生物油作为一种可再生的液体燃料,被认为是化石燃料的潜在替代品之一。但是,生物油的化学组成和物理性质与传统化石液体燃料截然不同,生物油的燃烧性质也与传统燃料相差甚远。同时,目前对生物油燃烧性质的研究较少,阻碍了生物油作为液体燃料进行工业化应用的发展。基于此背景,本学位论文开展了对生物油雾化燃烧特性的研究。首先对生物油的化学组成和物理性质进行了深入研究,对生物油的含水量、热值、化学组成和元素组成进行了测量与分析,并对生物油的分子量分布进行了测量;然后通过流变仪等仪器对生物油的流动性质进行了详细研究,对生物油的表面张力、运动黏度、动力黏度、热导率和比热容等热物性参数进行了测量。结果表明:生物油是一种含有大量含氧有机化合物的含水燃料,高含水量和高含氧有机化合物导致生物油的氧元素含量较高,也导致生物油的热值较低。分级冷凝制备的生物油,其含水量约为13.86%,高位热值为23.25 MJ/kg。生物油中分子量在400以下的有机物数目占比为59.10%,但是质量占比仅为11.16%。计算得到生物油的质量平均分子量为3063.09、数量平均分子量为736.16。通过旋转流变仪测量生物油的流变特性,生物油在30℃条件下呈现出一定的非牛顿流体特性,并在40℃以上时呈现牛顿流体特性。生物油一般是以浊液(悬浊液或乳浊液)的形式存在,生物油中的分子引力很不稳定,进而导致生物油在30C时呈现出非牛顿流体特性。而当温度升高时,会使分子间间距增大,导致生物油中一些聚合键断裂,大分子物质减少,进而使生物油在温度较高的情况下呈现出牛顿流体特性。生物油的动力黏度-温度关系满足Andrade公式,通过Andrade公式求得的黏流活化能E约为60 kJ/mol。选择三种常用的醇(甲醇,乙醇和正丁醇)作为添加剂对生物油添加小分子醇类改良进行了系统研究。发现添加甲醇可以有效改善生物油的流动性质,添加10%的甲醇可以使生物油表现出牛顿流体特性。生物油-醇混合物的密度与醇含量呈线性关系,随着混合物中醇含量的增加,混合物的密度呈线性降低。生物油和生物油-醇混合物的黏度均随温度的升高而降低,生物油和生物油-醇混合物的黏温特性曲线均满足Arrhenius模型。生物油-醇混合物的运动黏度随醇含量的增加而降低,基于黏度的生物油-醇混合规则满足改良后的Cargoe模型。添加20%的甲醇是一种性价比较高的生物油改良方法。采用商用CFD软件FLUENT对生物油及生物油-醇混合燃料的二次雾化特性进行了数值模拟研究。结果发现:生物油和生物油-甲醇混合燃料的雾化贯穿距随雾化时间的加长不断增加;生物油和生物油-甲醇混合燃料的统计平均粒径径向分布都呈现中心位置统计平均粒径偏大的情况;甲醇含量的增加会使燃料的黏度和表面张力下降,导致液滴粒径降低,雾化贯穿距下降;添加20%以上的甲醇可以有效改良生物油的原有特性,使混合燃料的雾化特性与生物油截然不同;甲醇含量高的混合燃料液滴粒径分布较为分散;旋流风对平均液滴粒径数值大小的影响较小,但是旋流风会使平均液滴粒径更快地趋向稳定;同时旋流风会使生物油-甲醇混合燃料的雾化贯穿距微降。通过热分析对生物油的热分解过程和氧化性质进行了研究,发现空气气氛下的生物油热失重速率在225℃之后慢于氮气气氛下的热失重速率,说明空气中的氧气对生物油热失重有负面作用。在180℃之后,空气中的氧对酚类物质的析出有负面作用。以酚类为目标产物的热化学应用应该尽量在隔绝空气的条件下进行,氧在200℃-300℃范围内对生物油残渣的影响主要作用于残渣表面。空气环境下的生物油表面更容易形成一层致密的固体,这层固体阻碍了内部热解气的逸散,导致了空气环境下生物油的热失重速率低于氮气环境下的热失重速率。同时内部热解气容易聚集形成气孔,这些气孔是导致雾化燃烧过程中出现微爆的原因之一;同时这些内部气孔会导致残渣的变形和膨胀,从而对生物油蒸馏等热利用产生不利影响。而在360℃以上,空气会使残渣中本来比较稳定的芳环结构氧化。生物油在空气和氮气气氛下的降解热流曲线在300℃之前的发展趋势是类似的,都是吸热过程。在空气气氛下,生物油热降解在318℃后表现为放热过程,说明318℃之后氧化反应愈发剧烈。生物油降解反应的活化能随温度变化而变化。同时发现在158℃以上时,空气中生物油的热降解活化能高于氮气中的热降解活化能。这个结果说明氧气对此阶段的生物油热降解具有负面影响。在自制的燃烧试验装置中对生物油-甲醇混合燃料进行了燃烧实验研究,结果发现:强旋流风导致入口区域附近出现环形旋涡状回流区,燃料、氧化剂、燃料蒸发热解产物可以在这个回流区进行混合,从而加速燃烧反应的发展;旋流风对尾气中污染物的影响较小,污染物受空气流量的影响较大;旋流主要起到的作用是可以通过制造回流区,从而加速燃料和氧化剂的混合,进而加快和促进燃烧的发展,而稳定燃烧后的污染物生成与排放则受到过量空气系数的控制;尾气中CO含量随氧气含量升高而降低,而NOx含量则随氧气含量升高而升高。使用FLUENT软件对旋流风在燃烧室内的流场进行了数值模拟研究,结果发现:在YZ截面上可以看到明显的切向速度矢量;在XY截面上,空气离开入口之后即向两侧扩散,形成一个类似空心锥形的气流分布;这个空心锥内部的压力相对较低,使X轴向流体回流,形成了一个环形涡状回流区。使用FLUENT软件对生物油-甲醇混合燃料的燃烧进行了数值模拟,发现旋流系数不为0时,烟气中CO含量的分布有明显的轮廓,说明旋流可以使火焰形成明显轮廓,旋流风可以起到稳定火焰的作用。