定容彈內低溫燃燒條件下乙醇柴油噴霧和燃燒特性實驗研究.pdf

1、近年來，低溫燃燒(LTC)方式因其在內燃機清潔高效燃燒方面展現出的巨大潛力而受到廣泛關注。與此同時，替代燃料的研究也成為內燃機領域的熱點研究問題，像生物乙醇這樣可再生、低排放、安全無毒的替代燃料備受重視。乙醇的理化特性非常適合于低溫燃燒發動機，但目前相關研究大多還處于探索階段，主要為發動機臺架性能實驗。因此，開展乙醇柴油在低溫燃燒環境下的噴油燃燒特性研究，不僅能為乙醇柴油的推廣應用提供重要的實驗數據，還能促進低溫燃燒理論的完善。對霧化、

2、蒸發和燃燒過程的比較研究可以凝聚人們對燃油噴射零散的認識，為噴油燃燒模型的完善提供重要參考，具有十分重要的理論意義與實際應用價值。
　　為模擬內燃機噴油燃燒環境，構建了一臺預混燃燒加熱式定容燃燒彈，并開發完善相關實驗流程和數據處理方法。成功模擬出噴油壓力50～200MPa、環境氣體密度15kg/m3、環境溫度300～1200K、環境壓力0.1～10MPa、氧濃度0％～21％的噴霧環境。覆蓋了低溫燃燒柴油機缸內環境參數范圍，可同時獲

3、取噴油燃燒過程的圖像與壓力信號。使定容彈不僅能開展噴油霧化實驗，還能開展噴油蒸發、噴油燃燒和預混點火燃燒實驗。根據噴霧圖像的特點，針對性地開發出基于Matlab的處理程序，從復雜的紋影背景中識別出噴霧邊界。
　　開展了E20乙醇柴油噴霧霧化、蒸發和燃燒三種類型的實驗研究。對噴油壓力、環境溫度和環境氧濃度三種因素的影響進行考察。噴油壓力變化范圍為50MPa到200MPa，環境溫度變化范圍為383K(霧化)和800K～1200K(蒸發

4、/燃燒)，環境氧濃度變化范圍為0％(霧化/蒸發)和15％～21％(燃燒)，以柴油作為E20乙醇柴油的比較對象。
　　霧化實驗研究噴孔流動特性、霧化特性和油氣混合特性。結果表明噴油壓力越高，霧化混合效果越好，E20的霧化特性與柴油相當，但因其含氧，混合特性優于柴油。該研究表明提高噴油壓力和添加含氧燃料是強化混合的可行途徑。
　　燃燒實驗分析了發光滯燃期、火焰升舉長度等基于燃燒圖像的特征參數和燃燒壓力、壓升滯燃期等基于壓力的特征

5、參數。結果表明，環境溫度和氧濃度越低，滯燃期和燃燒持續時間越長，火焰升舉長度和燃燒最高壓力也越大，火焰面積和綜合火焰亮度越小?；跍史€態階段的噴霧火焰升舉長度，計算分析了著火位置處的燃空當量比。結果表明低溫燃燒的噴霧著火過程受化學動力學控制，但噴霧燃燒過程受物理混合過程限制。當氧濃度為0.15、環境氣體溫度為800K時，火焰升舉長度位置處的燃空當量比略大于2，已經非常接近無煙燃燒狀態。
　　對霧化、蒸發和燃燒三類噴霧圖像及有關特征