柴油、甲醇和水三相乳化液粒径分布预测模型及实验验证
甲醇柴油与生物柴油微粒排放粒径分布特性
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
引言
微粒是柴油机的主要排放污染物之一。对人体 健康的危害程度与其特性有着密切的关系。研究表 明，不同直径的微粒对人体健康的危害程度是不同
２ ０ ０ ９年８月
农业机械学报
第４０卷第８期
甲醇柴油与生物柴油微粒排放粒径分布特性＊
王晓燕１ 李 芳１ 葛蕴珊２ 李洪文１ 张学敏１
（１．中国农业大学工学院，北京１０００８３；２．北京理工大学汽车动力性与排放测试国家专业实验室，北京１０００８１）
【摘要】 以石化柴油为参照，在发动机台架上，采用电子低压冲击仪及其附带的两级稀释系统测试了燃用柴
万方数据
８
农业机械学报
２ ０ ０ ９芷
排放等进行了应用研究［４￣８］，关于这两种代用燃料 的排放颗粒浓度及粒径分布的研究还鲜见报道。本 研究以石化柴油为参照，试验研究柴油机在不同工 况下分别燃用石化柴油、甲醇柴油和生物柴油排放 的微粒粒径分布特性，包括单位体积尾气中微粒的 数量浓度（１／ｃｍ３）和体积浓度（“ｍ３／ｃｍ３）。
油、甲醇柴油和生物柴油排放的不同粒径微粒的数量浓度、体积浓度，分析了发动机转速、负荷以及燃油种类对微
粒粒径分布的影响。试验证明：在外特性下，柴油、甲醇柴油排放的微粒数量浓度随转速增大而增加。生物柴油排
放的微粒数量浓度随转速没有明显变化规律；在２ ３００ ｒ／ｒａｉｎ，生物柴油和柴油随负荷的减小排放的微粒数量浓度
Ｗａｎｇ Ｘｉａｏｙａｎｌ Ｌｉ Ｆａｎ９１ Ｃ－ｅ Ｙｕｎｓｈａｎ２ Ｌｉ Ｈｏｎｇｗｅｎｌ Ｚｈａｎｇ Ｘｕｅｍｉｎｌ
生物柴油-甲醇-甘油液液相平衡数据的关联与预测
为检 验文 献所 测实 验数 据 的可 靠性 。用 Ｏｔｍｅ— ｈ ｒ
Ｔ ｂａ 关 联 式 进 行 检 验 。 ｏ ｉｓ
Ｕ
） Ａ＋ Ｂ１ 一 ｎ（
∞ ∞
）
（） １
平 衡 数 据 ， 用 ＵＮＩ ＡＣ 和 ＵＮＩ ＡＣ Ｄ ｒｍｕ ｄ进 并 Ｆ Ｆ — ｏｔ ｎ
行 预测 。Ｚ ｏ ｈ ｕ等 测定 了麻 疯树 油 、 ］ 甲醇 、 油 、 疯 甘 麻
生 物 柴 油 是 由 动 、 物 油 脂 与 甲 醇 （ 乙 醇 ） 酯 植 或 经 交 换 反 应 而 得 到 的 长 链 脂 肪 酸 甲 （ ） ， 一 种 可 替 乙 酯 是
实现产 物 分离及 过 程模拟 十分 必要 。
作 者 以文献 ［ ］ ９ 测定 的麻 疯 树 油 甲酯 一 甲醇 一甘 油 的液液相 平 衡 数 据 为 基 础 ， 面 考 察 ｕＮＩ ＡＣ １ 全 Ｆ Ｌ 、 修 正 的 ＵＮＩ ＡＣ “ 和基 团溶 解 度 参 数 ． Ｓ ） 测模 Ｆ Ｅ （ Ｐ 预 Ｇ 型ｌ １ 的预测效 果 ， 探讨 生物 柴油 一 甲醇 一甘油 复杂
代石 化柴 油的 可再生 的清 洁燃 料 。２ ０世 纪 ９ ０年 代 以 来 ， 国、 美 欧洲 和 日本 大 力 发 展 生物 柴 油 ， 国也 正 在 我 规划 和推进 生物 柴油 的 发展 。生物柴 油 的制备 方 法分
为 物 理 法 与 化 学 法 ， 理 法 操 作 简 单 ， 所 得 产 品 的 物 物 但
维普资讯
化
与 生 物 Ｚ 程 ２０，ｏ ２ Ｎ ０８ ｌ５ ｏ６ Ｖ
Ｃｈ ｍｉｔ ＆ Ｂｉ ｅ ｇｉｅ ｉ 物 柴 油 一 甲醇 一 甘 油 液 液 相 平 衡 数 据 的关 联 与 预 测
重力沉降法测定水-柴油乳化液粒径分布
测得每一时刻的 200 mm 处的水含量袁绘制出 200 mm
处的含水量 C0 与时间
h 淄t
渊6冤
将式渊6冤与式渊3冤联立求解袁可以得到时间 t 与
粒径 d 的关系院
姨 d =
18h滋 t鬃驻籽g
渊7冤
代入到含水量与时间 t 的关系曲线中袁可以得到
含水量 C0 与水滴粒径 d 的关系曲线袁即粒径的累计
液中分散相液滴的粒径大小及其分布遥 此法要求质量 浓度臆5 000 mg/L袁以保证分散相液滴间互不干扰袁防 止器壁对液滴运动产生影响袁避免干涉沉降[7]遥
Stokes 直径[8]有可测粒度范围的限制袁颗粒越 小袁布朗运动影响越大袁因此存在最小粒度限制袁也
称为极限沉降粒径渊下临界粒径冤曰当 Re>0.2 时袁与 Stokes 定律的偏差就越大袁因此存在最大粒度限制袁
驻籽要 要 要两相的密度差袁柴油密度为 850 kg/m3袁
水的密度为 1 000 kg/m3曰
g要 要要重力加速度 9.8 m/s2遥
计算得出极限沉降粒径为 dmin=2 滋m遥
当颗粒层流沉降条件为 Re臆0.2袁此时的沉降过
程适用于 Stokes 定律袁 由雷诺数公式和沉降速度公
式可以计算上临界粒径袁雷诺数公式为
径 15 滋m袁粒径分布范围为 5耀40 滋m袁两种方法的结果一致性较高遥实验结果证明院经流变系数修正后的重力沉降法
可以准确测试油包水乳化液粒径分布袁且该方法测试原理简单尧操作简单尧测试成本小袁在工业现场测试上有一定的
优势遥
关键词院油包水乳液曰粒径分布曰重力沉降法曰流变系数
文献标志码院A
文章编号院1674-5124渊2016冤06-0050-04
柴油、甲醇和水三组元乳化液滴微爆过程的研究
Ｓｕ ｙｏ ｃｏＥ ｐｏｉｎ ｒｃｄ ｒ ｆＤｉ ｅ／ ｔｒＭｅｈ ｎ ｌ ｔｄ ｎ Ｍｉ － ｘ ｌｓｏ ｓＰ ｏ ｅ ｕ ｅｏ ｅ ｌＷａｅ／ ｔａ ｏ ｒ ｓ
２ Ｉ ｓｉｕ ｅｏ ｅ ｈ ｎｃ ，Ｃｈｎ ｓ ａ ｅ ｆＳｉｎｅ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ０， ｉａ ． ｎ ｔｔｔ ｆＭ ｃ ａ ｉｓ ｉｅｅＡｃｄｍｙｏ ｃ ｃｓ ｅ ｉｇ１ ０ ８ Ｃｈｎ ） ｅ ｊ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｌ ｓ ｒｈ ｌｇ ａ ｈｃｐ ｏ ｏ ｒ ｐ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｄｇｔ ｌ ａ ｒ ｒ ｅ ｐ ｃ ｉｅ ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｏ ｏ ｒ ｐ ｉ ｈ ｔ ｇ ａ ｈ ｔ ｃ ｎｑ ｅａ ｄｈ ｇ —ｐ ｅ ｉｉａ ｍｅ ａｗｅ ｅｒ ｓ ｅ ｔｖ ～ ｃ ｌ ｓ ｄ ｔ ｂ ｅｖ ｈ ｎ ｔ ｎ ｎ ｎ ｉｅｐ ｏ ｅ ｓｏ ｉｒ — ｘ ｌ ｓｏ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｗｈｃ ｃ ｕ ｒ ｄ Ｙ ｕ ｅ ｏ ｏ ｓ ｒ ｅｔ ｅ ｉｓａ ｔａ ｄ ｅ ｔｒ ｒ ｃ ｓ ｆｍ ｃｏ ｅ ｐ ｏ ｉｎ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ， ｉｈ ｏ ｃ ｒ ｅ
吴 东垠 ，盛宏 至。 ，张宏 策。 ，魏 小林。
（． １西安交通大学动力工程多相流 国家 重点 实验 室 ， １ ０ ９ ７ ０ ４ ，西安 ； ．中国科学 院力学研究所 ，１０ ８ ， ２ ０ ０ ０ 北京 ）
摘要 ：分 别采 用激光 全 息摄 影技 术和 高速 数 字摄 影技 术 观 察 了柴 油 、 甲醇 和水 乳 化 液喷 雾在 高温 高压 （７ ３ １ＭＰ ） 境 中发 生微 爆现 象的瞬 间和 全过 程 ， 实 了微爆 现 象的存 在． ７３Ｋ，． ａ环 证 由于微 爆机 理 的复 杂性 ， 尚难 以用数 学方 法准确描 述 该过程 ． 实验 分 析表 明 ： 环 境 温度 处 于 “ 若 最佳 温度 ” 围 范 内， 乳化 液 滴表 面首先 形成 “ 水层” 液 滴 内部 形成 一 个 水 滴的 概 率很 小 ， 无 ， 可能 形成 几个 相 对较 大
发动机燃用乳化柴油的颗粒粒径分布特性同济大学学报
