叠氮复合柴油液滴蒸发特性及影响机理研究

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1、叠氮复合柴油液滴蒸发特性及影响机理研究付耿2015年1月中图分类号：TK4UDC分类号：621叠氮复合柴油液滴蒸发特性及影响机理研究作者姓名付耿学院名称机械与车辆学院指导教师赵长禄教授答辩委员会主席马朝臣教授申请学位级别工学博士学科专业动力机械及工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月20日ResearchontheEvaporationCharacteristicsofDiesel-AzidesBlendDropletsandInfluenceMachanismCandidateName：FuGengScho

2、olorDepartment：MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.ZhaoChang-luChair,ThesisCommittee:Prof.MaChao-chenDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:PowerMachineryandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologythTheDateofDefence:January20,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本

3、人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要为满足高机动性的要求，大幅度提高柴油机的功率密度对车辆具有极为重要的意义。而高功率密度柴油机必须组织燃油的高效和快速燃烧，这是提升柴油机功率密度的关键因素，也成为了技术瓶颈之一。良好的液态燃油雾化、蒸发特性

4、是改善其燃烧过程的必要条件。本课题拟探索一种基于叠氮化合物液相分解反应的叠氮复合柴油液滴蒸发机理，为高功率密度柴油机的快速燃烧组织提供新的技术途径。首先，本文从理论上系统分析了叠氮化合物分解反应对于叠氮复合柴油液滴蒸发特性的可能影响，从叠氮化合物分解反应发生的时间、地点、数量及速率等角度出发，总结了所有可能的分解反应对叠氮复合柴油蒸发特性的作用途径，并定性分析了各作用途径下分解放热及氮气释放可能带来的液滴蒸发特性的改变，提出了伴有分解反应的叠氮复合柴油液滴蒸发理论假设。然后通过理论计算和试验手段获得了叠氮化合物的分解引发途径

5、、热行为及热分解动力学方程等典型分解特性，为后续的试验数据分析和模型构建提供了理论支撑和数据支撑。本文利用挂滴试验装置对叠氮化合物、叠氮复合柴油液滴的蒸发特性进行了系统分析，从直径平方曲线和液滴温度曲线获得了叠氮化合物及叠氮复合柴油液滴蒸发的阶段特征，结合图像分析了各阶段及典型时刻的蒸发现象，总结并得到了叠氮复合柴油的三阶段快速蒸发特性，支撑了前期单缸机试验研究中叠氮复合柴油具有快速燃烧特性的结论。然后在此基础上开展了苄基叠氮化合物质量分数、液滴初始直径等液滴初始参数及环境温度等外部条件对液滴蒸发特性的参数影响规律，为叠氮复

6、合柴油的优化及其在柴油机上的应用奠定了基础。本文基于有效扩散率的多组分液滴蒸发模型，构建了挂丝传热模型、辐射传热模型及叠氮化合物分解放热模型，基于UNIFAC方法构建了气液相耦合模型，忽略氮气的生成以及可能导致的液滴破碎，进而形成了可部分体现叠氮复合柴油液滴蒸发特性的模型。试验验证结果表明该模型能够部分体现叠氮复合柴油的液滴蒸发特性。本文通过试验研究与仿真研究相结合的手段解耦了柴油的多组分特性、苄基叠氮化合物与柴油的物性参数差异和苄基叠氮化合物分解放热及分解反应所释放的氮气等因素对叠氮复合柴油蒸发特性的影响，得到了叠氮复合柴

7、油液滴蒸发特性的内部作用机理。研究结果表明叠氮复合柴油的快速蒸发特性是上述因素共同作用的结果，其中分解反应所释放的氮气是导致叠氮复合柴油液滴波动和破碎并促进液滴蒸发的主I要原因。此外，还获得了分解放热对液滴蒸发过程的参数影响规律，为叠氮复合柴油的优化设计提供了依据。最后，本文利用模型预测了亚临界状态下叠氮复合燃油液滴蒸发过程，总结了液滴初始温度、液滴相对速度、液滴初始半径和环境温度等关键参数的影响规律。关键词：叠氮复合柴油；快速燃烧；快速蒸发；液滴；分解反应IIAbstractInordertomeetthedemandso

8、fhighmobilityinthefuture,greatimprovementofpowerdensityofdieselengineisveryimportanttothevehicle.Highpowerdensitydieselengineneedsefficientandrap