乙醇柴油混合燃料噴霧特性的試驗分析

2010年2月農機化研究第2期乙醇柴油混合燃料噴霧特性的試驗分析吳健,徐斌,馬志豪,李萌,王明遠(河南科技大學(xué)車(chē)輛與動(dòng)力工程學(xué)院,河南洛陽(yáng)471003)摘要:利用由計算機控制觸發(fā)時(shí)刻的脈沖光源進(jìn)行照明,用數碼相機在自制的實(shí)驗裝置上拍攝乙醇柴油的噴霧圖像,并應用計算機圖像處理技術(shù)對采集到的噴霧圖像進(jìn)行處理。試驗結果表明:隨著(zhù)乙醇摻入比例的增加,噴霧的貫穿距略有減小,噴霧錐角增大;不同比例乙醇柴油的噴霧特性隨噴油嘴啟閥壓力和噴油泵轉速的改變而有所差異關(guān)鍵詞:乙醇柴油;噴霧特性;數碼攝像;圖像處理中圖分類(lèi)號:TK422文獻標識碼:A文章編號:1003-188X(2010)02-0195-040引言減小隨機誤差。試驗所用的燃料為乙醇柴油,按乙醇體積的摻入比例分為純柴油E0(0%),5%乙醇柴油近年來(lái),由于汽車(chē)數量的急劇增加以及石油資源E5,10%乙醇柴油El0(含1%TGl助溶劑)以及15%的日益匱乏,車(chē)用燃油的節能化與清潔化已成為21乙醇柴油El5(含1.5%TC1助溶劑)。世紀燃油工業(yè)所面臨的主要課題之一。乙醇是一種可再生燃料,在柴油中摻入乙醇可以起到優(yōu)化燃燒和降低排放(尤其是碳煙)的作用,所以在柴油機上應用乙醇柴油具有很重要的現實(shí)意義。本文利用數碼攝像拍攝了乙醇柴油混合燃料噴霧的圖像,研究分析了柴油中乙醇的摻入對噴霧特性的影響。1試驗系統與研究方法圖1為試驗系統組成示意圖。試驗通過(guò)微型計算機調整閃光控制裝置使得閃光時(shí)刻與某時(shí)的噴霧同1.噴油泵試驗臺2噴油泵3泵端壓力傳感器4電荷放大器步,拍攝每幅圖像時(shí)閃光燈的閃光持續時(shí)間為0.1ms5頻閃同步控制器6.AD轉換卡7.微型計算機8.閃光儀為使所拍攝的圖像具有可比性,用泵端壓力傳感器獲9閃光燈10.數碼照相機圖1試驗系統組成圖取的壓力信號為基準信號,通過(guò)調整相對于基準信號的時(shí)間獲取有一定時(shí)間間隔的噴霧圖像,從中可以觀(guān)察空間的燃油霧化過(guò)程。圖2為試驗中拍攝的油束生長(cháng)過(guò)程圖像。由于所拍攝的圖像來(lái)自不同循環(huán)相對于同一基準信號的不同時(shí)間間隔,并非來(lái)自同一循環(huán)過(guò)程,因而可能出現隨機誤差。本試驗通過(guò)在不同循環(huán)中相對(a)延時(shí)0.20ms(b)延時(shí)0.24ms于基準信號的相同間隔每次拍4-6幅,每次拍攝選同一中心按像素值進(jìn)行平均,消除不確定因素,進(jìn)而收稿日期:2009-03-30中國煤化工基金項目:河南省科技廳計劃項目(0524260048);洛陽(yáng)市科技計劃項目(0701026A)CNMHG作者簡(jiǎn)介:吳健(1959-),男,江西奉新人,教授,(E-mail) wuJia(c)延時(shí)0.44ms(d)延時(shí)0.60ms@ mail. haust. edu. en圖2油束生長(cháng)過(guò)程(時(shí)間為相對于基準信號的時(shí)間)2010年2月農機化研究第2期2.1噴霧形態(tài)2試驗結果與分析由圖4可以看出:在乙醇柴油噴霧形態(tài)中,初始階應用計算機圖像處理技術(shù)對釆集的噴霧圖像進(jìn)行段油束下游形狀較鈍,而柴油頭部較尖,乙醇柴油噴提取過(guò)濾與擬合2,最后得出噴霧的錐角與貫穿距。霧在周向上分布比柴油廣;在相同的條件下,乙醇柴邊界的提取如圖3所示。相同工況下不同燃油噴霧圖油噴霧錐角比柴油有所增大,而貫穿距則要略小于柴像的對比如圖4所示,所取工況為油泵轉速600r′油;尤其是在噴射破碎期結束后,噴霧體速度出現明min,供油量8mL200次,針閥開(kāi)啟壓力為8MPa。本顯的衰減,乙醇比例越高噴射速度衰減就越快。其原文采用取某時(shí)刻噴霧貫穿距的60%為測量基準的方因如下:法來(lái)計算噴霧錐角,如圖5所示(。)乙醇的蒸汽壓力要比柴油大很多,粘性和表面張力比柴油小,導致乙醇柴油在噴霧過(guò)程中更容易破碎和蒸發(fā),與空氣交互比較明顯,因而空間分布比柴油大。2)乙醇的密度小于柴油,噴霧的慣性力小于柴油,從噴孔噴出后表現為貫穿距小,蒸發(fā)速度快,與空氣交互作用強,其噴霧錐角就大。3)乙醇蒸汽的濃度遠遠大于柴油蒸氣的濃度,比(a)提取前(b)提取后柴油高兩個(gè)數量級。因此,乙醇柴油在噴霧過(guò)程中更圖3油束邊界的提取(E5800r/min)易破碎成小液滴,蒸發(fā)速度大于柴油,其形態(tài)分布也E0 E5 E10 E15 E0 ES EI0 EIS更大,與空氣的混合效果好于柴油(.。