox排放模拟计算

在双区喷雾卷吸模型的基础上,建立了一个基于皱折火焰面分形理论的双燃料发动机准维模型,来描述双燃料发动机气缸内的湍流燃烧、火焰传播速度等燃烧现象以及排放性能,其中包括滞燃期子模型、喷雾卷吸子模型、燃烧和火焰传播子模型.利用该模型,对一台生物制气-柴油双燃料发动机燃烧过程进行了模拟计算,预测双燃料发动机的NOx排放特性.预测计算结果与实测值的相对误差小于5%.供油提前角提前,生物制气-柴油双燃料发动机NOx排放量增加;相同工况下引燃柴油量减小时,NOx排放量减小.     

柴油机燃用生物柴油的研究进展

生物柴油来源于动、植物等生物资源,具有较好的燃料性能和可再生性,是一种优良的发动机替代能源.为此,针对国内外生物柴油研究出现的一些新对象和新方法进行了综述,主要介绍了生物柴油含量对生物柴油-柴油混合燃料物性参数的影响规律、采用数值模拟和高速摄影研究生物柴油的喷雾特性及其影响因素、采用内窥镜高速摄影研究生物柴油的燃烧过程、生物柴油发动机尾气中颗粒物质的特性等方面的国内外研究进展,以及生物柴油的非常规排放污染物的研究情况.     

柴油机上低混合比生物柴油性能对比试验研究

对4种不同体积比配制的生物柴油混合燃料在柴油机上进行了性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放特性。试验结果表明:发动机燃用B10时动力性在大多数转速时高于B0,燃用B20及B30时动力性与B0相当。随着生物柴油添加比例的增大,发动机有效燃油消耗率增大,但发动机燃烧有效热效率有所改善。在不做任何调整的情况下,随着掺烧生物柴油比例的增加,柴油机的烟度、HC有较大幅度的下降;NOx排放在中小负荷与原柴油机相当,但大多数工况时NOx排放则随着生物柴油添加比例的增大而减小;CO在中低负荷时混合燃料排放大于原柴油,高负荷时基本一致。     

喷油器参数对生物柴油NO_X生成量的影响研究

试验与仿真模拟相结合,研究分析WP10.340E32柴油发动机燃用B20生物柴油-柴油混合燃料时喷油器喷孔直径、喷孔数目、喷油提前角和喷雾锥角对NOX生成量的影响。通过正交试验对喷油器参数进行综合分析,利用极差分析和方差分析确定因素主次关系,得出最优匹配方案。研究表明,喷油提前角是影响NOX生成的显著因素,最优匹配方案为:喷孔直径为0.15mm,喷孔数目为8,喷油提前角为10°CA,喷雾锥角为160°。     

生物柴油放热规律预测模型与试验分析

用燃烧生物柴油的直喷式柴油机示功图数据,计算了生物柴油的放热规律,并应用双韦伯函数对标定转速和最大转矩转速的生物柴油放热规律进行了拟合。在此基础上,提出了生物柴油放热规律的双韦伯函数的修正参数,建立了不同配比混合燃料的双韦伯函数修正系数,对其他工况的生物柴油及混合燃料的放热规律进行了预测。预测结果表明:生物柴油比例高的混合燃料的燃烧始点、最大放热率、放热第二峰值有所提前,其中预混合燃烧阶段的燃烧峰值较小,扩散燃烧阶段的放热峰值较大,预混合燃烧期缩短。