本文關鍵詞：柴油機燃用短鏈醇酯混合燃料的燃燒過程及排放特性研究

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【摘要】：各種各樣的生物質燃料得以廣泛應用,而燃料碳鏈長短和含氧官能團會造成燃料理化性質的差異,進而影響混合燃料的燃燒過程和排放特性。本文選用乙醇和碳酸二甲酯(DMC)為代表的短鏈醇酯含氧燃料,研究含氧官能團羥基和羰基對燃燒過程的影響。依據(jù)乙醇、DMC和柴油的分子結構、分子極性及相似相容理論配制不同比例的混合燃料E0D15(15%DMC+85%柴油)、E7.5D15(7.5%乙醇+15%DMC+77.5%柴油)、E15D15(15%乙醇+15%DMC+70%柴油),開展DMC/乙醇/柴油三元混合含氧燃料的燃燒過程和排放特性研究,分析不同負荷工況下各混合燃料的當量比油耗、缸內(nèi)壓力、瞬時放熱率和排放物等性能參數(shù),同時依據(jù)化學反應動力學,追蹤醇酯燃料低溫反應區(qū)關鍵自由基及CO和NO的生成特性。本文的主要研究工作及成果如下:(1)以柴油作為參照,在不同負荷工況下,對不同摻混比例的乙醇/DMC/柴油混合燃料的燃燒過程進行分析,研究短鏈結構醇/酯燃料對燃燒產(chǎn)物的影響。在低負荷工況下,由于短鏈結構的醇酯燃料汽化吸熱,使缸內(nèi)溫度降低,當量比油耗略有上升;高負荷工況下,低沸點的短鏈醇酯促使混合燃料揮發(fā),使可燃混合氣量增加,燃燒速率和熱效率提高,當量比油耗隨之降低。以全負荷工況為例,隨乙醇和DMC摻混比例的增加,由于短鏈醇酯燃料汽化吸熱,使缸內(nèi)溫度略有降低,E0D15、E7.5D15和E15D15等混合燃料的著火延遲期逐漸增加,缸壓曲線后移且壓力峰依次降低,同時放熱峰依次后移但峰值逐漸上升。(2)各負荷工況下混合燃料對煙度的降低作用明顯。低負荷工況下,混合燃料的NOx排放與柴油接近,但大負荷工況下,混合燃料E7.5D15和E15D15的NOx排放較柴油明顯上升。與柴油相比,混合燃料E0D15的CO和HC排放稍有降低,而隨乙醇摻混比例的增加,混合燃料E7.5D15和E15D15的CO和HC排放逐漸增加,且在低負荷工況下上升效果更為明顯。(3)利用化學反應動力學軟件Chemkin,對混合燃料燃燒過程進行了數(shù)值模擬,并與試驗數(shù)據(jù)相校驗,驗證模型的準確性。短鏈含氧燃料乙醇和DMC摻混比例的增加使缸內(nèi)壓力和溫度略有降低,壓力和溫度曲線后移。從反應機理角度看,在低溫區(qū)正庚烷脫氫反應生成重要的活性基團OH·,但乙醇和DMC的加入會爭奪低溫反應區(qū)內(nèi)的OH·,活性較強的OH·轉化為并不活躍的H2O_2,延緩化學反應進程,造成著火延遲期增長。(4)短鏈醇酯燃料的加入使缸內(nèi)溫度降低,一定程度上造成CO排放增加,但在較高反應溫度條件下缸內(nèi)累積的H2O_2分解生成更多量的OH·,促使CO氧化成CO_2,兩方面的博弈決定了缸內(nèi)CO的最終生成量。乙醇和DMC含氧官能團會造成系統(tǒng)內(nèi)O的上升,促使熱型NO第一步反應更多的進行,使熱型NO生成量增加;羰基的短鏈雙鍵結構斷裂需要更多的能量,其對NO生成的促進作用小于羥基對NO生成的促進作用。
【關鍵詞】：乙醇 碳酸二甲酯 燃燒過程 排放 化學反應動力學
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 引言11-12
• 1.2 含氧混合燃料的研究12-16
• 1.2.1 醇類燃料的應用研究12-14
• 1.2.2 酯類燃料的應用研究14-16
• 1.2.3 醇-酯-柴油三元燃料研究現(xiàn)狀16
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容16-17
• 第二章 短鏈醇酯燃料配備及理化性質17-26
• 2.1 燃料的組成和分子結構17-18
• 2.2 乙醇-DMC-柴油互溶性研究18-22
• 2.2.1 分子的極性18-19
• 2.2.2 相似相溶理論19-20
• 2.2.3 溶解方式20
• 2.2.4 乙醇-柴油、DMC-柴油的溶解度試驗20-21
• 2.2.5 乙醇-DMC-柴油的制備21-22
• 2.3 乙醇-DMC-柴油混合燃料理化參數(shù)22-24
• 2.3.1 密度與粘度22-23
• 2.3.2 十六烷值、低熱值與含氧量23-24
• 2.4 本章小結24-26
• 第三章 發(fā)動機燃用醇酯燃料的燃燒過程和排放特性26-38
• 3.1 試驗設備26-27
• 3.2 試驗用油及試驗方案27-28
• 3.2.1 試驗用油27
• 3.2.2 試驗方案27-28
• 3.3 實驗結果分析28-36
• 3.3.1 燃油經(jīng)濟性28-29
• 3.3.2 短鏈醇酯燃料對缸內(nèi)壓力及放熱率的影響29-31
• 3.3.3 滯燃期31-32
• 3.3.4 排放特性32-36
• 3.4 本章小結36-38
• 第四章 基于Chemkin的短鏈醇酯混合燃料燃燒模擬38-60
• 4.1 機理選擇與模型驗證39-45
• 4.1.1 nC7H16燃燒反應路徑分析39-42
• 4.1.2 乙醇、DMC燃燒反應路徑分析42-44
• 4.1.3 模型驗證44-45
• 4.2 DMC-乙醇-正庚烷燃燒過程模擬45-58
• 4.2.1 缸內(nèi)壓力和溫度45-46
• 4.2.2 著火過程46-49
• 4.2.3 醇酯燃料的CO生成機理49-53
• 4.2.4 醇酯燃料的NO生成機理53-58
• 4.3 本章小結58-60
• 第五章 全文總結與展望60-62
• 5.1 全文總結60-61
• 5.2 展望61-62
• 參考文獻62-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表的相關論文69

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本文編號：722442