纳米流体燃料液滴的蒸发及燃烧特性研究

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为了解决能源危机以及环境污染日益加剧的问题,迫切需要寻找一种新型的、高效的燃料。而纳米流体作为一种新型的、高效的换热介质,且纳米颗粒和基液本身具有高的燃烧热值,因此纳米流体燃料可成为新的燃料形式之一,具有广泛的应用价值。本文对纳米流体燃料的蒸发及燃烧特性进行研究,为纳米流体在燃烧领域的应用提供一定的理论依据。  搭建基于激光辐射加热/点火的纳米流体燃料液滴的蒸发及燃烧实验系统,利用CCD及高速摄像仪记录液滴的蒸发及燃烧过程中液滴尺寸、形状和火焰等的变化,利用热电偶和红外热像仪分别测量液滴内部及表面的温度分布。  在自然对流环境中对介质分别为纳米铝、石墨烯的两种乙醇基纳米流体燃料液滴进行蒸发特性研究。分析激光功率及液滴中纳米粒子质量分数对于液滴蒸发特性的影响。结果表明:液滴寿命随激光功率的增大而减小;当激光功率较大时,液滴蒸发速率随质量分数的增大而增大;当激光功率较低时,对于含铝液滴,当质量分数提升到0.98%后液滴蒸发速率不会继续有明显的提升;对于含石墨烯的液滴,临界质量分数为2.4%,继续增大液滴中石墨烯的质量分数其蒸发速率反而有所下降。  在强制对流环境中对质量分数为4.8%的石墨烯-乙醇纳米流体燃料液滴进行蒸发特性研究。分析激光功率大小、强制对流的流速对于液滴蒸发特性的影响。结果表明石墨烯纳米流体燃料液滴的蒸发速率和气流流速以及激光功率大小都呈正相关关系。  在自然对流环境中采用明火点燃的方式对纳米铝-乙醇纳米流体燃料液滴的燃烧特性进行研究。结果表明液滴燃烧主要包括预热与点火、扩散燃烧和微爆炸三个阶段。点火延迟时间随液滴中纳米铝的质量分数的增大而减小,且质量分数大的液滴其燃烧过程出现微爆炸的次数相对较多。
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