乙醇柴油混合燃料喷雾特性的试验分析

2010年2月农机化研究第2期乙醇柴油混合燃料喷雾特性的试验分析吴健,徐斌,马志豪,李萌,王明远(河南科技大学车辆与动力工程学院,河南洛阳471003)摘要:利用由计算机控制触发时刻的脉冲光源进行照明,用数码相机在自制的实验装置上拍摄乙醇柴油的喷雾图像,并应用计算机图像处理技术对采集到的喷雾图像进行处理。试验结果表明:随着乙醇掺入比例的增加,喷雾的贯穿距略有减小,喷雾锥角增大;不同比例乙醇柴油的喷雾特性随喷油嘴启阀压力和喷油泵转速的改变而有所差异关键词:乙醇柴油;喷雾特性;数码摄像;图像处理中图分类号:TK422文献标识码:A文章编号:1003-188X(2010)02-0195-040引言减小随机误差。试验所用的燃料为乙醇柴油,按乙醇体积的掺入比例分为纯柴油E0(0%),5%乙醇柴油近年来,由于汽车数量的急剧增加以及石油资源E5,10%乙醇柴油El0(含1%TGl助溶剂)以及15%的日益匮乏,车用燃油的节能化与清洁化已成为21乙醇柴油El5(含1.5%TC1助溶剂)。世纪燃油工业所面临的主要课题之一。乙醇是一种可再生燃料,在柴油中掺入乙醇可以起到优化燃烧和降低排放(尤其是碳烟)的作用,所以在柴油机上应用乙醇柴油具有很重要的现实意义。本文利用数码摄像拍摄了乙醇柴油混合燃料喷雾的图像,研究分析了柴油中乙醇的掺入对喷雾特性的影响。1试验系统与研究方法图1为试验系统组成示意图。试验通过微型计算机调整闪光控制装置使得闪光时刻与某时的喷雾同1.喷油泵试验台2喷油泵3泵端压力传感器4电荷放大器步,拍摄每幅图像时闪光灯的闪光持续时间为0.1ms5频闪同步控制器6.AD转换卡7.微型计算机8.闪光仪为使所拍摄的图像具有可比性,用泵端压力传感器获9闪光灯10.数码照相机图1试验系统组成图取的压力信号为基准信号,通过调整相对于基准信号的时间获取有一定时间间隔的喷雾图像,从中可以观察空间的燃油雾化过程。图2为试验中拍摄的油束生长过程图像。由于所拍摄的图像来自不同循环相对于同一基准信号的不同时间间隔,并非来自同一循环过程,因而可能出现随机误差。本试验通过在不同循环中相对(a)延时0.20ms(b)延时0.24ms于基准信号的相同间隔每次拍4-6幅,每次拍摄选同一中心按像素值进行平均,消除不确定因素,进而收稿日期:2009-03-30中国煤化工基金项目:河南省科技厅计划项目(0524260048);洛阳市科技计划项目(0701026A)CNMHG作者简介:吴健(1959-),男,江西奉新人,教授,(E-mail) wuJia(c)延时0.44ms(d)延时0.60ms@ mail. haust. edu. en图2油束生长过程(时间为相对于基准信号的时间)2010年2月农机化研究第2期2.1喷雾形态2试验结果与分析由图4可以看出:在乙醇柴油喷雾形态中,初始阶应用计算机图像处理技术对釆集的喷雾图像进行段油束下游形状较钝,而柴油头部较尖,乙醇柴油喷提取过滤与拟合2,最后得出喷雾的锥角与贯穿距。雾在周向上分布比柴油广;在相同的条件下,乙醇柴边界的提取如图3所示。相同工况下不同燃油喷雾图油喷雾锥角比柴油有所增大,而贯穿距则要略小于柴像的对比如图4所示,所取工况为油泵转速600r′油;尤其是在喷射破碎期结束后,喷雾体速度出现明min,供油量8mL200次,针阀开启压力为8MPa。本显的衰减,乙醇比例越高喷射速度衰减就越快。其原文采用取某时刻喷雾贯穿距的60%为测量基准的方因如下:法来计算喷雾锥角,如图5所示(。)乙醇的蒸汽压力要比柴油大很多,粘性和表面张力比柴油小,导致乙醇柴油在喷雾过程中更容易破碎和蒸发,与空气交互比较明显,因而空间分布比柴油大。2)乙醇的密度小于柴油,喷雾的惯性力小于柴油,从喷孔喷出后表现为贯穿距小,蒸发速度快,与空气交互作用强,其喷雾锥角就大。3)乙醇蒸汽的浓度远远大于柴油蒸气的浓度,比(a)提取前(b)提取后柴油高两个数量级。因此,乙醇柴油在喷雾过程中更图3油束边界的提取(E5800r/min)易破碎成小液滴,蒸发速度大于柴油,其形态分布也E0 E5 E10 E15 E0 ES EI0 EIS更大,与空气的混合效果好于柴油(.。22喷雾锥角乙醇含量对不同工况下喷雾锥角的影响如图6所示。