柴油/PODE3-4混合燃料的喷雾气液两相特性研究

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内燃机是社会生产不可缺少的一部分,但是内燃机的蓬勃发展也造成了严重的环境污染,寻找一种高效清洁的替代燃料是解决污染的途径之一。聚甲氧基二甲醚(PODEn)作为一种生物质含氧燃料,具有高十六烷值、含氧量多、与柴油互溶性好、可大量工业化生产的优势,备受学者们的关注。燃料的喷雾特性决定了混合气的形成,进而直接影响到燃料的燃烧特性,所以对柴油/PODE3-4混合燃料喷雾特性的研究是必不可少的。  本文搭建了光学可视化喷雾试验台,利用高速相机和纹影仪拍摄了纯柴油以及掺混不同比例(20%、50%)PODE3-4的柴油/PODE3-4混合燃料在不同喷油压力下(80、120、160MPa)、不同环境温度下(300、350、400℃)、不同喷孔直径下(0.10、0.14、0.18mm)的喷雾发展图像。其中,采用直拍法获得的是喷雾液相,采用纹影法获得的是喷雾气液两相。然后利用MATLAB对直拍法图像和纹影法图像分别编写图像处理程序,计算出喷雾整体以及气液两相的特征参数。  试验结果表明:在纯柴油中掺混一定比例PODE3-4后,有利于燃料的破碎雾化,进而增强燃料的蒸发程度,促进混合气形成,随着PODE3-4比例的增加,燃料的气液两相分离时刻提前,并且气相长度和气相面积比例均增加。提高喷油压力,三种燃料的扩散和蒸发程度增强,气液两相分离时刻提前,气相面积比例增加,气相长度增加并且可以贯穿到更远的地方,而液相贯穿距离增长幅度很小,尤其是P50的液相贯穿距离几乎不随压力变化,这有利于避免高喷油压力下的湿壁现象,并且P20以及P50在三种喷油压力下后期的气相面积比例几乎相等,表明其在低喷油压力下仍有较好的蒸发特性。提高环境温度可以改善燃料喷雾在空间的分布,三种燃料的喷雾面积和气相面积比例增加,有利于油气混合,尤其是P20和P50,在300℃和350℃时仍有较好的蒸发特性,但是当温度在350℃以下时,三种燃料的液相贯穿距离几乎不随温度变化,气相长度增长幅度也很小,当温度高于400℃时,三种燃料的喷雾前端才会有大量液相燃料蒸发。增加喷孔直径不利于燃料的蒸发,三种燃料的气液两相分离时刻延后,液相贯穿距离增加,气相长度和气相面积比例均降低,容易导致湿壁现象以及增加着火后火焰区域的液相燃料比例,另外,P50在孔径0.14mm和0.18mm时后期气相比例相差不大,表明较大孔径对P50的蒸发特性影响程度小。
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