疊氮複合柴油單液滴蒸發特性及氣爆霧化機理研究

《疊氮複合柴油單液滴蒸發特性及氣爆霧化機理研究》是依託北京理工大學，由韓愷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：疊氮複合柴油單液滴蒸發特性及氣爆霧化機理研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：韓愷
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

大幅度提高柴油機的功率密度對軍用裝甲車輛具有極為重要的意義，其瓶頸在於燃油的高效和快速燃燒。本課題從改善液態燃油霧化、蒸發特性的角度出發，利用疊氮化合物的低溫分解放熱和相變特性，探索一種基於液相化學反應的燃油氣爆霧化的方法，強化燃油霧化和蒸發過程。在對疊氮複合柴油的理化特性進行系統分析的基礎上，建立背景壓力、溫度可調的單液滴蒸發試驗系統，利用高速顯微攝像技術和雷射診斷技術分別對疊氮複合柴油液滴蒸發過程的巨觀特性和微觀特性進行研究，研究背景壓力和溫度、液滴初始直徑和溫度等參數對不同配比的疊氮複合柴油液滴氣爆時刻和蒸發速率的影響規律，獲得疊氮複合柴油產生氣爆霧化的外部條件。並建立疊氮複合柴油單液滴蒸發模型，探明疊氮化合物液相化學反應的溫度、熱值和產生氣體的濃度對疊氮複合柴油液滴氣爆霧化的作用機理，為解決高功率密度柴油機實現快速高效燃燒過程中的難題奠定理論基礎並提供新的技術途徑。

結題摘要

大幅度提高柴油機的功率密度對軍用裝甲車輛具有極為重要的意義，其瓶頸在於燃油的高效和快速燃燒。本課題從改善液態燃油霧化、蒸發特性的角度出發，利用疊氮化合物的低溫分解放熱和相變特性，探索一種基於液相化學反應的燃油氣爆霧化的方法，強化燃油霧化和蒸發過程。本課題對苄基疊氮化合物的合成和分解特性進行了測試，獲得了苄基疊氮化合物的分解反應溫度和分解反應熱值。建立了單液滴蒸發試驗系統，完成了疊氮複合柴油的蒸發特性分析，發現了高溫下苄基疊氮複合柴油具有相對於柴油更加快速而劇烈的三階段蒸發特徵，液滴生存時間縮短，且出現了液滴變形、氣泡產生和膨脹、噴氣等現象，並對比分析了燃油配比和環境溫度等對苄基疊氮複合柴油的蒸發特性的影響，驗證了疊氮複合柴油分解反應對蒸發的促進作用。構建並驗證了基於有效擴散率的多組分疊氮複合柴油蒸發模型和基於CLSVOF直接數值模擬方法的可模擬液滴形態突變蒸發模型，揭示了分解反應生成氮氣是疊氮複合柴油氣爆霧化的根本原因，分解放熱對液滴蒸發特性影響較小，為解決高功率密度柴油機實現快速高效燃燒過程中的難題奠定理論基礎並提供新的技術途徑。