● 摘要
为解决石油资源的日益短缺问题和石油焦的过剩问题，将石油焦制浆变成燃料应用于小型高速柴油机上受到了广泛关注。但油焦浆作为一种固液两相流，直接应用于传统柴油机会出现堵塞结焦等问题。 本文为解决上述问题，应用润滑理论，设计了一种适用于油焦浆燃料的新型喷射器，并与课题组开发的一种油焦浆泵和润滑清洁系统配套使用重新应用于柴油机上，取得了良好的效果。大量试验证明了新的燃料供给系统能实现油焦浆在柴油机上的稳定燃烧。并且搭建了试验台架，测试了不同工况下柴油机燃烧油焦浆的负荷特性和排放特性。 另外，针对新设计的油焦浆喷射器，建立了不同针阀升程的喷射器三维实体造型，并划分网格，选择合适的模型和算法，用Fluent软件仿真模拟了不同针阀升程下，不同喷射压力，不同油焦浆浓度，不同的喷孔形状的喷射器稳态两相流场。 本文研究结果表明：（1） 基于润滑理论重新设计的油焦浆喷射器能有效改善传统喷油器的堵塞结焦问题，实现油焦浆在柴油机上稳定的燃烧。（2） 使用了新型油焦浆喷射器后，空载下油焦浆燃烧后 HC和CO的排放明显低于柴油，烟度排放高于柴油，而NOX的排放则与柴油的比较接近。（3） 台架试验中，在固定的转速下，油焦浆的消耗率和排气温度高于柴油，且油焦浆与柴油的最大输出功率之差和排气温差均随着转速的增加而增加。（4） 模拟计算表明，质量浓度比较高的石油焦主要集中在针阀与针阀座的微小间隙区域。另外针阀喷孔拐角处也聚集着较高浓度的油焦浆；提高喷射压力有利于提高油焦浆喷射器内部流场速度；喷射器内部和出口的湍动能和速度随着油焦浆浓度的增加而增强；在顺锥型、圆柱型和倒锥型三种形状的喷孔中，喷孔内部流场中的湍动能随着喷孔的扩大而越来越大。