发动机燃用乳化柴油的颗粒粒径分布特性-同济大学学报文章编号：0253-374X(2012)07- DOI: 3969/j发动机燃用乳化柴油的颗粒粒径分布特性楼狄明1，任洪娟1,2，谭丕强1，胡志远1 （１．同济大学汽车学院，上海201804；２．上海工程技术大学汽车学院, 上海201620 ）摘要：对一台涡轮增压柴油机燃用纯柴油和乳化柴油时的颗粒数量粒径分布、总颗粒、核态颗粒及聚集态颗粒数量和体积浓度进行了试验研究。
试验燃料为纯柴油E0和E10，E15及ED乳化柴油。
试验结果表明：发动机燃用乳化柴油时，颗粒数量粒径呈单峰或双峰对数正态分布，数量浓度峰值出现在粒径为10～20nm；与纯柴油E0相比，核态颗粒数量和体积浓度增大，聚集态颗粒数量和体积浓度减小，而总颗粒数量浓度增大、体积浓度减小。
关键词：柴油机；乳化柴油；颗粒数量；粒径分布中图分类号：TK411.5 文献标识码：A Characteristics of Particle Size distribution from a Diesel Engine with Emulsified DieselLOUDiming1, RENHongjuan1,2,TAN Piqiang1，HUZhiyuan1(1.School ofAutomotive Studies,Tongji University,Shanghai201804,China;2.School of AutomotiveStudies, ShanghaiUniversity ofEngineering Science,Shanghai 201620,China)Abstract：In this paper, particle number size distribution, total particle number concentration, nucleation mode particle number concentration and accumulation mode particle number concentrationfor pure diesel and emulsified diesel fueled in a turbocharged diesel engine were studied by experiments. The fuels used in the experiments werethe pure diesel E0 and emulsified diesel E10, E15 and ED. The findings show that when emulsified diesel is fueled, particle number size distribution would show unimodal or bimodal log-normal distribution, andthe maximum of the number is at 10-20nm. While compared to pure diesel E0 fueled, the nucleation mode particle number and volume concentration increases, the accumulation mode particle number and volume concentration decreases, however the total particle number concentration increases，andthe total particle volume concentration decreases.Key Words: diesel engine; emulsified diesel; particle emission; particle size欧盟从2009年9月执行的欧Ⅴ轻型柴油车型认证标准开始对车用柴油机排气颗粒数量进行限制[1]。
柴油_甲醇_水复合化燃料乳化剂的最佳HLB值研究
图 ６ 柴油 － 水乳化体系乳化剂 ＨＬＢ 值对其稳定性的影响
并通过观察柴油 - 水、柴油 - 甲醇两个体系 不 同 水 和 甲 醇 添 加 量 的 乳 化 效 率 和 HLB 值 的 变 化 曲 线（如 图 5、6）得 出 一 个 结 论 ，那 就 是 在 柴 油 - 水（或 柴 油 - 甲 醇）体 系 中 不 同 的 掺 水 量（或 掺 甲醇量）对本体系乳化剂的最佳 HLB 值 基 本 没 有 影响，并在同一体系中不同掺水量 （或者掺甲醇 量）的乳化效率与乳化剂的 HLB 值形 成 曲 线 的 变 化趋势一致。经作图分析出得出柴油 - 水乳化体 系 乳 化 剂 的 最 佳 HLB 值 在 4.5~5.8 之 间 ； 柴 油 甲醇乳化体系乳化剂的最佳 HLB 值在 3.8~5.0 之 间。
由于柴油 - 甲醇 - 水复合燃料主要由三大组 分构成，所以其乳化剂的 HLB 值对其 稳 定 的 的 影 响很难单独论述，所以 本 实 验 在 环 境 温 度 为 25℃ 的条件下，首先从柴油 - 水中水的添加量与乳化 效 率 的 关 系（如 图 3）、柴 油 - 甲 醇 中 甲 醇 的 添 加 量 与 乳 化 效 率 的 关 系（如 图 4），以 及 两 个 体 系 分 别 对 其 最 佳 HLB 值 进 行 研 究（如 图 5、6），然 后 再 针对柴油 - 甲醇 - 水复合体系的乳化剂最佳 HLB 值 进 行 测 量 ，并 与 前 者 的 数 据 进 行 对 比 分 析 ，最 终 确定柴油 - 甲醇 - 水复合燃料的乳化剂的最佳 HLB。
2 试验方法 2.1 制备工艺
本 实 验 是 利 用 F- 2 高 速 均 质 机 作 为 乳 化 设 备，图 1 为柴油 - 甲醇 - 水复合化燃料乳化流程 图 。以 柴 油 加 入 亲 油 型 乳 化 剂 作 为 乳 液 的 油 相 ，甲 醇、水通按照一定比例配比后加入亲水型乳化剂 作 为 乳 液 水 相 ，将 混 合 好 的 油 、水 两 相 通 入 乳 化 混 合 机 。通 过 调 节 配 方 中 油 、水 及 甲 醇 的 比 例 和 调 节 乳化剂用量及其 HLB 值，以控制乳液的质量。
_水_柴油微乳体系拟三元相图绘制与燃烧性能测定_实验教学设计
“水－柴油微乳体系拟三元相图绘制与燃烧性能测定”实验教学设计何广平，孙 峰，林利添，曾荣华（华南师范大学化学与环境学院，广东广州 ５１０００６）摘 要：实验中将三元相图的绘制方法与量热技术相结合，选择备受关注的能源与环境问题，结合水－柴油体系的微乳化原理与拟三元相图的绘制，配制不同性质的乳化柴油，并通过氧弹量热装置测定柴油、乳化柴油以及添加助燃催化剂二茂铁后燃油的燃烧效率与速率，以了解乳化柴油性质、形成原理与柴油乳化的助燃消烟作用，使学生通过实验，加深了解物理化学原理在不同领域的综合应用，关注社会、关注环境。
教学实践结果表明，本实验设计科学合理，可作为物理化学实验课程中综合创新实验开设。
