柴油-乙醇二元燃料燃燒特性及其機(jī)理研究.pdf

1、化石燃料的日益枯竭以及越來越嚴(yán)峻的環(huán)境問題是內(nèi)燃機(jī)界的巨大挑戰(zhàn)。尋找合適的替代燃料已成為研究熱點(diǎn),乙醇作為最有希望的可再生生物質(zhì)燃料來源廣泛,但是,乙醇具有較高的辛烷值,不易壓燃,難以直接用于壓燃式的柴油機(jī)。將柴油與乙醇二元燃料進(jìn)行組合燃燒的模式,具有一定的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。然而對于此種燃燒的本質(zhì)尚不清晰。因此本文對于這種燃燒模式分別進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)、定容燃燒彈實(shí)驗(yàn)和低壓層流預(yù)混火焰實(shí)驗(yàn),并對二元燃料燃燒進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析,

2、在此基礎(chǔ)上提出了二元燃料骨架機(jī)理,并進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　利用定容燃燒彈研究了柴油在乙醇-空氣混合氣熱氛圍的著火特性。研究表明乙醇延長了柴油的滯燃期和火焰浮起長度。隨著初始溫度的升高,柴油滯燃期變短。在本研究發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)乙醇有延長柴油滯燃期的現(xiàn)象。
　　利用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究乙醇與柴油摻燒對污染物排放影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),乙醇對于NOx和碳煙的生成也有很大的抑制作用,但是HC和非常規(guī)排放乙醛較原機(jī)有較大幅度上升。

3、　　利用低壓層流預(yù)混火焰結(jié)合同步輻射真空紫外光電離質(zhì)譜技術(shù),對理論當(dāng)量比下乙醇摻混正庚烷火焰和濃混合氣條件下乙醇摻混表征柴油進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,乙醇的加入對正庚烷和表征柴油的氧化裂解速率并沒有實(shí)質(zhì)影響,對于醛類物質(zhì),尤其是乙醛的摩爾分?jǐn)?shù)上升有顯著的促進(jìn)作用。乙醇可以顯著降低表征柴油中碳煙前驅(qū)體PAH的摩爾分?jǐn)?shù)。
　　利用商用軟件CHEMKIN進(jìn)行了柴油參比燃料正庚烷和乙醇混合燃料的機(jī)理分析。由計(jì)算結(jié)果可知,正庚烷低溫冷焰反應(yīng)

4、及負(fù)溫度系數(shù)區(qū)的時(shí)間均被延長,從而導(dǎo)致總反應(yīng)延遲。通過反應(yīng)路徑和物質(zhì)轉(zhuǎn)化率分析得知,兩種燃料的相互作用是靠自由基池為中介完成的,OH·和HO2·是池中最重要的自由基。乙醇的加入在低溫下將活躍的OH·轉(zhuǎn)化為相對不活躍的H2O2,對正庚烷第一步脫氫表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制,對整個(gè)燃料的氧化進(jìn)程表現(xiàn)出抑制作用,此即乙醇抑制正庚烷低溫氧化的主要原因。
　　在以上分析的基礎(chǔ)上,建立了正庚烷乙醇二元燃料骨架機(jī)理。該機(jī)理包含50步反應(yīng)和41種物質(zhì)。并與