甲醇霧化特性及其對柴油甲醇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

《甲醇霧化特性及其對柴油甲醇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文甲醇霧化特性及其對柴油甲醇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響ImpactofAtomizationCharacteristicsofMethanolSpraytoPerformanceofDMDFEngine學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程研究生：陳志方指導(dǎo)教師：姚春德教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2017年5月萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材

2、料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬方數(shù)據(jù)中文摘要由于生產(chǎn)技術(shù)成熟、來源廣泛、價(jià)格低廉、加注和儲(chǔ)

3、存方便等優(yōu)點(diǎn)，甲醇作為燃料在內(nèi)燃機(jī)里得到越來越多的應(yīng)用。在壓燃式內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用甲醇燃料中，柴油/甲醇雙燃料（DMDF）的燃燒方式受到了越來越多的關(guān)注。在DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)中，甲醇由安裝在進(jìn)氣道上的噴嘴噴射進(jìn)入氣道，與吸進(jìn)的空氣形成可燃混合氣，然后隨氣流進(jìn)入各缸與柴油在氣缸內(nèi)一起燃燒做功。在DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)中甲醇以霧化形式噴進(jìn)氣道并與空氣形成混合氣，其霧化質(zhì)量及其進(jìn)入各缸混合氣的多少，會(huì)直接影響各缸間工作性能并造成排放上的差異。由于甲醇作為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料初步進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)燃料領(lǐng)域，對其霧化特性以及混合氣形成特性國內(nèi)外的研究知之甚少。因此，為提高DM

4、DF發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，提高甲醇的利用效率，作者利用PDPA和高速攝像技術(shù)針對甲醇低壓噴霧特性及氣道內(nèi)甲醇混合氣的形成特性、不同甲醇液體溫度和噴射壓力隊(duì)甲醇霧化特性進(jìn)行詳細(xì)研究；采用CFD（ComputationalFluidDynamics）軟件對噴嘴內(nèi)部的流動(dòng)特性、甲醇在進(jìn)氣道內(nèi)的噴射模式及其與空氣的混合過程進(jìn)行了模擬研究；通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)對甲醇霧化及其混合氣形成特性等因素對DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)各缸燃燒均勻性及整機(jī)性能特性開展了研究；同時(shí)，依據(jù)以上數(shù)據(jù)建立了DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)維模擬計(jì)算模型并對各缸進(jìn)醇量進(jìn)行模擬，對DMDF燃燒模式的發(fā)動(dòng)機(jī)性

5、能進(jìn)行優(yōu)化和預(yù)測。通過以上研究，得到的結(jié)論主要有：一、甲醇噴霧及氣道內(nèi)甲醇混合氣的形成等特性研究，圍繞此方面的研究所得結(jié)論有：（一）采用高速攝像和PDPA技術(shù)對甲醇噴霧開展的研究發(fā)現(xiàn)，隨著甲醇溫度的升高，噴霧霧化質(zhì)量提高，液滴索特平均直徑變小，同時(shí)噴霧主射流區(qū)向外擴(kuò)張，噴霧主射流區(qū)液滴速度在60℃時(shí)達(dá)到最大值。甲醇噴射壓力的增加使噴霧液滴速度、貫穿距增大，同時(shí)液滴索特平均直徑明顯減小，當(dāng)噴射壓力和甲醇溫度達(dá)到一定值后，甲醇噴霧出現(xiàn)閃沸。環(huán)境溫度的升高有助于甲醇的霧化。噴霧末端和外圍的甲醇液滴變小，射流內(nèi)液柱逐漸減少消失。（二）對噴嘴內(nèi)

6、部甲醇的流動(dòng)特性進(jìn)行模擬研究，發(fā)現(xiàn)甲醇溫度和壓力達(dá)到一定值后，噴嘴內(nèi)產(chǎn)生氣穴，這有利于甲醇的霧化以及與空氣的均勻混合。（三）通過對甲醇噴霧在氣道內(nèi)的流動(dòng)特性的CFD軟件模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，受噴醇器處喉口作用，氣道內(nèi)形成回流，甲醇易集聚在喉口處。對噴醇器和甲醇噴嘴布局進(jìn)行優(yōu)化后有助于減小回流區(qū)域，改善甲醇與空氣的混合效果。二、甲醇混合氣形成方式及其對DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)的各缸均勻性以及整機(jī)性能試驗(yàn)研究所得結(jié)論有：（一）DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣總管一端進(jìn)氣方式形成甲醇混合氣時(shí)，各缸間的壓力差異隨甲醇替代率的升高而增大。隨著進(jìn)氣溫度的升高，I萬方數(shù)據(jù)各缸間

7、峰值壓力的差異逐漸增大，且主要是在1#缸和4#缸之間存在差異。發(fā)動(dòng)機(jī)不均勻度也隨著進(jìn)氣溫度的升高而增大，最佳進(jìn)氣溫度應(yīng)控制在35℃~80℃之間。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加對減小各缸之間的壓力差異有幫助，并且有利于此時(shí)的甲醇替代率升高。建立DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)各缸進(jìn)醇量的準(zhǔn)維模型對此進(jìn)行分析，得到的結(jié)論是隨著甲醇對柴油替代率增大，各歧管間甲醇不均勻度逐漸升高，高負(fù)荷時(shí)各歧管間甲醇不均勻度小于低負(fù)荷情況。發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下各歧管間甲醇質(zhì)量流量的不均勻度要明顯大于高轉(zhuǎn)速的情況。適當(dāng)減小個(gè)別進(jìn)氣歧管的截面直徑，能夠有效降低DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)各缸甲醇進(jìn)入量的差異，減小

8、不均勻度。（二）DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣總管中間進(jìn)氣方式上分別開展了三種不同甲醇噴射位置的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨柴油噴射時(shí)刻的延后發(fā)動(dòng)機(jī)各缸不均勻度逐漸降低。隨甲醇替代率的升高，發(fā)動(dòng)機(jī)不均勻度逐漸增大。進(jìn)氣歧管噴射甲醇和進(jìn)氣總管