关键词：三元相图；表面活性剂；乳化；氧弹卡计中图分类号：Ｏ６４５；Ｇ６４２．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－４９５６（２０１１）０４－０１２２－０４Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｒａｗｉｎｇ ｐｓｅｕｄｏ－ｔｅｒｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎＨｅ Ｇｕａｎｇｐｉｎｇ，Ｓｕｎ Ｆｅｎｇ，Ｌｉｎ Ｌｉｔｉａｎ，Ｚｅｎｇ Ｒｏｎｇｈｕａ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｆｏｕｒ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ－－ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ，ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ，ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ ａｄｄｅｄ ｃｏｍｂｕｓ－ｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ ａｎｄ ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ ａｄｄｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｕｎｄｅｒ ａｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｒａｗｉｎｇ ｐｓｅｕｄｏ－ｔｅｒｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅｍｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｏｘｙｇｅｎ ｂｏｍｂ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｍｏｋｅ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｃａｎ ｄｅｅｐｌｙｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｅｌｄｓ，ａｎｄ ｐａｙ ｃｌｏｓｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏ－ｃｉｅｔｙ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｓｅｕｄｏ－ｔｅｒｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ；ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ；ｅｍｕｌｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｏｘｙｇｅｎ ｂｏｍｂ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ收稿日期：２０１０－０６－２３基金项目：华南师范大学２００８年教学改革综合创新实验项目资助（教［２００８］）作者简介：何广平（１９６０—），女，广东广州，理学硕士，副教授，主要从事物理化学领域科研及教学工作．ｈｅｇｐ＠ｓｃｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 实验教学是化学、环境、材料和应用化学等专业教学中非常重要的组成部分，而“物理化学实验”是这些专业化学实验课程的重要分支。
甲醇柴油乳液的拟三相图
甲醇柴油乳液的拟三相图焦纬洲;刘有智;上官民;祁贵生;冯国琳【摘要】绘制了柴油、甲醇、乳化剂+助乳化剂的拟三相图,利用拟三相图中相区面积的变化研究HLB值、乳化剂和助乳化剂的复配等参数对乳液增溶甲醇量的影响.结果表明,乳化剂的类型、助乳化剂的类型、助乳化剂与乳化剂的质量比和HLB 值对拟三相图及最大增溶甲醇量有很大影响.当乳化剂由span80与tween80复配,其HLB值为5.5；助乳化剂由正丁醇、正戊醇和油酸复配,其质量比为3∶4∶3；且助乳化剂与乳化剂的质量比为3∶7时拟三相图乳液区面积最大,增溶甲醇量最高.%Pseudoternary diagrams of diesel oil, methanol, surfactant and cosurfactant system were plotted at different HLB values and different kinds of mixtures composed of surfactant and cosurfactant. The effect of various parameters on the methanol-solubilizing amount of emulsion system, such as HLB value, the kinds of mixtures composed of surfactant and cosurfactant, and so on, was researched. The experimental results showed that the type, the mass ratio and HLB value of cosurfactant and surfactant had great influence on the pseudoternary diagram and the maximum methanol-solubilizing amount of emulsion system. The largest emulsion region and the maximum methanol-solubilizing amount were obtained, when the mass ratio of cosurfactant and surfactant was 3 : 7, where the surfactant with HLB value of 5. 5 was composed of span80 and tween80, and the cosurfactant consisted of n-butanol, 1-amyl alcohol and oleic acid with the mass ratio of 3 : 4 ; 3.【期刊名称】《石油学报（石油加工）》【年(卷),期】2012(028)001【总页数】4页(P65-68)【关键词】甲醇;柴油;乳液;拟三相图【作者】焦纬洲;刘有智;上官民;祁贵生;冯国琳【作者单位】中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原 030051;中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原 030051;中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原 030051;中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原 030051;中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TE626.24乳化柴油作为清洁燃料和代用燃料中的一种，得到了快速的发展。
甲醇柴油互溶实验
图3.1由上图知对于使一定比例的甲醇柴油混合溶液正辛醇用量最小，最容易改变甲醇柴油的互溶性，油酸次之，正丁醇最弱。
3.2.2温度的影响由表3.2得下图3.2图3.2由图3.2知对于一定比例的甲醇柴油混合溶液，加入一定量的助溶剂，温度升高，甲醇柴油互溶所需时间减少。
可见，温度对甲醇柴油互溶性的影响是不可忽视的。