22噴霧錐角乙醇含量對不同工況下噴霧錐角的影響如圖6所示。由圖6可知:含醇柴油的噴霧錐角均大于純柴油的噴霧錐角,含醇量越大,噴霧錐角越大;當針閥靜態(tài)開(kāi)啟壓力為6MPa時(shí),加入乙醇對噴霧錐角的影響比開(kāi)啟壓力為8MPa時(shí)大,這主要是由于隨著(zhù)針閥開(kāi)啟(a)0.18ms(b)0.32ms壓力提高,噴油壓力相應提高,使噴油的霧化質(zhì)量改E0E5E10E15E0E5E10E15善,乙醇對霧化改善的影響相對減弱,所以表現為啟噴壓力較低時(shí)乙醇對噴霧錐角增大的影響幅度要大于較高的啟噴壓力;油泵轉速也會(huì )影響噴油壓力,低轉速時(shí)噴油壓力低,此時(shí)乙醇對噴霧質(zhì)量的改善作用較明顯;當針閥靜態(tài)開(kāi)啟壓力相同,且噴油泵轉速為350r/min時(shí),噴霧錐角隨乙醇含量增加而增大的幅度大于噴油泵轉速800r/min時(shí)的增大幅度。(c)0.50ms(d)0.72ms23貴穿長(cháng)度圖4不同比例的醇柴油噴霧形狀對比乙醇含量對不同工況下貫穿長(cháng)度的影響如圖7所穿距離示。由圖7可知:由于乙醇可使燃油在噴霧過(guò)程中更容易破碎和蒸發(fā),導致油滴速度出現明顯的衰減,使油束穿透能力減弱,乙醇柴油的油束貫穿長(cháng)度均小于純柴油的貫穿長(cháng)度;含醇量越大,貫穿長(cháng)度越小;隨著(zhù)噴薌錐角開(kāi)啟產(chǎn)L中國煤化工量的增加而號致油貫穿貫穿距離的60%醇的∴M只女影響也會(huì )相對減弱,圖5噴霧錐角與貫穿距示意圖這是因為針閥靜態(tài)開(kāi)啟壓力提高和油泵轉速提高,都會(huì )使燃油噴射壓力提高。噴射壓力提高一方面可以2010年2月農機化研究第2期改善霧化質(zhì)量,另一方面也會(huì )使油束的貫穿長(cháng)度增穿長(cháng)度的影響在噴油壓力提高時(shí),乙醇含量對貫穿加。盡管乙醇的加入可以改善霧化質(zhì)量,但會(huì )導致貫長(cháng)度的影響會(huì )有所減弱。穿長(cháng)度的減小。綜合噴射壓力和乙醇含量對油束貫350r/ain 6MPa350r/min 8MPaE10E10一E15151000.20.0.4時(shí)間/ms時(shí)間/ms800r/min 6MPaEO800r/min 8MPaE10E15E1515100.20.40.4時(shí)間/時(shí)間/ms圖6不同工況下乙醇柴油的噴霧錐角對比350r/min 6MPar/min昌+E150.20.40.60.80.20.4時(shí)間/ms800r/min 6MPa8MPaE5一E150.2時(shí)間/ms圖7不同工況下乙醇柴油的噴中國煤化工3結論像獲CNMHG算機圖像處理技術(shù)對采集到的噴霧圖像進(jìn)行處理,是一種對燃油噴射過(guò)1)利用數碼相機拍攝的噴霧圖像可以比高速攝程進(jìn)行研究分析的有效方法。采用這種方法可以定2010年2月農機化研究第2期量地給出柴油機噴霧的錐角與射程。性的影響[J]拖拉機與農用運輸車(chē),2003,30(2):24-2)試驗結果表明:隨著(zhù)乙醇的摻入,在相同的條件下,燃料噴霧錐角變大,貫穿距離變短;在噴射破碎[2]肖會(huì ),劉建新,趙致和基于計算機圖像識別的柴油機噴期結束后,噴霧體速度出現明顯的衰減,乙醇比例越油嘴滲漏檢測方法[J]洛陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報,2000,21(4):高噴射速度衰減就越快。3)綜合噴射壓力與乙醇含量對噴霧錐角和油束(3] J Seneschal, B Maurin JC Champoussin C Ducottet. A fullyautomatic system for the morphology characterization of high貫穿長(cháng)度的影響,在低油泵轉速和低針閥開(kāi)啟壓力pressure diesel sprays[ J]. SAE World Congress, 2004(3):時(shí),由于噴油壓力低,乙醇含量對噴霧錐角和貫穿長(cháng)8-11.度的影響較為明顯。隨著(zhù)油泵轉速和針閥開(kāi)啟壓力[4]陳虎,王建昕,帥石金含乙醇燃料噴霧的實(shí)驗研究與數的提高,由于噴油壓力提高,乙醇含量對噴霧錐角和值模擬[C]//2005年學(xué)術(shù)年會(huì )暨APC2005年聯(lián)合學(xué)術(shù)貫穿長(cháng)度的影響相對減弱。