基于静电喷雾的乙醇_生物柴油掺混燃料雾化及燃烧特性研究

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1、工程硕士学位论文基于静电喷雾的乙醇/生物柴油掺混燃料雾化及燃烧特性研究作者姓名江政纬工程领域动力工程校内指导教师甘云华教授校外指导教师王志义高级工程师所在学院电力学院论文提交日期2018年03月Studyontheelectrosprayandcombustioncharacteristicsofbiodiesel-ethanolblendsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JiangZhengweiSupervisor：Prof.GanYunhuaSouthChinaU

2、niversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TK16学校代号：10561学号：201521011609华南理工大学硕士学位论文基于静电喷雾的乙醇/生物柴油掺混燃料雾化及燃烧特性研究作者姓名：江政纬指导教师姓名、职称：甘云华教授王志义高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：动力工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计√应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：新型燃烧技术论文提交日期：年月日论文答辩日期：2018年3月11日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：梁德青委员：刘

3、金平陆继东甘云华李泽宇摘要随着全球石油储量的枯竭，能源需求的不断增长以及化石燃料引起的环境污染以及温室效应等问题日益严重，开发新的、对环境无害的、非石油类的可再生能源是未来能源发展的主体思路。近年来，生物柴油由于其可再生性、环保性等优势，具有广阔的应用前景，成为广受欢迎的石化柴油替代品。然而由于生物柴油的高粘度以及低挥发性，常规的发动机雾化器难以实现其高效的雾化。针对生物柴油存在的雾化效果差等问题，本文创造性地提出将静电喷雾技术应用在乙醇/生物柴油掺混燃料的雾化与燃烧。通过对实验和数值模拟研究，并结合理论分析和液滴受力分析，对静电喷雾速度场

4、开展了分析，并讨论了空间电场及空气流场对液滴速度场的形成及分布的影响。其次，通过实验获得了不同掺混比例下乙醇/生物柴油掺混燃料的静电喷雾形态，对比和分析了其静电喷雾液滴粒径及速度分布规律，并研究了其喷雾液滴破碎机理。最后以乙醇/生物柴油掺混液体为燃料，研究其在微小燃烧器内的稳燃极限及机理，并对比和分析不同掺混比例下的燃烧效率及排放特性。结果表明，喷雾外围液滴与空气流场有较强的相互作用，导致喷雾中轴线附近的液滴速度分布变化较小，而在喷雾外围处的液滴速度分布沿径向剧烈变化；随着空气入口速度的增大，乙醇/空气同轴射流静电喷雾形态先趋于发散，当空气

5、入口速度大于喷雾外围液滴轴向速度时，喷雾形态则趋于聚拢.因此，除改变施加电压、液体流量和电极结构外，通过控制空气入口速度来影响喷雾液滴速度场，也可获得不同的静电喷雾效果.对于掺混燃料，随着乙醇掺混比例的增加，喷雾逐渐发散，喷雾液滴粒径急剧减小。当乙醇掺混比例较高时,掺混燃料静电喷雾产生的液滴单分散性较好，雾化较为均匀。当乙醇掺混比例较低时，掺混燃料静电喷雾产生的液滴粒径呈典型的“双峰”分布。通过理论分析，发现瑞利不稳定性是导致液滴发生二次破碎的主要影响因素。在小型燃烧器内，由于喷雾扩散角较大而导致的“湿壁”现象会导致燃料积液的产生，降低了燃

6、料的利用率，导致火焰温度降低。随着乙醇掺混比例的增加，不同掺混燃料的火焰稳定极限逐渐缩小。当量比的大小对各掺混燃料的火焰稳定性的影响不大，说明燃烧器对当量比变化工况的适应性较强。乙醇的掺混在改善生物柴油雾化效果的同时，提高了燃烧效率并降低污染物排放，对燃烧器性能的提高起到了积极的作用。但在选用最佳配比的掺混燃料时需综合考虑“湿壁”现象带来的负面效果。关键词：静电喷雾；乙醇；生物柴油；掺混燃料；燃烧特性IAbstractWiththedepletionoftheglobaloilreserves,increasingenergydemand,

7、environmentalpollutioncausedbyfossilfuelsandthegreenhouseeffect,thedevelopmentofnewenvironmentally-friendlyandnon-petroleumrenewableenergysourcesisanissueoffutureenergydevelopment.Inrecentyears,biodieselhaswideapplicationprospectduetoitsrenewableandenvironmentalprotectiona

8、dvantagesandhasbecomeapopularsubstituteforpetrochemicaldiesel.However,duetothehighviscosi