3.3.3复配作用下的影响由表3.3得图3.3参考文献：[1] 魏远文，黄海波，田维，韩志强，甲醇用作柴油替代燃料的研究进展[J]. 农机化研究. 2007, 5: 202.骆毅何飞：新型燃料甲醇-柴油研究及发展趋势65[2] 吴冠京, 车用清洁燃料[M]. 北京: 石油工业出版社. 2004: 335.[4] 李建彤，韩萍芳，吕效平，乳化柴油研究及其应用进展[J]. 化工进展. 2004, 23(4):364-370.[5] 王建听,傅立新, 黎维彬, 汽车排气污染治理及催化转化器[M]. 北京:北京化学工业出版社. 2000.125-129.[6] 楚宜民,甲醇/柴油混合燃料的应用研究[J]. 安徽农业科学,2007,35(36):11948-11950.[7] 赵罡,奚春荣,赵晓霞,赵红宇,赵翠霞,孙刚.甲醇-柴油变性醇添加剂[P]. CN 101024786, 2007-08-29.[8] 张志坤, 一种环保再生甲醇-柴油[P]. CN 1740280，2006-03-01.[9] 丁宝,崔天豪,徐学业,李延东,臧学伦,通用甲醇-柴油及其配制方法[P]. CN 101024784, 2007-08-29.[10] 吕效平, 李建彤, 韩萍芳, 超声制备微乳化柴油的实验研究[J]. 声学技术, 2006, 25(5): 615.[11] 吴楚, 柴油_醇_水混合燃料的研究[D]. 浙江大学.2003: 42.[12] 赵国玺, 表面活性剂物理化学[M]. 北京:北京大学出版社.1984: 405-406.[13] 钟新宝, 姚志钢, 潘小燕, 微乳柴油的配制及其性能研究[J], 能源研究与利用, 2006, 24(1), 34-38[14] 杨培志, 赵德智, 华冬梅, 柴油微乳液的配制[J], 石油学报(石油加工), 2006, 22(5), 80-84[15] 谢新玲, 王红霞, 张高勇, 微乳柴油的性能研究[J]. 应用化工, 2005, 34(6): 353-356.[16] Marelli, E., Diesel engine fuel in microemulsion form and method for preparing it[P]. US6997964,2006-02-14[17] Meersbusch, F.B., Duesselsdorf, J.R., Emulsifier mixture for aqueous diesel emulsions[P]. US 2004/0123513A1, 2004-07-01.[18] Marelli, E., Fuel for diesel engines in microemulsion form and method for preparing the same[P]. US0050059672, 2005-08-25.。
水-柴油微乳体系拟三元相图的绘制与燃烧性能测定——介绍一个物理化学新实验
分子分 子量 ” 胶 体 电动 电位 测 定 ” 最 大气 泡法 测定溶 液 的表 面张 力” “ “ 等等 ， 所开 设实 验多 为对 物理 化学 原 理 的验证 或 物理化 学 实验方 法 的学 习 ， 而融合 了不 同的物理 化 学原 理与 实验 方法 ， 实际应 用相 结合 的综 与 合 性实验 则 开设较 少 … ． 目前 ，高 等学 校基 础课 实验教 学示 范 中心 建设 标准 》 《 已明确 规定将 综 合创 新型 实
关 键 词 ： 图 ； 面 活性 剂 ； 化 ； 弹 卡 计 ； 相 表 乳 氧 量热 技术 中 图 分 类号 ： ６ ２ ４ ５ Ｇ ４ ． ． 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ —２ ３ ２ １ ）８—０ ３ —０ １ ８ ９ Ｘ（０ ０ ０ ０ ０３ ５
在 物理 化学 实验课 程 的 内容设 置 中 ， 常根 据物理 化学 理论 课 程 中的各 部分 知识 相应设 置 实验 内容 ， 通 例如 ：燃 烧 热的测 定 ” 双液 系相 图绘 制” 凝 固点 降 低法 测定 物 质 相 对分 子 量 ” 纯 液 体饱 和 蒸 汽压 测 定 ” “ “ “ “
研究 平衡 共存 体 系相 的数 目、 组成 和相 区边 界最 方便 、 有效 的 工具是 相 图 ． 等温 等压 条件 下 ， 最 在 三组
分 体系相 的行 为可 以采 用平 面 三角 形来 表示 ， 为三元 相 图 ． 四组分 体 系 ， 要采 用立 体正 四 面体 ． 称 对 需 通常 对 四组分 或 四组分 以上 的体 系 ， 采用 变 量合 并 法 ， 比如 固定 某两 个 组 分 的配 比 ， 实 际独 立 变量 不 超 过 ３ 使
物理化学实验报告柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧性能测定
华南师范大学实验报告专业：材料化学 年级班级：12级材料化学课程名称：物理化学实验 指导老师：何广平实验项目：柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧性能测定柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧性能测定一、实验目的实验第一阶段：本实验学习柴油微乳体系拟三元相图的绘制与研究方法，并根据相图，选择合适的柴油微乳液，通过氧弹卡计进行燃烧性能测定，比较柴油、微乳柴油燃烧时其燃烧效率的不同，对微乳柴油的经济与环保价值进行评价。
实验第二阶段：通过对乳化柴油的燃烧热的测定，掌握燃烧热的定义，学会测定物质燃烧热的方法，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别；了解氧弹卡计的主要部件的作用，掌握氧弹卡计的量热技术；熟悉雷诺图解法校正温度改变值的方法。
二、实验原理实验第一阶段：拟三元相图的研究方法实验第二阶段：雷诺图解法处理数据；通常测定物质的燃烧热，是用氧弹量热计，测量的基本原理是能量守恒定律。
一定量被测物质样品在氧弹中完全燃烧时，所释放的热量使氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高，测量介质在燃烧前后温度的变化值T ∆，就能计算出该样品的燃烧热。
本实验所燃烧物质为柴油和乳化柴油，属于混合物，固测定的是燃烧物质的燃烧值。
铁丝铁丝水热计样品Q m T W Q m V -∆=+)(样品铁丝铁丝水）（热计m Q m T W Q V -∆=+标准物：苯甲酸 g J Q 4.6694=铁丝 k35.14541ml 3000J W =水）（ 三、实验试剂和仪器实验试剂：柴油0#、油酸（化学纯）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB ）（化学纯）、氨水、正丁醇实验仪器：燃烧热测定装置一套、充氧装置一套、万用电表 、5安保险丝、1000ml 烧杯、磁力搅拌器、搅拌子（中）、电导率仪 、氧气、电子分析天平（每组一台）； 烧杯（50ml ）、250ml 、镊子、滤纸、PH 试纸、玻棒、洗耳球、胶头滴管等四、实验内容和步骤第一阶段：水-柴油体系配制及拟三元相图绘制1.复合乳化剂配比:油酸66.15%、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)0.91%、氨水9.1%， 正丁醇 23.8%2.复合乳化剂配制：室温下，将油酸36.5克放入50ml 的烧杯中, 加入5克氨水,充分搅拌，反应20分钟后 加入0.5克CTAB,13.2克正丁醇,在磁力搅拌器上不断搅拌至溶解（时间约需30分钟）,此时所得复合乳化剂清晰、透亮,放置备用。
柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧性能测定(华南师范大学)
柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧性能测定xxx xxx xxx华南师范大学化学学院，广东广州，510000摘要：微乳柴油因其燃油燃烧效率高，NOx和CO排放量低等优点而备受人们青睐。
复合乳化剂的配制是制备微乳柴油的关键，合适的复合乳化剂能够有效改进柴油燃烧性能、提高经济效益。
笔者通过配方复配制备了柴油微乳液，并绘制了柴油-水-复合乳化剂微乳液柴油的拟三元相图，在相图的基础上，选择了合适的柴油微乳液，通过氧弹卡计进行燃烧性能测定，比较柴油、微乳柴油燃烧时其燃烧效率的不同，考察不同含水量以及复合乳化剂量对柴油性能的影响，对微乳柴油的经济与环保价值进行评价。