年會(huì )論文集北京:中國內燃機學(xué)會(huì ),2005:341-346[5]何勇靈,史紹熙,郗大光加熱條件下柴油噴霧射流不穩參考文獻定性分析實(shí)驗[J].洛陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報,1999,20(4):41-[1]李聰劉建新杜慧勇.柴油機噴油嘴參數對燃油噴霧特Experimental Analysis of Spray Performances of Ethanol -diesel BlendsWu Jian, Xu Bin, Ma Zhihao, Li Meng, Wang MingyuanCollege of Vehicle Motive power engineering, HENAN University of Science Technology, Luoyang 471003, China)Abstract: With illumination by a computer timing triggered pulsing lamp-house, the spray photos were captured bydigital camera at the self -made equipment. These photos were processed by computer image technology. The results in-dicated that the spray penetration decreased slightly and the spray angle increased with the increase of ethanol proportionin the blends. There were some differences in spray performances for different open pressures of injector and revolutionspeeds of pump supplied with different proportions of ethanol-diesel blendsKey words: ethanol - diesel; spray performances; digital photography; image process(上接第194頁(yè))Abstract I:1003-188X(2010)02-0191-EAAnalysis of Pressure Drop of Bio- trickling Filter on Removal ofHydrogen Sulfide in BiogasWang Chunying, Li Wenzhe, Liu ShuangCollege of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, ChinaAbstract The changes of pressure drop of bio-trickling filter on removal of hydrogen Sulfide in biogas was analyzedunder the condition of continuous operation with activated carbon, ceramist, and polyurethane as carriers. The resultsshowed that the pressure drop of all the three systems increased with time, in the end of operation the activated carbonsystem achieved the maximum pressure drop of 520 Pa, followed by ceramist of 480 Pa, and polyurethane minimum of343 Pa. The bottom layer of bio-trickling reactor got the maximum of pressure drop, and the pressure drop decreasedwith the increasing of height. The compression of polyurethane playee"V凵中國煤化工 ure drop. The pressuredrop of all the three systems increased proportional with thencreasCNMHGKey words: biogas; bio-trickling filter; hydrogen sulfide; pressure drop; model