撞击流对喷雾燃烧强化机理的试验

为了掌握液体燃料喷雾撞击燃烧过程中的关键影响因素及其影响规律,进而探索撞击流对喷雾燃烧的强化机理,搭建了喷雾撞击燃烧试验平台.利用数码摄像机、热电偶和红外热像仪分别记录火焰形态和温度分布,并对火焰形态参数和温度数据进行分析.结果表明:消耗相同燃料量时,双喷嘴喷雾撞击燃烧相比单喷嘴喷雾燃烧,火焰更加稳定,温度更高且分布更均匀;随着气相速度的增加,燃烧效率及撞击火焰区温度先升高后趋于稳定;随着空燃比的减小,燃烧效率先升高后降低,撞击火焰区温度先升高后趋于稳定;随着喷嘴间距的减小,燃烧效率及撞击区火焰温度先升高后降低;喷嘴夹角越接近180°,燃烧效率和火焰整体温度越高,撞击火焰区越稳定.     

开式通道内液氮喷雾的降温特性

为了研究液氮喷雾参数对环境模拟空间温度分布的影响,首先搭建了由液氮喷雾系统和低温测试系统构成的开式通道液氮喷雾冷却实验系统,利用CFD软件针对开式空气回路系统中实验段建立了三维液氮喷雾数值模型,采用欧拉-拉格朗日方法进行液氮喷雾模拟研究,最后进行了实验验证,分析了喷雾质量流量、粒径、喷嘴数量和气流速度对液氮喷雾蒸发和空间温度分布的影响。研究结果表明:随着液氮喷雾液滴直径的减小,液氮与环境气流的换热面积增加,换热效率提高,降温效果改善;当液氮喷雾质量流量增加时,单位时间内喷入空间的液氮量越多,蒸发率越大,冷却效果越好,空间及出口截面的温降越大,但降温速率的增加趋缓;随着喷嘴数量的增加,液氮蒸发量和蒸发率增加,降温效果改善,出口截面温降增加,但出口截面温度分布均匀性会受到喷嘴布置位置的影响;当喷嘴数量增加到一定程度时,液氮的蒸发和降温几乎不受影响;随气流速度增大,液氮的蒸发量和蒸发率逐渐减小,出口截面的平均温度较高。为了增强液氮的蒸发量并强化空间的降温效果,可增加液氮喷雾流量、减小喷雾粒径和气流速度,以及适当增加喷嘴数量,同时需考虑多喷嘴的布置位置。     

乙醚掺混对汽油喷雾发展和蒸发特性影响研究

为开发汽油压燃(GCI)发动机可靠冷启动技术,采用实验和数值模拟结合方法研究了汽油、乙醚及其掺混燃料(掺混比为10%～50%)在不同工况下的喷雾发展及蒸发特性。结果表明,可视化实验及数值模拟获得的喷雾宏观形貌及液相截面落点分布结果吻合良好,且随着乙醚掺混比例的增加,喷雾贯穿距离与喷雾锥角增加幅度最高分别可达20%、10%,喷雾的粒径略有减小,但喷雾的蒸发程度明显增大;基于挂滴法开展的燃料液滴蒸发特性实验证实了乙醚掺混对于掺混燃料的蒸发具有显著促进作用;相同工况下,不同掺混百分比的掺混燃料的蒸发速率均先增大后减小,相比于汽油能够更快达到峰值,并且随着乙醚掺混比的提高,燃料喷雾蒸发速率得到了明显提高。结合实验与模拟研究结果,认为通过掺混高活性的乙醚,在提高汽油燃料雾化质量的同时,能够大幅提升燃油的蒸发速率,从而帮助提高缸内可燃混合气的形成质量,有望克服GCI发动机冷启动性能差的缺点。     

汽油缸内直喷多孔喷油器喷雾碰壁特性试验

为了研究缸内直喷汽油机多孔喷油器的碰壁喷雾特性,建立了定容碰壁喷雾试验装置,对不同喷油压力和不同环境压力条件下的碰壁喷雾过程进行了拍摄,同时考虑壁面与喷嘴的距离和壁面倾角对碰壁喷雾特性的影响.结果表明:增加喷油压力可以使碰壁喷雾高度和半径增大,但是碰壁喷雾高度的增加率随喷油压力的增加而减小;随着环境背压的增大,碰壁喷雾高度和半径均减小,进一步增大环境背压,则碰壁喷雾高度增大;加大撞击壁面与喷嘴的距离和壁面倾角,碰壁喷雾高度和喷雾半径均增大,当壁面倾角进一步增大,碰壁液滴总动能减少,而且受到喷雾油束边缘的运动阻力,碰壁喷雾半径减小.     