关键词：微乳化柴油；燃料柴油；乳化剂；拟三元相图；表面活性剂Abstract: Microemulsion diesel is popular because of its high combustion efficiency and low NOx and CO emissions. The preparation of composite emulsifier is the key to the preparation of microemulsion diesel. The appropriate composite emulsifier can effectively improve the combustion performance and economic benefit of diesel. The diesel oil microemulsion was prepared by the formulation and the pseudo three phase diagram of the diesel oil water composite emulsifier microemulsion diesel was plotted. Based on the phase diagram, the suitable diesel microemulsion was selected, and the combustion performance was measured by oxygen bomb calorimeter. The combustion efficiency of diesel and microemulsion diesel oil was compared, and the different water content and composite emulsification dosage were investigated for diesel oil. The economic and environmental value of microemulsion diesel was evaluated.Key words:microemulsified diesel oil; fuel diesel oil; emulsifier; quasi ternary phase diagram; surfactant1．前言我国经济正向绿色经济和低碳经济转型，低排放燃料一直是人们关注的重点。
柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧性能测定
柴油微乳液拟三元相图的绘制及燃烧性能测定一、实验目的本实验学习柴油微乳体系拟三元相图的绘制与研究方法，并根据相图，选择合适的柴油微乳液，通过氧弹卡计进行燃烧性能测定，比较柴油、微乳柴油燃烧时其燃烧效率的不同，对微乳柴油的经济与环保价值进行评价。
二、实验原理（一）微乳燃料燃油掺水是一个既古老又新兴的课题。
早在一百多年前就有人使用掺水燃油。
由于油、水在表面活性剂作用下形成的W/O或O/W乳液在加热燃烧时水蒸气受热膨胀后能够产生微爆，使得燃油二次雾化燃烧更加充分，提高了燃烧效率，大大降低了废气中的有害气体的含量。
但是由于一般的乳状液稳定时间短，易分层，使得这一技术的应用受到了很大的限制。
微乳燃料的制备比较简单，只需要把油、水、表面活性剂、助表面活性剂按合适的比例混合在一起就可以自发形成稳定的微乳燃料。
微乳燃油可长期稳定,不分层,且制备简单, 并能使燃烧更完全，燃烧效率更高,其节油率可达5 %～15 % ,排气温度下降20 %～60 % ,烟度下降40 %～77 % ,NO x 和 CO 的排放量降低25 %,在节能环保和经济效益上都有较为可观的效果,已成为世界各国竞相开发的热点。
随着近年来对两亲分子有序组合体研究的不断深入,微乳液理论在乳化燃油领域取得了突破性进展，开发透明、稳定、性能与原燃油差不多的微乳液燃料成为了研究热点。
（二）微乳柴油与燃烧减排机理乳化燃油与通常的乳状液一样，也分为油包水型(W/o)和水包油型(O/W)，在油包水型乳化燃料油中，水是以分散相均匀地悬浮在油中，被称为分散相或内相，燃料油则包在水珠的外层，被称为连续相或外相。
我们目前所见的大多数乳化燃料油都为油包水型乳化燃料。
乳化燃料燃烧是个复杂的过程，对其节能降污机理较为成熟的解释是乳化燃料中存在的“微爆”现象和水煤气反应，也就是从燃料的物理过程和化学过程来解释。
一些燃烧机理包括：1、物理作用—“微爆现象”油包水型分子基团，油是连续相，水是分散相，由于水沸点(100℃)低于燃油沸点(130℃以上)。
柴油甲醇水三相乳化液雾化特性的数值模拟
１ 喷雾数值计算的基本控 制方程及主要雾化参数
１．１喷 雾数 值计 算的基 本控 制方 程
流 体流 动 的过 程 中遵循 质量守 恒定 律 、动量守 恒定 律 （牛 顿第 二定律 ）和 能量守 恒定 律 （热力 学第 一 定
律 ），主要 表 达式如 下所 示 ：
ａｌＤ ａ（ ） 。ａ（ｐｖ） ａ（ｔｘｏ）
中 图 分 类 号 ：ＴＫ１２４
文献 标 志码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｄｘｂ．２０１６．Ｏ１．０１４
能源 是世界 经 济发展 的原 动力 ，其供应 的稳 定性 与使 用 的安 全性 是能 源发展 的双 重 目标．能源 需求 与 供应 之 间的矛盾 是 世界能 源必 须面对 的问题 ．为 了节 约能 源 ，降 低污染 物排 放 ，保 护 环境 ，中国在 提高 能源 利用 率 的同时 ，也在 积极发 展替 代燃 料口。。］．柴 油 、甲醇 、水三相 乳化 液就是 一种新 型 的含 氧乳 化液 体燃 料 ． 甲醇 和水 混合 为 甲醇水溶 液 ，通 过乳 化 的方 式 与 柴油 形成 乳 化 燃料 ｌ ＿４ ］，它 可 以作 为柴 油 的替 代燃 料 应用 在 内燃机 中．
１．２影 响柴 油 、甲醇 、水 三相 乳化液 喷雾 的主 要物性 参数 在 以往 的学者研 究ｌｇ 中 ，液 体雾化特性 主要受喷嘴启 喷压 力 、燃 料性质 、环境状 况和喷嘴类型 的影 响．
启喷压 力是 影 响初始 喷雾特 性 的重 要 参数 ，直接 影响 流体在 喷嘴 处与 环境气 体 的碰 撞 、剪 切 和破 碎 的
柴油 甲醇 水 三 相 乳化 液 雾 化 特 性 的数 值模 拟
吴 东垠 ，王 武 强 ，李 明
（西安 交通 大学 能源 与动 力 工 程 学 院 ，陕 西 西安 ７１００４９）
重力沉降法测定水-柴油乳化液粒径分布
重力沉降法测定水-柴油乳化液粒径分布
刘森;杨强;卢浩;许萧
【期刊名称】《中国测试》
【年(卷),期】2016(042)006
【摘要】针对目前油包水乳化液粒径分布测试困难的问题,采用经流变系数修正后的重力沉降法对入口浓度5 000 mg/L、乳化泵转速1 800 r/min的油包水乳化液进行粒径分布测试,并利用显微镜观测法进行结果验证.对比两种方法的测试结果,重力沉降法测试结果中位粒径13 μm,粒径分布范围5～40 μm,显微镜观测法测试结果为中位直径15μm,粒径分布范围为5 ～40 μm,两种方法的结果一致性较高.实验结果证明:经流变系数修正后的重力沉降法可以准确测试油包水乳化液粒径分布,且该方法测试原理简单、操作简单、测试成本小,在工业现场测试上有一定的优势.【总页数】4页(P50-53)
【作者】刘森;杨强;卢浩;许萧
【作者单位】华东理工大学化学工程联合国家实验室,上海 200237;华东理工大学化学工程联合国家实验室,上海 200237;华东理工大学化学工程联合国家实验室,上海 200237;华东理工大学化学工程联合国家实验室,上海 200237
【正文语种】中文
【相关文献】
1.柴油、甲醇和水三相乳化液粒径分布预测模型及实验验证 [J], 王武强;吴东垠;程亮;严俊杰
2.柴油-甲醇-水三元乳化液W/O的流变特性 [J], 焦纬洲;刘有智;祁贵生
3.沉降法测定粉尘粒径分布的研究 [J], 王桂华
4.柴油甲醇水三相乳化液雾化特性的数值模拟 [J], 吴东垠;王武强;李明
5.粒径分布的重力沉降不镀测定法 [J], 雷元礼;林旭
