醇类、水和柴油多组元乳化液的流变、雾化与微爆特性的研究

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianshui8085
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通过乳化的流变特性实验发现:该文所涉及的水、甲醇和柴油乳化液以及水和柴油乳化液均近似为牛顿流体,其原因可能是因为选用的乳化剂也是牛顿流体,实验同时发现乳化液的粘度与乳化液的组份、乳化剂的含量和粘度的关系,其主要结论如下:在组份相同的乳化液中加入同一种乳化剂,随着乳化剂含量的增加,乳化液的粘度也随之增加;若乳化剂的含量相同,采用高粘度乳化剂,乳化液的粘度也较高;当采用同一种乳化剂,且含量不变,随着"水"相(水/醇类)含量的增加,水/柴油二组元乳化液及水、甲醇、柴油三组元乳化液的粘度也随之增加.但是,随"水"相总含量的改变,三组元乳化液中水与甲醇比例变化对粘度的影响呈现复杂关系.当乳化剂含量及"水"相含量不高时,乳化液粘度接近柴油;当乳化剂含量及"水"相含量高时,乳化液粘度比柴油大5~6倍.测量了不同配比乳化液的动态表面张力,发现加入不同乳化剂对乳化液的动态表面张力有显著的影响,该文所研究的乳化液的表面张力大致在0.04N/m至0.1N/m之间,与柴油的表面张力为同一量级.采用马尔文粒度仪(Malvern)分析了乳化液的压力雾化特性并与纯柴油进行了比较.乳化液的雾化效果比纯柴油差,而且喷射压力、乳化液的组份和乳化液的粘度对乳化液的雾化特性具有显著的影响:喷射压力升高可以减小喷雾粒径;增加乳化液中"水"相含量(不高于50﹪),雾化粒径将随之增加.如果采用高粘度乳化剂,雾化粒径相对较大.乳化剂的物性对乳化液的物性和雾化特性影响很大,主要原因是分散相与连续相之间的界面(即乳化剂)特性对物性起决定性影响.该实验结果与乳化液的流变特性实验相互印证.常温条件下,乳化液喷雾核心的当量锥角小于纯柴油,雾化特性较差;喷嘴启喷压力的增加能加大喷雾锥角,改善雾化效果,得到马尔文粒度仪(Malvern)实验结果与高速CCD阴影摄影实验结果的印证.采用多脉冲高速激光像面全息摄影术在高温高压(6.0Mpa,873K)定容燃烧弹中得到的微爆图片分辨率较高,全视场的分辨率可达几万到几十万对线,可以清晰地观察到乳化液喷雾在高温高压环境中的"团状微爆"现象,微爆的爆心和微爆波及的区域清晰可见.但是,由于全息法无法观察喷雾与微爆全过程,常会错过捕捉微爆的机会,实验具有相当的难度,成功率不高,不能回答是否每次喷射均存在微爆现象,也无法回答是否每次喷射存在多次微爆.此外,激光全息摄影无法跟踪微爆后碎片的全部轨迹,观察的微爆影响区域偏小.因此该文采用高速CCD阴影摄影术,在定容燃烧弹中观察了乳化液喷雾的发展过程,不仅证实了在合适的温度压力条件下每次喷射均存在"团状微爆"现象,也发现每次喷射存在多次"团状微爆".高速阴影摄影指出:1)在高温条件下乳化液喷雾与蒸发的规律明显与纯柴油不同.在适宜的温高压力范围内,每次喷射都存在微爆现象,致使喷雾边缘有明显的"突起",扩大喷雾区域.在573~673K温度范围,微爆的强度较高,在773K温度下,微爆次数较多,但强度较小.2)微爆区域的体积表明:微爆是多个液滴微爆共同作用的结果,因此,可以认为微爆呈团状,即"团状微爆".在整个乳化液喷雾过程中,不同时间及不同位置会发生多个"团状微爆",连续的团状微爆可以大幅度扩大喷雾的体积.3)高速阴影摄影实验不仅支持了激光全息摄影实验发现的"团状微爆",而且得到激光全息摄影实验研究无法得到的信息.该文的研究结果对于理解多组元液雾在高温高压下的相变过程,指导含氧燃料乳化液的应用具有重要的意义.
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