撞击流反应器内微观混合过程的研究

采用α－萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐的偶合竞争串联二级反应体系,在４种型式的两喷嘴对置同轴撞击流反应器内研究了喷嘴中心和环隙射流的动量比、射流速度、喷嘴间距、反应器容积对撞击流反应器内微观混合过程的影响。结果表明：增大喷嘴中心和环隙射流的动量比可改善微观混合状态;在撞击区特征停留时间处于０．０３－１．０ｓ的实验范围内存在一最佳特征停留时间ｔＲＣ,当ｔＲ〈ｔＲＣ时,减少ｔＲ并不能有效改善微观混合状况;当     

压力式螺旋型喷嘴降温特性实验研究

针对空冷机组在夏季高温天气不能满发的问题,采用喷雾增湿降低入口空气的干球温度.选用压力式螺旋型雾化喷嘴进行喷雾降温试验研究,包括喷嘴流量特性试验及不同喷嘴布置方式的喷雾降温试验.从试验数据得到喷嘴流量特性曲线,并且在对降温过程进行热湿交换分析的基础上拟合出以蒸发冷却为主要降温机理的降温效果关联式.通过比较喷嘴不同布置方式的降温效果,得出排间距为500mm的喷嘴布置方式降温效果略好于排间距为1 000mm的喷嘴布置方式.     

双层交错布置多孔喷嘴设计与仿真研究

针对高喷射压力下传统喷油嘴喷雾的碰壁比较严重以及传统多孔喷嘴喷雾之间易相互干扰等问题,设计了一种具有上下2层交错布置的多孔喷油嘴,阐明了双层交错布置多孔喷嘴的结构和理论依据,建立了喷雾及燃烧排放模型,研究了双层交错布置多孔喷嘴的喷雾特性及其结构参数对共轨柴油机燃烧与排放性能的影响.喷雾特性仿真表明,与传统喷油器相比,双层交错布置喷油嘴具有较短的喷雾贯穿距和更好的燃油空间分布特性.双层交错布置喷嘴的结构参数对高压共轨柴油机的燃烧过程和排放性能的影响研究表明,上层喷孔的喷射夹角采用大喷射夹角或下层喷孔采用小孔径,都可以使柴油机的燃烧及排放性能得到进一步改善.     

底吹冰铜吹炼炉中气-液流动状况的数学模拟

采用Eulerian-Eulerian模型描述了底吹冰铜吹炼炉内气液两相流行为,在模拟结果与实测结果一致的基础上,对双喷嘴在不同喷气角度下熔池内的气液两相流行为及气体含量进行模拟计算与比较.结果表明:随着喷吹角度的增大,喷溅情况相应有所减弱,在14°对喷角度下的喷溅现象最为严重.随着双喷嘴对喷角度的增大,射流轴线横向穿透距离增大,湍动能的分布区域也相应增大,气泡在容器中停留时间增加.但当夹角超过一定范围后,继续增大角度会使喷嘴口距离液面垂直距离减小,气泡在熔池中的停留时间反而减小,其中28°对喷角度下,熔池中的气体体积分数最大,而且湍动能分布范围最广.     

自燃临界温度区域内柴油喷雾燃烧特性模拟研究

采用条件矩封闭模型(CMC)与三维计算流体动力学(CFD)软件相耦合,建立了活化热氛围中的柴油喷雾燃烧模型,分析了燃料自燃临界温度随环境压力的变化,并对临界温度附近区域的柴油喷雾燃烧特性进行了研究.结果表明,随着环境压力的增加,自燃临界温度基本维持在1 048K附近.在模拟条件下,当协流温度接近临界温度时,2K的协流温度变化即可引起火焰温度及OH、H、HO2等中间组分的分布产生较大变化,进而对燃烧过程产生较大影响.     