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柴油甲醇水三相乳化液雾化特性的数值模拟
柴油甲醇水三相乳化液雾化特性的数值模拟吴东垠;王武强;李明【摘要】采用Fluent数值计算方法模拟柴油、甲醇、水三相乳化液基于压力雾化喷嘴的喷雾特性,得到其喷雾的粒子轨迹与粒子速度矢量图.研究喷嘴启喷压力、喷嘴直径及环境压力等参数对柴油、甲醇、水三相乳化液喷雾特性的影响,为柴油、甲醇、水三相乳化液的应用提供了一定的指导意义.【期刊名称】《吉首大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】5页(P60-63,73)【关键词】乳化液;雾化;贯穿距离;数值模拟【作者】吴东垠;王武强;李明【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TK124能源是世界经济发展的原动力，其供应的稳定性与使用的安全性是能源发展的双重目标.能源需求与供应之间的矛盾是世界能源必须面对的问题.为了节约能源，降低污染物排放，保护环境，中国在提高能源利用率的同时，也在积极发展替代燃料[1-3].柴油、甲醇、水三相乳化液就是一种新型的含氧乳化液体燃料.甲醇和水混合为甲醇水溶液，通过乳化的方式与柴油形成乳化燃料[4-5]，它可以作为柴油的替代燃料应用在内燃机中.液体在内燃机燃烧之前首先得经过喷雾雾化的过程，而液体燃料的喷雾混合是一个高速瞬变的过程[6]，对这样的瞬态过程进行测量是相当困难的.在实际测量过程中，需要结合光学、力学和控制学等多方面因素才能得到较为可信的测量结果，而这些测量设备价格都比较昂贵，且系统复杂、成本高.Fluent数值计算软件进行喷雾过程的模拟计算，是一种经济有效的手段，也是对物理实验的补充，受到国内外学者的广泛关注和应用.通过数值模拟得到的模型一方面可以对实际的喷雾特性进行验证，另一方面也可以对发动机的设计提供技术支持[7].1.1 喷雾数值计算的基本控制方程流体流动的过程中遵循质量守恒定律、动量守恒定律(牛顿第二定律)和能量守恒定律(热力学第一定律)，主要表达式如下所示：当高速流体经过控制系统从喷嘴喷出后，在环境气体的作用下，发生剪切、破碎等现象，形成大量细小的液滴.整个过程受燃油喷射系统、流体流动特性和环境气体物理性质等的影响，其混合是一个多维多相的气液耦合过程.模型的建立需要考虑多方面因素，运用计算流体动力学求解流体流动问题的基本思想是[8]：首先，建立基本的方程式，主要是上述所列守恒定律；其次，选择合适的模型，通过基本方程建立合适的子模型；再次，根据模型建立有限差分方程组并制定求解方法；最后，选择合适的边界条件求解.1.2 影响柴油、甲醇、水三相乳化液喷雾的主要物性参数在以往的学者研究[9-11]中，液体雾化特性主要受喷嘴启喷压力、燃料性质、环境状况和喷嘴类型的影响.启喷压力是影响初始喷雾特性的重要参数，直接影响流体在喷嘴处与环境气体的碰撞、剪切和破碎的过程，同时决定喷射的贯穿距离，为喷雾的发展提供初动能.液体密度本身不会发生很大的变化，但是因气体的压缩性较大，气液密度比对雾化过程的影响不能够忽略.液体的粘度和表面张力是最基本的物性参数，对液体射流的稳定性有不容忽视的影响力[12].黏度不仅影响雾化液滴的尺寸分布，还影响液体内部的流动速率和雾化模式.环境压力对雾化效果会产生一定的影响，环境压力的增大会影响燃料与空气介质之间的动量交换，同时影响喷雾贯穿距离和喷雾锥角，从而改变燃料卷吸的空气量.不同类型的喷嘴雾化效果也不同，而喷孔直径的改变同样影响燃料的雾化效果.笔者采用Fluent数值模拟的方法研究柴油、甲醇、水三相乳化液基于压力雾化喷嘴的喷雾特性，考察环境压力、启喷压力和喷嘴直径对贯穿距离的影响，液体燃料为柴油、甲醇、水三相乳化液，柴油、甲醇、水的质量分数分别为80%，10%，10%，简称“D80M10W10”.2.1 计算网格和边界条件采用二维长方形喷雾空间模拟喷雾的发展过程，喷嘴设置在(0，0)坐标处.表1示出喷雾模拟计算的初始条件.数值模拟的空间，计算区域是底长1 200 mm、宽100 mm的长方形，网格生成后经过网格无关性验证，采用101 101个节点，划分16 103个计算单元.经过特殊加工的单孔平口喷嘴的喷孔直径取0.34和0.2 mm，喷嘴长度取1 mm.2.2 模拟结果与讨论在喷嘴启喷压力20 MPa、喷嘴直径0.34 mm、环境压力0.1 MPa时，模拟得到喷雾的粒子轨迹与粒子速度矢量图(图1).对比图1a—c可以看到，在模拟的喷雾体的内部确实存在一个长度为喷嘴直径几十倍的连续液柱核心，即喷柱分裂长度.在液核的周围，一部分燃油已经雾化，并卷吸进大量的空气，使喷雾边界在横向扩展，这与大量实验观测所显示的结果一致.在喷雾区内部，很明显地存在翻腾流区，它是紧邻液核的边缘，液体在此区域发生分裂以致进一步雾化等现象.分裂长度的后续空间即是喷雾的稠密区，在此区域，小液滴份额较大，而且液滴与环境气体的相对速度较大，作用在油滴表面的空气剪切力促使液滴的继续破碎，燃油进一步雾化. 由图1c可以明显地看到，在喷雾柱的最前端液滴份额相对较少，液滴之间的距离也较大，相互作用力较小，但是气液耦合的作用力较强，通过与气体耦合液滴之间相互作用也较为明显，从而进一步促使液滴破碎雾化成更小的液滴.而在喷雾的最前端液滴份额非常少，处于喷雾场的最边缘部分，液滴与环境气体、液滴之间的作用力较弱，雾化基本停止，雾化过程结束.而在喷雾的下游部分，喷雾破碎后的液滴份额较多，液滴之间、液滴与环境气体的相互作用力也较强，液滴会朝着不同的方向分散，从而扩大了喷雾的喷射锥角，使雾化效果变好.3.1 环境压力的影响在相同的喷雾环境(环境空气温度293 K，喷嘴启喷压力50 MPa，喷嘴直径0.34 mm)和不同的环境压力(0.1，1.1 MPa)下，柴油、甲醇、水三相乳化液D80M10W10的喷雾随喷雾时间(t)的发展过程如图2所示.由图2可知，随着环境压力的增大，柴油、甲醇、水三相乳化液喷雾的贯穿距离(d)逐渐减小.主要原因一方面是启喷压力与环境压力的相对压差减小，虽然影响喷雾在出口处的初始速度，但是喷雾的初始速度变化较小；另一方面是随着环境压力的增大，环境气体的密度也随之增大，抑制了喷雾的纵向发展，液体雾粒与空气介质间的动量交换增加，造成液体喷注的动能损失增加，迎风阻力增加，喷雾贯穿距离减小.同时，喷雾的喷雾锥角随着环境压力的增大而增大，造成该现象的主要原因是喷雾液滴与环境气体的作用力增强，卷吸环境中的空气量增多，液滴朝横向发展较为明显，从而有利于喷雾油滴与环境气体的混合，改善了燃料的燃烧条件.3.2 喷嘴启喷压力的影响在相同的喷雾环境(环境空气温度293 K，环境压力0.1 MPa，喷嘴直径0.34 mm)和不同的喷嘴启喷压力(20，30，50 MPa)下，柴油、甲醇、水三相乳化液D80M10W10的喷雾随喷雾时间的发展过程如图3所示.由图3可知，随着喷嘴启喷压力的增加，柴油、甲醇、水三相乳化液喷雾的贯穿距离也随之增加，乳化液喷注在同样的喷油持续时间内会到达更远的贯穿距离，喷嘴启喷压力越大，乳化液的贯穿规律曲线愈陡，斜率愈大，即喷雾的贯穿距离增长越快.由流体力学理论中理想压缩流体的定常伯努利方程可知：喷嘴的出口初始速度与喷口两端压差的平方根成正比，保持环境压力不变，随着喷嘴启喷压力的增加，喷嘴启喷压力与环境压力之间的压力差也越大，喷雾的初始速度和动能增大，贯穿距离也随之增大；喷雾与环境气体的作用力增强，因此在喷雾发展的整个过程中，喷雾的贯穿距离曲线的斜率随着启喷压力的增大而增大，变化幅度大.就喷雾的整个过程而言，喷雾出口处速度发展缓慢，贯穿距离的发展也较平缓；当喷雾发展到中下游阶段后，喷雾的速度达到顶峰，贯穿距离也急剧增大，曲线的斜率也随之增大，环境气体的剪切力也越大，有利于液滴的破碎雾化.3.3 喷嘴直径大小的影响图4是在启喷压力50 MPa、喷嘴直径分别为0.34和0.2 mm、环境压力0.1 MPa的条件下，柴油、甲醇、水三相乳化液D80M10W10的喷雾贯穿随喷孔直径的变化规律.由图4可见，喷雾贯穿距离随喷孔直径的增加而增加.