丁醇燃燒機(jī)理及時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能影響的研究.pdf

1、丁醇作為汽車代用燃料對(duì)實(shí)現(xiàn)在用汽車的“節(jié)能減排”具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，可以有效緩解化石能源日益枯竭的危機(jī)，同時(shí)減少汽車排放對(duì)大氣環(huán)境的污染，符合當(dāng)前國(guó)家能源的發(fā)展戰(zhàn)略;同時(shí)可以降低國(guó)內(nèi)原油對(duì)外依存度，有利于緩解國(guó)家的能源安全問(wèn)題。本文以丁醇為研究對(duì)象，總結(jié)了丁醇作為車用燃料的應(yīng)用進(jìn)展，分析了丁醇燃燒的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理;利用定容燃燒彈進(jìn)行了不同燃燒邊界條件對(duì)丁醇燃燒特性的影響研究，對(duì)93號(hào)汽油與丁醇燃燒特性的差異進(jìn)行了比較;通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架

2、試驗(yàn)分析了丁醇/汽油混合燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能的影響;在低溫艙內(nèi)進(jìn)行了丁醇/汽油混合燃料的低溫冷起動(dòng)試驗(yàn)，分析了常規(guī)和非常規(guī)排放物的排放特性及其生成機(jī)理;應(yīng)用生命周期理論對(duì)車用燃料丁醇的能量平衡和溫室氣體排放進(jìn)行了定量分析。
　　基于Dagaut等人提出的C1-C4化學(xué)物質(zhì)的氧化機(jī)理，利用Chemkin軟件構(gòu)建丁醇化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合來(lái)自Goos，Burcat和Ruscic等人的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用Chemkin軟件的射流攪拌反應(yīng)

3、器模塊，模擬了預(yù)混無(wú)火焰環(huán)境下丁醇氧化并計(jì)算了均勻氧化產(chǎn)物的濃度;應(yīng)用對(duì)沖流擴(kuò)散火焰模塊，模擬了非預(yù)混火焰環(huán)境下丁醇燃燒特性并計(jì)算了燃燒產(chǎn)物的濃度;為了對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行更深入的分析，分別對(duì)丁醇的氧化、燃燒進(jìn)行了反應(yīng)路徑分析和敏感性分析。研究結(jié)果表明，在給定的條件下，丁醇主要通過(guò)H原子提取反應(yīng)進(jìn)行消耗，生成燃料自由基分子，隨后分解成較小的碳?xì)浠衔锖秃踅M分;丁醇分子中的羥基部分直接生成了甲醛、乙醛和丁醛等含氧組分，這些含氧組分是丁醇燃燒非

4、常規(guī)排放物的主要成分。
　　根據(jù)試驗(yàn)中所采用的定容燃燒彈臺(tái)架運(yùn)行機(jī)制，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際燃燒時(shí)的放熱規(guī)律，基于構(gòu)建的準(zhǔn)維雙區(qū)燃燒模型，確定了丁醇混合氣濃度、定容燃燒彈初始?jí)毫统跏紲囟?個(gè)邊界條件，獲得了丁醇燃燒持續(xù)期、燃燒延遲時(shí)間、燃燒壓力、燃燒溫度、燃燒放熱量等燃燒特性的影響規(guī)律，比較了汽油與丁醇燃燒特性的差異;利用丁醇和汽油燃燒的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，從理論上對(duì)燃燒特性的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，丁醇的燃燒特性非常接近汽油的燃燒

5、特性，但丁醇的燃燒持續(xù)期以及著火延遲時(shí)間均有所延長(zhǎng)，丁醇總的放熱量稍高于汽油，但放熱速率慢于汽油。
　　選取汽油、不同體積比的丁醇/汽油混合燃料等5種試驗(yàn)燃料，進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷以及轉(zhuǎn)速為2000r/min和2500r/min部分負(fù)荷特性試驗(yàn)，獲得了5種試驗(yàn)燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，與汽油相比，在發(fā)動(dòng)機(jī)上燃燒丁醇/汽油混合燃料的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有明顯下降;在全負(fù)荷工況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，NO

6、x的排放先增加后減少但始終高于汽油，HC和CO的排放減少并始終低于汽油;部分負(fù)荷工況下，丁醇在混合燃料中體積比越大，NOx的排放越多，HC和CO的排放越少。
　　在低溫艙內(nèi)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，用尾氣分析儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的HC和CO進(jìn)行了測(cè)量和分析，并采用氣相色譜和液相色譜法，對(duì)CH2O、CH3CHO等非常規(guī)排放物進(jìn)行了測(cè)量和分析;獲得了丁醇/汽油混合燃料在-7℃時(shí)冷起動(dòng)及怠速暖機(jī)最初120s內(nèi)的常規(guī)及非常規(guī)排放特性，結(jié)合丁醇化學(xué)反

7、應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)排放物的生成機(jī)理進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，在冷起動(dòng)的最初120 s內(nèi)，隨著燃料中丁醇體積比的增大，HC排放量和CO排放量逐步減少，每種燃料的HC和CO排放量均是先增加后減少;對(duì)于非常規(guī)污染物，隨著燃油中丁醇體積分?jǐn)?shù)從10％增加到30％，乙烯排放體積分?jǐn)?shù)提高37％，甲醛排放量增加67.6％，乙醛排放量增加69.9％，苯排放量減少40.5％，甲烷排放體積分?jǐn)?shù)減少16％，乙炔排放體積分?jǐn)?shù)減少12.5％。
　　以丁醇替代常規(guī)

8、車用燃料為研究對(duì)象，構(gòu)建了丁醇的生命周期系統(tǒng)模型，以汽油生命周期原料生產(chǎn)到車輛使用的能源消耗和環(huán)境排放指標(biāo)為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，對(duì)車用丁醇燃料的能源消耗和溫室氣體排放進(jìn)行了定量分析，從生命周期角度對(duì)丁醇作為汽車代用燃料產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，以玉米為原料生產(chǎn)丁醇完全替代汽油作為燃料，可以有效降低能源消耗和溫室氣體排放，凈能量盈余為9.65MJ/kg，能量比為1.18;副產(chǎn)品按照不同的分配方案，玉米丁醇生命周期溫室氣體排放量與同等