由图6可知:含醇柴油的喷雾锥角均大于纯柴油的喷雾锥角,含醇量越大,喷雾锥角越大;当针阀静态开启压力为6MPa时,加入乙醇对喷雾锥角的影响比开启压力为8MPa时大,这主要是由于随着针阀开启(a)0.18ms(b)0.32ms压力提高,喷油压力相应提高,使喷油的雾化质量改E0E5E10E15E0E5E10E15善,乙醇对雾化改善的影响相对减弱,所以表现为启喷压力较低时乙醇对喷雾锥角增大的影响幅度要大于较高的启喷压力;油泵转速也会影响喷油压力,低转速时喷油压力低,此时乙醇对喷雾质量的改善作用较明显;当针阀静态开启压力相同,且喷油泵转速为350r/min时,喷雾锥角随乙醇含量增加而增大的幅度大于喷油泵转速800r/min时的增大幅度。(c)0.50ms(d)0.72ms23贵穿长度图4不同比例的醇柴油喷雾形状对比乙醇含量对不同工况下贯穿长度的影响如图7所穿距离示。由图7可知:由于乙醇可使燃油在喷雾过程中更容易破碎和蒸发,导致油滴速度出现明显的衰减,使油束穿透能力减弱,乙醇柴油的油束贯穿长度均小于纯柴油的贯穿长度;含醇量越大,贯穿长度越小;随着喷芗锥角开启产L中国煤化工量的增加而号致油贯穿贯穿距离的60%醇的∴M只女影响也会相对减弱,图5喷雾锥角与贯穿距示意图这是因为针阀静态开启压力提高和油泵转速提高,都会使燃油喷射压力提高。喷射压力提高一方面可以2010年2月农机化研究第2期改善雾化质量,另一方面也会使油束的贯穿长度增穿长度的影响在喷油压力提高时,乙醇含量对贯穿加。尽管乙醇的加入可以改善雾化质量,但会导致贯长度的影响会有所减弱。穿长度的减小。综合喷射压力和乙醇含量对油束贯350r/ain 6MPa350r/min 8MPaE10E10一E15151000.20.0.4时间/ms时间/ms800r/min 6MPaEO800r/min 8MPaE10E15E1515100.20.40.4时间/时间/ms图6不同工况下乙醇柴油的喷雾锥角对比350r/min 6MPar/min昌+E150.20.40.60.80.20.4时间/ms800r/min 6MPa8MPaE5一E150.2时间/ms图7不同工况下乙醇柴油的喷中国煤化工3结论像获CNMHG算机图像处理技术对采集到的喷雾图像进行处理,是一种对燃油喷射过1)利用数码相机拍摄的喷雾图像可以比高速摄程进行研究分析的有效方法。采用这种方法可以定2010年2月农机化研究第2期量地给出柴油机喷雾的锥角与射程。性的影响[J]拖拉机与农用运输车,2003,30(2):24-2)试验结果表明:随着乙醇的掺入,在相同的条件下,燃料喷雾锥角变大,贯穿距离变短;在喷射破碎[2]肖会,刘建新,赵致和基于计算机图像识别的柴油机喷期结束后,喷雾体速度出现明显的衰减,乙醇比例越油嘴渗漏检测方法[J]洛阳工学院学报,2000,21(4):高喷射速度衰减就越快。3)综合喷射压力与乙醇含量对喷雾锥角和油束(3] J Seneschal, B Maurin JC Champoussin C Ducottet. A fullyautomatic system for the morphology characterization of high贯穿长度的影响,在低油泵转速和低针阀开启压力pressure diesel sprays[ J]. SAE World Congress, 2004(3):时,由于喷油压力低,乙醇含量对喷雾锥角和贯穿长8-11.度的影响较为明显。随着油泵转速和针阀开启压力[4]陈虎,王建昕,帅石金含乙醇燃料喷雾的实验研究与数的提高,由于喷油压力提高,乙醇含量对喷雾锥角和值模拟[C]//2005年学术年会暨APC2005年联合学术贯穿长度的影响相对减弱。年会论文集北京:中国内燃机学会,2005:341-346[5]何勇灵,史绍熙,郗大光加热条件下柴油喷雾射流不稳参考文献定性分析实验[J].洛阳工学院学报,1999,20(4):41-[1]李聪刘建新杜慧勇.柴油机喷油嘴参数对燃油喷雾特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页)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凵中国煤化工 ure drop. The pressuredrop of all the three systems increased proportional with thencreasCNMHGKey words: biogas; bio-trickling filter; hydrogen sulfide; pressure drop; model