主要原因是随着喷孔直径的增加，喷孔的出口面积增大，喷雾的出口流量也随之增大，喷雾的惯性力增大，有利于喷雾喷射到更远的距离.虽然喷雾的贯穿距离随着喷嘴直径的增大而增大，但是雾化效果变差，因此喷嘴直径的选择还需要兼顾雾化效果.在对影响柴油、甲醇、水三相乳化液喷雾贯穿特性主要物理参数(密度、粘度及表面张力)的研究基础上，运用Fluent数值计算方法，模拟一定环境条件下乳化液的喷雾贯穿特性.通过喷雾模拟结构图可以看出：在充分考虑液滴与空气之间能量、质量、动量的耦合后，从喷雾模拟图就可以分辨出喷注分裂长度、雾化稠密区、稀薄区和喷雾前锋.研究喷嘴直径、环境压力、启喷压力对柴油、甲醇、水三相乳化液喷雾贯穿距离等雾化效果的影响可知：随着喷嘴启喷压力的增加，其喷雾贯穿距离增加；随着环境压力的增加，其喷雾贯穿距离则会减小；较大的喷嘴直径，乳化液的喷雾贯穿距离也较大.【相关文献】[1] 李锋,郭瑞卿,唐正府,等.地面燃机燃用不同燃料的燃烧室性能分析[J].吉首大学学报:自然科学版,2014,35(2):35-40.[2] 霍海鹏.替代燃料汽车[J].交通与运输，2007(2)：65-66.[3] LIN CHERNG￣YUAN,WANG KUO￣HUA.Diesel Engine Performance and Emission Characteristics Using Three￣Phase Emulsions as Fuel[J].Fuel,2004,83(4/5):537-545. [4] SHENG Hongzhi,WU Dongyin,ZHANG Hongce,et al.Viscosity,Surface Tension,and Atomization of Water￣Methanol and Diesel Emulsions[J].Atomization andSprays,2006,16:1-13.[5] 吴东垠，仝利娟，姚季，等.乳化剂和分散相含量对乳化液黏度的影响[J].西安交通大学学报，2010，44(11)：6-11.[6] RAL OCHOTERENA,ANNA LIF,MAGNUS NYDN,et al.Optical Studies of Spray Development and Combustion of Water￣in￣Diesel Emulsion and MicroemulsionFuels[J].Fuel,2010,89:122-132.[7] 陶文铨.数值传热学[M].第2版.西安：西安交通大学出版社，2008.[8] 李明.柴油、甲醇和水三相乳化液喷雾贯穿特性的研究[D].西安：西安交通大学，2010.[9] OHNESORGE W.Formation of Drops by Nozzles and the Break￣up of Liquid Jets[J].Z. Angew. Math. Mech.,1936,16:355-358.[10] GHOJEL J I,TRAN X T.Ignition Characteristics of Diesel￣Water Emulsion Sprays in a Constant￣Volume Vessel:Effect of Injection Pressure and Water Content[J].Energy & Fuels,2010,24:3 860-3 866.[11] HIROYASU HIROYASU,TOSHIKAZU KADOTA.Fuel Droplet Size Distribution in DieselCombustion Chamber[J].Bulletin of the Jsme￣Japan Society of Mechanical Engineers,1976,19(135):1 064-1 072.[12] L BRONIARZ￣PRESS,M OCHOWIAK,J ROZANSKI,et al.The Atomization of Water￣Oil Emulsions[J].Experimental Thermal and Fluid Science,2009,33:955-962.。
水_甲醇和柴油乳化液的黏度特性实验研究
#" 乳化液的流变特性
! ! 配制乳化液时采用上述 % 种复合乳化剂， 分别按 照 2" -F 、 9" 2F 、 3" 2F 、 3" -F 和 -" 2F : 种乳化剂含 量， 配制 ## 种水相含量不同的乳化液， 共计 #,: 种" 配 制时使用超声波发生器" ! ! 乳化液中柴油、 甲醇和水含量见表 #" 表中字母 G、 ’ 和 H 和后面的数字分别表示柴油、 水和甲醇及 其乳化液中相应的质量分数" 如 G-2’#2H#2 表示乳 化燃料中含柴油 -2F 、 水 #2F 和甲醇 #2F " 乳化液配 制时先将水 & 甲醇和柴油按比例混合后加入乳化剂， 因 此， 该命名方式未将乳化剂含量标注在内"
・ 92%・
! ! 在液体碳氢燃料中加入醇类或其它有含氧基团的 液体， 可以大幅度改善燃烧排放特性， 特别是可以减少 柴油机碳烟和氮氧化物的排放" 由于醇类与碳氢化合 物互溶性不好， 乳化成为重要的应用方式" 但乳化燃料 的黏度、 表面张力等物理性质对喷雾特性有重要影响，
［ # $ %］ 从而影响乳化液燃烧与 “ 微爆” 过程 " 而上述物理
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水 0 甲醇和柴油乳化液的黏度特性实验研究
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柴油、甲醇和水三相乳化液粒径分布预测模型及实验验证王武强;吴东垠;程亮;严俊杰【摘要】为了研究柴油、甲醇和水三相乳化液在不同启喷压力下的雾化特性,采用最大熵原理和实验相结合的方法分析了喷嘴启喷压力、乳化液配比和乳化剂等对其雾化粒径分布的影响.通过最大熵原理推导了三相乳化液雾化的概率密度函数,建立了三相乳化液的体积积分分布和累积体积分布理论模型,并与实验值进行了比较验证.研究表明:基于最大熵原理确定的理论模型和实际分布趋势基本一致,随着喷嘴启喷压力的增大,Sauter平均直径随之减小,大液滴份额减少,小液滴份额增加,峰值朝粒径较小的方向移动,并且采用较小分散相含量和亲油性较弱乳化剂的乳化液雾化效果相对较好;雾化后的液滴直径主要分布在10～60μm之间,峰值在30 μm左右,峰值附近理论值与实验值的相对误差最大,理论值分布较为集中,实验值分布较为分散;在累积体积分布中,随着启喷压力的增大,累积分布曲线变陡,累积体积理论值较实验值更快到达100％.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)005【总页数】7页(P65-71)【关键词】最大熵原理;乳化液;启喷压力;体积分布【作者】王武强;吴东垠;程亮;严俊杰【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;中国新时代国际工程公司,710018,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK464随着经济的高速发展,世界能源消耗不断增加,能源短缺与环境污染问题日益严重,已成为制约各国经济发展的主要因素,寻找替代燃料、提高能源的利用率已成为近年来研究的主要方向。
柴油掺水乳化及微乳化技术具有节能、燃烧效率高、明显减少尾气污染等优点[1],在不改变现有内燃机供油系统的基础上,柴油掺水乳化液作为替代燃料已经引起学者们的研究兴趣[2-4]。
甲醇作为一种新型清洁燃料,也可加入柴油掺烧。
甲醇为含氧燃料,排放清洁,来源比较广泛,特别适用于富煤少油的地区,其中,柴油、甲醇和水三相乳化液近年来颇受研究者的关注[5-7]。
在燃烧过程中,由于水和醇类的吸热作用降低了燃烧区域的烟气温度,从而减少了氮氧化物的排放,另外,醇类燃料在环保和燃烧效率等方面的优势也受到了很多国家的推崇,因此柴油、甲醇和水三相乳化液的相关研究对其应用发展具有重要意义。
