柴油机替代燃料的喷雾特性研究综述.pdf

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1、InternalCombustionEngine＆Parts·27·柴油机替代燃料的喷雾特性研究综述张光超①；伏广功①；蒋齐秦①；周广猛②；刘伍权②(①军事交通学院研究生管理大队；②军事交通学院军用车辆系)摘要：文章对替代燃料的喷雾特性进行了介绍与分析，研究了不同燃料的物理和化学性质引起的喷雾的外形结构、喷雾贯穿距、喷雾锥角和油滴直径的不同。分析表明：燃料的物理化学性质尤其是密度、粘度、表面张力对燃料的喷雾有很大的影响，而喷雾特性的不同会影响燃油的燃烧和排放性能。因此分析不同替代燃料特性及其喷雾特性

2、的发展变化情况，对于替代燃料在缸内的进一步混合、扩散应用发展，有着一定的借鉴意义。关键词：替代燃料；油束；喷雾特性O引言由于世界能源的短缺和排放法规的日趋严格，汽油、柴油等石化燃料面临着很多的问题，生物柴油、甲醇、乙醇、生物柴油等替代燃料开始受到各个国家的关注与支持。在发动机燃烧室中，混合器形成过程的关键在于雾化，由于燃料种类的增多，燃料的对应的物理化学特性势必出现差异，而燃料的物理化学理化性质对混合气形成有很大的影口向【l】。由于喷雾在燃烧室空间的分布及其粒径分布以及紊流扩散过程等各种物理特性直接

3、影响到燃烧过程，进而影响发动机的动力性、经济性等性能。文章主要结合前人研究的基础上从燃料的理化特性上对生物柴油、二甲醚、溶气燃油的油束外形结构、喷雾贯穿距离、喷雾锥角等方面的影响做了研究，对于改善发动机性能、排放产物有着重要作用。1生物柴油的喷雾特性1．1生物柴油的理化性质生物柴油的理化特性对发动机的性能有重要的影响，它的密度、粘度、表面张力、馏程等会直接影响燃料的喷射、雾化和蒸发等过程。它们的理化特性见表1。表1柴油和生物柴油理化特性的对比【2-3．1参数柴油生物柴油20℃密度g／“O．830．8

4、840℃粘度mm2，s2-44～6表面张力26．5528．43TIo225328．3馏程k360357．2密度：在温度一定的条件下，生物柴油的密度大于常规柴油。其密度变化一般在860kg／m3到900kg／m3之间。研究表明闭，在温度一定时，混合燃料的密度随生物柴油体积百分含量的增大而增加。粘度：粘度是衡量流体内部摩擦阻力大小的尺度，是流体内部阻碍其相对运动的一种特性。若燃料的粘度太高，喷雾的粒径就会增大，油滴与空气的接触面积就会减小，混合不均匀。生物柴油的碳链长度一般为C16～C18，而石化柴油的

5、碳链长度一般为C8～CIO，所以生物柴油的粘度要比石化柴油的粘度高。另外生物柴油中的甘油也会导致其粘性的增加。大的粘度会使喷出的油滴直径大，射程远，圆锥角小，油滴蒸发面积减小，蒸发速度减慢，混合气不均匀，燃烧不完全，燃料消耗增大B61。表面张力：是液体表面层由于分子引力不均衡产生的沿表面作用于任一界限上的张力，它使液体表面具有自动缩小的趋势，是燃料油喷雾野地呈现表面积最小的珠状的根本原因。燃料油的密度越大，其表面张力越大，它们之间呈线性关系I”，并可以用经验公式表征[71盯=(49．6p一14．92

6、)x10‘3式中：盯——表面张力，N／m；p——密度，kg／L。生物柴油的粘度、表面张力和密度在生物柴油的混合比例增加时会变大18-11】。1．2生物柴油的油束外形结构清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的王建听等i12】在定容燃烧弹中利用高速摄影技术进行了高喷射压力条件下的生物柴油与柴油喷雾特性研究。研究表明，在整个喷雾阶段，生物柴油与柴油的喷雾形态没有十分明显④系统最大进气阻力对自吸发动机≤5kPa，增压、增压中冷发动机≤6kPa。进气系统要压力报警装置，当空滤器的滤芯阻塞时，进气负压阻值达到发

7、动机要求的最大限值时发出警告，以便及时清理滤芯或更换滤芯。⑤管路的布置应保证发动机日常维护保养时无需断开，长的管路应适当支撑。⑥管路所用材料应能适应系统的工作温度和压力，并防腐蚀；管路的连接应能承受发动机和车辆构件问的相对运动而不损坏、不泄漏。⑦硬管间的连接用专用橡胶管，中冷器进出气口连接处采用增强橡胶管，外加增强保护钢丝，以防泄露和吸瘪。所有硬管管口应有凸缘，插入橡胶管的长度应适当：连接用的卡箍须采用T型弹簧卡箍，不能用普通卡箍。⑧从空滤器出口到发动机燃烧室进口管径要逐渐过渡，尽量避免方向的急剧改

8、变。5结束语进气系统的不合理布置会导致发动机早期磨损，进而引发各种质量问题；因此，在整机匹配时必须评估进气系统布置的合理性和安全性。进气系统在整机设计中是至关重要的一个环节。·28·内燃机与配件的差异，但从整体上来看，尤其是喷雾后期，由于生物柴油粘度较大，其雾注头部更加饱满，而柴油由于其挥发性较好，雾注前端与空气的卷吸作用较生物柴油更强烈。1．3生物柴油的喷雾贯穿距离赵陆明通过研究表明11“，高喷射压力下生物柴油的喷雾特性，由于生物柴油密度较大，生物柴油沿喷射方向的动