Comparative Study of Diesel and Biodiesers Atomization Characteristics

为了研究生物柴油与柴油在雾化质量方面的差异,在燃油雾化质量评价理论的基础上,采用高速摄像机和马尔文激光粒度分析仪对柴油、生物柴油的喷雾特性进行了对比研究;计算分析了喷雾发展的不同时刻的喷雾锥角、贯穿距离,以及喷雾液滴的尺寸体积分布、累计体积分布、特征直径、平均直径和发散边界。结果表明：由于生物柴油的运动粘度、密度和表面张力都大于柴油,所以生物柴油的贯穿距、平均直径、特征直径、发散边界都比柴油的大,喷雾液滴的尺寸体积分布曲线和累计体积分布曲线都偏向大颗粒方向,喷雾锥角和相对尺寸范围比柴油的小,这说明生物柴油的雾化质量差。     

柴油和生物柴油喷雾特性的对比研究

为了研究生物柴油与柴油在雾化质量方面的差异,在燃油雾化质量评价理论的基础上,采用高速摄像机和马尔文激光粒度分析仪对柴油、生物柴油的喷雾特性进行了对比研究;计算分析了喷雾发展的不同时刻的喷雾锥角、贯穿距离,以及喷雾液滴的尺寸体积分布、累计体积分布、特征直径、平均直径和发散边界。结果表明:由于生物柴油的运动粘度、密度和表面张力都大于柴油,所以生物柴油的贯穿距、平均直径、特征直径、发散边界都比柴油的大,喷雾液滴的尺寸体积分布曲线和累计体积分布曲线都偏向大颗粒方向,喷雾锥角和相对尺寸范围比柴油的小,这说明生物柴油的雾化质量差。     

生物质燃油雾化喷吹特性试验研究

采用高速摄像机,研究了几种常见生物质燃油的雾化特性,分别对雾化锥角、索特平均直径(SMD)、液滴速度以及雾化液滴的尺寸数目分布进行了研究。结果表明,生物质燃油的雾化锥角随压力增大而增大,三种生物原油相比,地沟油的雾化锥角最大;生物柴油相比小桐子油生物柴油的雾化锥角最大。索特平均直径(SMD)随压力的增大而减小且具有一定的线性关系;雾化液滴在轴向上方的速度较大,而在轴向下方的液滴速度较小;地沟油中小液滴数目较多,使得其分布曲线峰值较高。三种生物柴油的粒径尺寸分布趋势一致,小桐子油生物柴油小尺寸液滴数目更多一些。     

LPG碰壁喷雾的试验及数值模拟研究

基于离散液滴模型(DDM),并结合柴油机实际工作情况,建立了喷雾碰壁的数学模型.将该模型与KIVA程序耦合,对多种形态的喷雾碰壁进行了模拟计算.在压力定容室内,利用PIV高速摄影技术对液化石油气(LPG)和柴油的碰壁喷雾过程进行了试验研究.将模拟与试验结果进行了对比分析,并着重考察了碰壁角度对燃料碰壁过程的影响,获得了LPG喷雾碰壁特性的一般规律.与柴油相比,在同样条件下,LPG能在壁面上溅起较厚的液滴雾层,且溅起的液滴尺寸较小,在壁面上附着的油膜厚度较薄,说明LPG比柴油蒸发速度快,雾化质量好;随着碰壁喷雾倾斜角的增大,2种燃料在碰撞点壁面附近所产生的液滴数显著减少.     

启喷压力对柴油雾化质量的影响

使用马尔文激光粒度仪研究了喷嘴的启喷压力对柴油雾化质量的影响。结果表明,随启喷压力的增大,喷雾液滴的索特平均直径D32和德布鲁克平均直径D43均减小,累积体积分布曲线向左偏移,到达某一累积体积的液滴直径减小,液滴的相对尺寸范围和发散边界均呈减小的趋势。这说明随启喷压力的增大,大颗粒液滴有所减少,小颗粒的液滴增多,雾化质量有明显地改善。     

生物柴油喷雾特性的数值模拟

根据可视化试验的结果,利用计算流体力学的方法对生物柴油和柴油的喷雾进行模拟,建立了三维仿真模型,并验证了模型的正确性.利用该模型研究了生物柴油和柴油的喷雾特性,计算了不同喷孔直径对喷雾贯穿距离、索特平均直径等的影响.研究结果表明:生物柴油的雾化特性与柴油不同,柴油的雾化特性更好;减小喷孔直径缩短了生物柴油的喷雾贯穿距离,而且有助于液滴的破碎和雾化.     