高海拔模拟环境下柴油机燃烧粗暴可视化试验研究

基于一台可视化快速压缩机试验平台,结合高速摄影和瞬态压力测试等手段,通过调控燃烧边界条件开展了高海拔(4 500 m)模拟环境下柴油机燃烧粗暴可视化试验研究.选择4种不同十六烷值(CN)的柴油燃料,研究了喷油压力和燃料十六烷值对柴油喷雾撞壁过程和燃烧粗暴强度的影响.研究结果表明:燃油喷雾撞壁和燃料十六烷值对燃烧粗暴特性影响显著.在喷雾撞壁工况下,提高喷油压力会使自燃时刻提前,自燃反应前锋的传播速度加快,燃烧粗暴强度增加;在相同喷油压力情况下,延长喷雾撞壁距离却使峰值压力显著下降,同时降低了燃烧粗暴倾向.同时,低十六烷值燃料的燃烧粗暴倾向明显高于高十六烷值燃料.然而,对于CN<45的柴油而言,降低十六烷值并不会使燃烧粗暴强度发生显著变化,说明低十六烷值燃料的燃烧粗暴特性对喷油压力和撞壁距离更加敏感.通过分析高速摄影图像发现,燃烧粗暴起源于近壁面混合气自燃,超音速自燃反应前锋在封闭燃烧室中的传播可诱发压力振荡,从而有可能会加速燃烧室核心部件损坏和烧蚀.研究结果对于高海拔重型柴油机燃烧过程优化和燃烧粗暴控制具有重要现实意义.     

三相流闭式重力热管传热性能

为了拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了一套三相流闭式重力热管系统．考察了固含率、加热功率、充液率和颗粒种类等参数对于三相流重力热管传热性能的影响．结果表明,三相流重力热管可以强化传热,但其传热效果随着固含率的增加会出现波动;热管蒸发段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小;颗粒的种类对三相流重力热管的传热性能影响较大,在所采用的3种颗粒中,树脂颗粒的强化传热效果较好,与两相流重力热管相比,蒸发段对流传热系数可提高2．8％～28．3％．     

盾构机双滚刀在复合地层中破岩机理的

针对华南地区广泛存在的复合地层地质条件,本文着重研究了盾构机双滚刀在该地层中的破岩机理。主要包括两方面的研究,其一是研究在复合地层中双滚刀的最优刀间距;其二是不同岩层之间夹角的大小对破岩的影响。结果表明：(1)随着刀间距从88 mm增大到112 mm,滚刀所受到平均法向力和平均滚动力均呈现先增大后减小再增大的趋势,平均法向力与平均滚动力的比值在10~15之间;并且比能会先迅速减小,然后缓缓增大,刀间距/贯入度的值在25附近时比能值达到最小。(2)双滚刀所受到的平均法向力与平均滚动力,会随着岩层夹角从15°到90°的增大,呈现先减小后迅速增大的趋势;在45°左右夹角时,滚刀受到的力会减小到最小。这些结果对复合地层中盾构机的破岩掘进有一定的指导意义。     

城市污泥燃烧特性的实验研究

在热重分析仪上进行了城市污泥的燃烧实验,研究了在不同的加热速率（10℃/min、20℃/min、30℃/min）和不同的粒径（60-80目、80-100目和>120目）的条件下的污泥燃烧特性,并求取了反应动力学参数。发现污泥的燃烧过程可以当成由三部分组成：水分的蒸发、挥发分逸出及燃烧、挥发分燃尽及固定碳燃烧,加热速率及粒径大小均会影响反应动力学参数,但前者的影响并不明显,后者的减小会使反应活化能降低。     

不同加热速率和粒径下城市污泥燃烧特性的实验研究

在热重分析仪上进行了城市污泥的燃烧实验,研究了在不同的加热速率(10℃/min、20℃/min、30℃/min)和不同的粒径(60~80目、80~100目和120目)的条件下的污泥燃烧特性,并求取了反应动力学参数。发现污泥的燃烧过程可以当成由三部分组成:水分的蒸发、挥发分逸出及燃烧、挥发分燃尽及固定碳燃烧,加热速率及粒径大小均会影响反应动力学参数,但加热速率的影响并不明显,而粒径的减小会使反应活化能降低。     

