含氧燃料正丁醇對柴油機燃燒路徑影響的模擬研究.pdf

1、隨著內(nèi)燃機行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們所面臨的能源和環(huán)境問題日益突出，為了實現(xiàn)內(nèi)燃機的清潔燃燒，如今尋求新型的替代燃料迫在眉睫。正丁醇憑借其低熱值高、與柴油互溶性好等優(yōu)點逐漸成為清潔燃料的代表，很多試驗結(jié)果表明在柴油中摻混一定比例的正丁醇，可以有效降低發(fā)動機的有害排放物，從而達(dá)到改善柴油機的燃燒和排放特性。因此，研究正丁醇在柴油機上的應(yīng)用對實現(xiàn)內(nèi)燃機的清潔燃燒是十分必要的。
　　本文是通過數(shù)值模擬的方法，研究了含氧燃料正丁醇對柴油機燃燒和

2、排放的影響。首先，通過發(fā)動機三維數(shù)值模擬軟件AVL-FIRE對發(fā)動機燃燒室進(jìn)行建模，并以正庚烷-正丁醇-多環(huán)芳香烴機理作為正丁醇-柴油混合燃料燃燒的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機理。通過缸內(nèi)平均壓力的試驗值與模擬值相對比，可知它們基本吻合，因而該模型具有較高的精度，可用來進(jìn)行下一步的研究。
　　其次，分析了在柴油中摻混一定比例正丁醇時，對柴油機燃燒、氮氧化物和碳煙排放方面的影響。當(dāng)柴油中混入一定比例的正丁醇時，正丁醇會與正庚烷爭奪OH自由基發(fā)生

3、脫氫反應(yīng)，從而導(dǎo)致正庚烷的氧化反應(yīng)減慢。NO的形成可分為三種，即高溫NO、快速型NO和燃料型NO，正丁醇摻入柴油中可使混合燃料的十六烷值降低，滯燃期變長，燃燒速率變慢，從而導(dǎo)致缸內(nèi)的溫度降低，抑制燃料中氧原子與空氣中氮原子的反應(yīng)，NO的生成量減少。碳煙的生成過程主要分為烴類燃料高溫裂解、成核階段、表面生長、凝聚等幾個階段，并主要通過乙炔加脫氫機理(HACA機理)逐漸長大，而正丁醇的加入會使乙炔的濃度降低，導(dǎo)致碳煙的形成減慢。同時，正丁醇

4、在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的OH自由基，使混合燃料中的OH自由基增多，加速碳煙生成過程中某些小分子物質(zhì)（如C2H2等）的氧化。且正丁醇的摻入會使混合燃料中的O原子增多，促進(jìn)分子中的O原子與C原子相結(jié)合，形成更多的C-O鍵，減少了C原子與C原子相結(jié)合的機會，從而抑制了碳煙生成反應(yīng)的進(jìn)行，達(dá)到降低碳煙排放的目的。
　　最后，應(yīng)用AVL-FIRE軟件所建立的模型，研究了不同的正丁醇比例、噴油提前角等對正丁醇-柴油混合燃料燃燒時NO和碳煙前驅(qū)

5、物的影響規(guī)律。結(jié)果顯示:正丁醇比例、噴油提前角等主要是通過影響混合燃料的滯燃期、缸內(nèi)壓力等對混合燃料的燃燒和排放特性產(chǎn)生影響的。隨著柴油中正丁醇摻混比例的增大，缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力和缸內(nèi)平均溫度降低，指示燃油消耗率有所升高，NO和碳煙前驅(qū)物苯(A1)、萘(A2)、菲(A3)和芘(A4)的生成時刻滯后且質(zhì)量分?jǐn)?shù)都呈現(xiàn)降低的趨勢;隨著噴油提前角的減小，缸內(nèi)平均壓力曲線推后，此時缸內(nèi)的最大爆發(fā)壓力也逐漸降低，NO的生成時刻滯后，生成量也逐漸降低，