闪急沸腾喷雾速度场的LDA研究

为探索代用燃料液化石油气LPG和二甲醚DME的喷雾机理,采用LDA技术测量了喷雾粒子的速度分布。为安全起见,用制冷剂R12作试验液体,它与LPG和DME有相似的物理特性。为做比较,在相同试验条件下对传统柴油喷雾进行了测量。考察了喷雾模式对速度分布的影响。结果表明,R12喷雾的速度分布比传统柴油喷雾均匀得多,前者的平均径向速度远大于后者。这被认为归因于闪急沸腾大大改善了雾化和液气混合。     

网格分辨率与射流分裂雾化模型对柴油喷雾影响的仿真研究

基于数值模拟方法,研究了网格分辨率、时间步长和不同的射流分裂雾化模型对柴油喷雾的影响。研究表明：网格的尺寸对柴油喷雾贯穿距离和SMD的影响较为显著;当径向网格为喷孔直径的3倍时,其贯穿距离的变化趋势与实验数值基本接近,能较好地预测试验结果,径向网格越密,油束的贯穿距离越大,SMD也越大;随着轴向网格尺寸的变大,贯穿距离增大,SMD减小;随着时间步长的变化,贯穿距离不呈规律性的变化趋势,仿真计算的贯穿距离不断逼近于实验值;对于不同的射流分裂雾化模型,KH—RT模型考虑了液滴的二次雾化,因此其雾化液滴最小,贯穿距离也相对较小,SMD的数值也较小。     

压力式螺旋型喷嘴二次雾化特性的试验研究

空气与液滴之间良好的接触是增湿室增湿换热的关键技术,因此有必要对喷嘴进行雾化特性试验研究。该研究选用工程上常用的压力式螺旋型喷嘴TF6进行雾化特性试验,TF6喷嘴雾化特性的研究包括喷嘴背压对雾化液滴尺寸的影响,分析距离TF6喷嘴下方不同位置各种液滴直径、比表面积、分布跨度值的变化。研究发现,雾化液滴的直径随喷雾压力的增大而减小,但喷雾压力有其临界范围。通过对距离喷嘴下方不同位置雾化特性的分析得到二次雾化的发生位置,该位置更有利于空气与液滴的热质交换。在二次雾化区内,利用最小二乘法拟合出喷嘴雾化液滴的经验关联式,整理成韦伯数和雷诺数的函数关系,可用来预测喷嘴出口粒子的直径。     

喷嘴安装角对横向气流中雾化液滴粒径影响的研究

建立了旋流喷嘴雾化的数值计算模型,将计算结果与静止大气环境下液滴粒径的试验数据进行了对比,证明该数值计算模型的准确性.利用数值计算方法,研究了旋流喷嘴在不同安装角下,喷雾进入横向气流场后液滴Sauter直径(SMD)的变化规律,给出了喷嘴出口下游矩形管道中不同截面上雾化液滴粒径的分布情况.结果表明:对于压力旋流喷嘴,安装角与液滴统计粒径呈多值关系;随着喷嘴安装角的增大,液滴粒径的分布变宽.     

Experimental investigations of spray generated by a pressure swirl atomizer

This paper has focused on the droplets behavior of kerosene RP-3 spray produced by a pressure swirl atomizers in terms of spray pattern, droplet size spatial distribution, mean droplet size, and distribution index with variations of pressure differential. The analyses have been carried out experimentally with the aid of optical diagnostic methods. The spray pattern, such as spray cone angle and fuel spatial distribution, has been measured by the technique of planar laser induced fluorescence of kerosene. A method for correction of fuel distribution measurement error induced by laser attenuation in spray is proposed and validated. The droplet size spatial distribution in central axis plane of the spray has been measured by a planar droplet sizing method which combining laser induced fluorescence and Mie scattering. The spray pattern in axial center plane and cross-sectional plane perpendicular to axis of the atomizer indicate that the droplets in spray concentrate around the outer periphery and in a narrow annular zone at the near-field of fuel injector exit, and then disperse to produce a solid spray at downstream of the spray. The analyses of droplet size spatial distribution, Sauter mean diameter, and distribution index with pressure differential clearly show the presence of droplets collision and its adverse effects on droplet size uniformity. The spray outline, droplet mass spatial distribution, and droplet size spatial distribution, droplets dispersion and collision in the process of atomization provide a great insight into the processes of atomization and spray development, which are key information for fuel injector design and quality control. The visualizations of spray pattern and droplet size spatial distribution with variations of pressure differential for pressure swirl atomizer are key issues in swirl cup or internally staged airblast fuel injectors because pressure swirl atomizer provides primary atomization or pilot spray which affects the quality of air/fuel mixing in lean-burn combustion. Moreover, a well-defined and complete database regarding the isothermal hollow cone spray is provided for validation of spray model.     