液体燃料在内燃机中燃烧先要经过喷雾雾化的过程,雾化效果的好坏直接影响燃料的燃烧效率和尾气的排放,因此作为柴油的替代燃料,首先需要研究柴油、甲醇和水三相乳化液的雾化特性。
评价雾化效果的标准有很多,主要有雾化平均粒径、粒径分布、喷雾锥角和贯穿距离等,其中雾化平均粒径应用较多,如Sauter平均直径D32[8-9],但进一步的研究需要考虑雾化液滴的尺寸分布等。
喷雾混合过程是一个高速瞬变的过程,对这样的瞬态过程进行实际测量有一定的难度,并且实际测量中往往需要结合光学、控制、测量等多方面因素才能得到较为合理的实验数据,而这些测量设备价格都较昂贵,传统实验的方法虽然可以较为直观地得到液滴的尺寸分布,但是耗时耗力。
因此,许多学者在大量实验数据的基础上,经过理论推导得到了一些著名的经验分布公式,如Nukiyama-Tanasawa分布、Rosin-Rammler分布、正态分布和最大熵分布等[10]。
Nukiyama-Tanasawa分布和Rosin-Rammler分布虽然较为准确,但其关键参数需要通过拟合实验数据得到;正态分布基于液滴形成的随机性,分布函数较为简单,但误差较大;最大熵分布是以喷雾的物理概念为基础,通过数学方法推导出雾化液滴尺寸分布,其以预测准确而受到了学者的广泛关注。
本文基于最大熵原理,运用物理数学分析方法,建立了柴油、甲醇和水三相乳化液雾化液滴尺寸分布的数学模型,求解出乳化液粒径分布概率密度函数的解析解,同时将理论模型与实验结果进行对比分析,验证了液滴尺寸分布模型的准确性。
Shannon提出信息熵的概念[11]后,学者们对信息熵理论进行了深入的研究,其中Jaynes于1957年提出了最大熵原理[12],其主要思想是:对于已知部分信息的未知分布,应该选取符合这些信息而且熵值最大的概率分布。
已知信息即未知分布的约束条件,未知分布可能有若干种,而熵定义的本质是随机变量的不确定性,熵最大时,即随机变量的不确定性最大,这时我们确定的分布就是在约束条件下,关于未知分布最合理的推断。
1.1 乳化液滴粒径分布的数学描述乳化液经过喷嘴雾化后,形成大量直径不均匀的液滴,这些液滴具有一定的粒径分布。
pi表示喷雾中体积为vi的液滴的数量分布概率,在一定的约束条件下,系统的信息熵可达到极大值。
根据信息熵的定义,得-∑pilnpi=max约束条件的选取对液滴最终的粒径分布结果具有决定性的影响,在喷雾过程中,满足质量守恒定律,即一次喷雾的质量等于雾化后全体液滴的总质量。
根据质量守恒,该约束条件之一为式中:n为一次喷雾所产生的液滴总数;ρ为液滴的密度;m为一次喷雾液体的质量。
同时,概率密度函数满足归一化约束条件,在定义域R内积分为1,即为约束条件之二通过上述目标函数和约束条件,对该问题的数学描述为对于某一次喷雾过程,等式右边为定值,等式左边为随机变量的三阶原点矩。
因此,若给定m、n、ρ,则可以确定概率密度函数,从而确定该喷雾的粒径分布特性。
1.2 求解液滴概率密度函数的解析式采用拉格朗日乘数因子法求最优解,引入拉格朗日乘数因子α、β,作目标泛函令L对pi的变分为0,为了方便表示和计算,将α+1替换为α,推导可以得到式(6)就是最大熵分布概率密度函数的解析式,也是式(4)的一个最优解。
已得到最大熵分布概率密度函数的解析式(6),现在只要确定各因子α、β,就可以用最大熵分布表示随机变量的随机特性。
液滴在表面张力的作用下聚集成球形,因此体积v=πD3/6,dv=πD2/2dD,D为液滴直径。
假定v和p为连续的,则于是可知喷雾液滴尺寸的数量微分分布函数式为将式(7)代入式(3),可得推导上式可解出式中:R为f(D)的定义域,为Dmin～Dmax。
同时,将式(7)代入式(2),可得为便于分析,f(D)的定义域为0～∞,利用Mathematica辅助求解式(10)、(11),可得将式(12)、(13)代入式(8),得到喷雾液滴尺寸的数量微分分布模型为1.3 液滴粒径分布的主要模型为了计算式(14)中的m、n、ρ,可采用D32来表示,其定义为将式(14)代入式(15),解得式中为伽玛函数。
于是,可以用D32来表示m、n、ρ,从而简化液滴粒径分布表达式,推导式(16)得将式(17)代入式(14),得到喷雾液滴的数量微分分布模型为可以发现,式(18)与Nukiyama-Tanasawa分布模型具有相同的形式。
式中:a、b、c、d为可调整变量。
式(19)与式(18)可以一一对应,说明本文推导的模型具有一定的代表性。
根据喷雾液滴数量分布模型,可以得到液滴的几种主要尺寸分布模型如下。
(1)液滴尺寸的体积微分分布模型(2)液滴尺寸的体积积分分布模型式中:液滴体积积分分布F(D)为某一尺寸的液滴体积占液滴总体积的比例;Vt为一次喷雾液体的总体积。
将式(22)代入式(21),计算可以得到(3)液滴累积体积分布模型液滴累积体积分布是某一直径以下的所有液滴体积占总体积的比例,可以由式(23)积分得到。
以上通过理论分析得到了粒径分布的概率密度函数,建立了液滴体积积分分布模型和累积体积分布模型,下面利用本文实验值进行验证分析。
为了验证前述雾化液滴理论分析模型的准确性,同时进行了柴油、甲醇和水三相乳化液的雾化特性实验,分别应用两种不同的乳化剂Y01和Y02配制了D60M20W20和D80M10W10两种乳化液,D60M20W20中柴油、甲醇和水的质量分数分别约为60%、20%和20%,D80M10W10中柴油、甲醇和水的质量分数分别约为80%、10%和10%。
首先,将甲醇和水混合形成甲醇水溶液,将乳化剂分散在柴油中,然后通过超声波方式将甲醇水溶液与柴油进行乳化,最后形成柴油、甲醇和水三相乳化液,其中甲醇水溶液为分散相,柴油为连续相。
乳化剂的参数及乳化液的特性如表1所示,其中乳化剂通过两种表面活性剂span80和tween60在不同的质量比下配制而成,HLB值是反映表面活性剂亲水亲油能力的指标。
本文采用Malvern激光粒度分析仪测得4种乳化液基于压力雾化喷嘴在不同启喷压力下雾化后的D32值及液滴体积分布情况,并与理论值进行了比较分析。
2.1 柴油、甲醇和水三相乳化液的雾化特性本文采用Malvern激光粒度分析仪研究了柴油、甲醇和水三相乳化液的雾化特性,乳化液为D60M20W20和D80M10W10,采用Y01和Y02两种乳化剂配制而成,测量光束的轴心距喷油嘴出口50 mm,喷嘴启喷压力分别为14、16、18 MPa,环境温度和环境压力为常温常压。
图1所示为4种乳化液在不同启喷压力下雾化的D32值变化情况,可以看出,随着喷嘴启喷压力的增大,D32值逐渐减小,雾化效果逐渐变好。
其主要原因是:喷嘴启喷压力是影响初始喷雾特性的重要参数,直接影响燃料液滴的碰撞、撕裂和雾化,决定雾化喷射的贯穿距离,为喷雾的发展提供初动能。
启喷压力的增加会提高油束的喷射能量,加强气体的扰动及卷吸作用,有助于改善混合气质量,因此喷嘴的启喷压力越大,乳化液滴的粒径就越小。
由图1还可以发现,D60M20W20乳化液的D32值比D80M10W10乳化液大。
其主要原因是:随着分散相含量的增大,乳化液的黏度也越来越大[6]。
如表1所示,同一种乳化剂下,D60M20W20的黏度比D80M10W10大,而黏度是决定雾化特性的重要参数,高黏度通常会阻碍射流的分解,促使雾化发生在低速区域,在其他条件不变或者变化不大的情况下,雾化液滴的大小与黏性力成正比关系[13],因此随着分散相含量的增大,平均粒径也越大。
同时,采用Y01乳化剂的乳化液D32值也比采用Y02乳化剂的乳化液大,在相同的条件下,采用Y02乳化剂的乳化液粒径更小。
乳化液液滴的稳定性主要取决于乳化剂的性质和含量,从热力学角度讲,乳化剂吸附在内部界面上,降低了表面张力,除此之外,稳定的界面还可以提供液滴之间的斥力,乳化剂增加到一定程度后就可以很好地维持乳化液的稳定性[14]。
由表1可知,采用Y01乳化剂配制的乳化液黏度比Y02乳化剂的黏度大。
本文所配制的乳化液为油包水型,乳化剂的HLB值越小,亲油性越强,乳化剂与连续相,即油相的作用力也越强,可以吸附更多的油相在乳化剂的表面,有利于乳化液保持稳定,同时其黏度也相应地有所提高[6]。