单液氮液滴在气流中的蒸发运动特性研究

为了研究低温风洞中液氮喷雾降温蒸发特性,从而从微观上把握整个喷雾过程,以经典蒸发模型为基础,建立了适用于高速气流下的单液滴蒸发模型,计算了高速气流下单个液氮液滴的蒸发过程,得到其蒸发过程中液滴直径、速度、蒸发速率等参数的变化规律,并比较了环境温度、环境压力、气流速度等不同因素对各参数的影响。结果表明:环境温度对液滴蒸发速率影响较大,在100~300K环境温度下,每升高100K,2m的距离内液滴相对蒸发量大约增加18%,而对液滴运动速度则基本没有影响;气流速度越大,对流换热越强,液滴等时间蒸发速率越大,但由于蒸发距离一定,高速气流情况下的实际蒸发量减少,在上述条件下,10~30m/s的速度范围内,相对蒸发量在5%~6%;大粒径液滴具有大的绝对蒸发量,而小粒径液滴的相对蒸发量则较大;随着环境压力的增大,蒸发速率会随之增加。     

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.     

撞击流反应器微观混合性能的研究

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应作为工作体系,对撞击流反应器内的微观混合特性进行了研究。考察了进料速率、氢离子浓度、撞击角度等因素对离集指数的影响规律,估算了撞击流反应器内的微观混合时间。结果表明：撞击角度在30°～180°范围以内,离集指数随着撞击角度的增加而下降;在实验范围流速以内（064～468?m/s）,随着溶液A流率的逐渐增大而减小。与常用的搅拌反应器相比,撞击流反应器具有优良的微观混合性能,更适合于快速反应过程。     

甲醇/正辛醇/加氢催化生物柴油单液滴蒸发与微爆特性研究

为了研究理化特性强烈互补的甲醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃料的单液滴蒸发微爆特性,本文针对纯加氢催化生物柴油M0以及两种不同甲醇体积比的三元混合燃油M15(15%甲醇、17%辛醇和68%HCB)和M25(25%甲醇、17%辛醇和58%HCB)在不同环境温度下进行了详细的试验研究。首先,通过微观几何形态和热重试验对混合燃油的理化属性进行了分析。然后,在一个恒温加热炉中采用挂滴法结合高速显微成像技术,获得了液滴在蒸发过程中的形态、平方直径和气泡比等蒸发特性。研究得出:随着甲醇含量增加,混合燃油中分散相液滴粒径增大、数目增多,蒸发速率加快;随着甲醇比例的增加,混合燃油液滴内部出现更加剧烈的醇相气泡膨胀并发生微爆现象,且微爆后喷射出的子液滴粒径大大提高,显著缩短了母液滴的寿命;随着环境温度的增加,微爆频率增加,更显著地加快了液滴的蒸发速率。本文结果将对甲醇/HCB混合燃料喷雾燃烧特性以及该混合燃料的发动机适用性研究提供理论参考。     

液滴撞击固体表面过程的实验研究

对液滴撞击固体表面的过程进行实验研究,考察液滴的物性和操作条件对撞击过程的影响,结果表明：随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的增大、或撞击速度的减小,液滴的铺展直径、铺展速度和铺展面积均减小;液滴的能量在黏性中的耗散主要发生在撞击的初始阶段,随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的减小、或撞击速度的增大,黏性耗散的速率均增加。本文得到的关于液滴雷诺数和韦伯数的关联式可用于预测液滴的最大铺展直径和最大铺展面积。     

双射流破岩钻孔参数实验研究

双射流是由中心直射流和同轴的环形旋转射流形成的一种新型高效射流,用双射流能够克服门限压力与高破岩比能的制约而高效破岩。采用破岩实验研究了喷嘴锥角、叶片出口角、内喷嘴直径、喷距和压力5个主要参数对双射流破岩效果的影响。结果表明,喷嘴入口锥角为60°、叶片出口角为18°的喷嘴产生的射流具有较强的破岩能力;当双射流喷嘴当量直径一定时,大的内喷嘴直径获得的破岩深度较大但会减小破岩体积;实验条件下,双射流破岩的最优喷距为10~20 mm,破岩门限压力为20~25 MPa,破岩体积随压力的增加而增加。