溶气对不同燃油喷雾特性的影响

对溶有甲烷(CH4)的煤油和柴油稳态喷雾特性进行了试验研究,并对两者的试验结果进行了对比分析。结果表明,溶气对燃油的雾化有正反两方面的影响,它与CH4的浓度、喷嘴的L/D值、燃油的性质有关;柴油和煤油试验结果的规律相似,但促进雾化的临界浓度值不同;由于溶气的膨胀作用,在喷嘴出口处形成均匀的喷雾,喷雾锥角急剧增大;CH4的浓度较大时,燃油雾化粒子分布规律向小粒径方向移动,浓度较小时,向大粒径方向移动;低粘度的燃油有助于增强溶气对燃油雾化的促进作用。     

溶有甲烷柴油稳态喷雾特性的试验研究

对溶有甲烷柴油的稳态喷雾特性进行研究。喷雾特性和形状分别由激光粒度分析仪LDSA1300A和数码照相机记录。试验使用了六个不同长径比L／D的直圆孔喷嘴。溶解压力和喷射压力范围分别是0．1MPa到10MPa和5MPa到10MPa。研究了甲烷溶解度、测量位置、喷射压力和喷嘴参数对喷雾特性的影响。结果表明：在柴油中溶入甲烷,出现了减压沸腾喷射现象;与纯柴油相比,喷雾形状和锥角产生了很大变化;流量系数随着溶解度和L／D值的增加而减小;甲烷溶解度和L／D的共同作用对雾化有正反两方面的影响。     

Study on Characteristics of Different Types of Nozzles for Coal—Water Slurry Atomization

Three types of nozzles: a low-pressure multistage nozzle, an effervescent nozzle and a newly developed internal-mixing air-blast nozzle, for atomization of Coal-Water Slurry (CWS) were investigated. Influence of CWS properties including surface tension and apparent viscosity on atomization was studied. Comparisons among the nozzles were carried out in terms of spray droplet mean diameter and fuel output. Versatility of each nozzle was investigated and atomization mechanism of each nozzle was analyzed as well. The results showed that the newly developed internal-mixing air-blast nozzle has high fuel output and small mean droplet size in the spray, but the multistage nozzle has high versatility for handling of low quality CWS.     

乙醇/柴油混合燃料喷雾粒度分布特性研究

采用激光粒度分析仪对乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布进行了试验研究,并就不同喷油压力、喷孔直径对乙醇、柴油及乙醇/柴油混合燃料稳态自由喷雾粒度分布的影响进行了对比研究。试验结果表明:各种燃料喷雾索特平均直径(SMD)的空间分布沿喷雾轴线均呈逐渐减小的趋势,其中柴油喷雾的SMD在20～40μm范围内变化,乙醇喷雾较柴油喷雾具有更小的SMD,且其空间分布较为均匀;随着乙醇含量的增加,乙醇/柴油混合燃料喷雾的SMD不断减小,其SMD大小和空间分布均匀性介于柴油喷雾和乙醇喷雾之间。     

瞬态喷雾初期贯穿模型

本文在直喷式柴油机喷雾形状和构造、初期贯特性的试验研究基础上,提出了一个以实测燃油喷射率为计算原始数据,考虑燃油超越、受阻、雾化和动量交换等因素的瞬态喷雾初期贯穿模型.计算结果表明,模型在较广泛的试验条件下能与试验结果良好吻合.为研究和预测中小型高速柴油机喷雾初期贯穿提供了有效手段.     

正丁醇/柴油调和燃料的蒸发雾化特性研究

将正丁醇和柴油以一定比例进行调和,测定了燃料的运动黏度、馏程、密度、闭口闪点、十六烷值、热值等蒸发雾化特性,并根据试验数据及三维数值模拟,分析了燃料射流在内燃机燃烧室内的雾化液滴直径、喷雾穿透距离及射流的湍流动能和耗散率,并进行了雾化特性之间的相关性分析。研究结果表明:调和燃料的蒸馏特性中10%馏点出现大幅提前,95%馏点相差不大,密度、低热值与掺混比例呈现线性下降趋势,运动黏度、闭口闪点、十六烷值在掺入少量正丁醇时下降明显,随着掺混比增大下降趋势趋于平缓。雾化特性的雾化液滴直径和湍流动能随掺混比例增加呈现减小趋势,而射流的高速扩展区面积及平均耗散率增大。蒸发雾化特性中运动黏度、密度和50%蒸馏点对燃料的雾化结果影响较大,而雾化结果中的液滴直径受燃料特性的影响较大,闭口闪点、十六烷值、热值对雾化的影响相对较弱。