生物柴油-柴油混合燃料及生物柴油摻水微乳化燃料性能研究.pdf

1、本文在國(guó)家西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目的資助和支持下，系統(tǒng)地開展了生物柴油、柴油及不同比例生物柴油-柴油混合燃料的理化、噴霧、燃燒特性和排放控制的對(duì)比試驗(yàn)研究。得到了柴油機(jī)燃用生物柴油、柴油及不同比例生物柴油-柴油混合燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放的規(guī)律。針對(duì)生物柴油引起的NOx排放高的問(wèn)題，提出摻水微乳化的解決方案。論述了微乳化燃料與乳化燃料相比具有的優(yōu)點(diǎn)，從而以形成微乳化燃料為前提，系統(tǒng)地進(jìn)行了生物柴油摻水微乳化燃料的配制試驗(yàn)研究以及微乳化燃料的形

2、成機(jī)理分析。 發(fā)現(xiàn)了生物柴油微乳化燃料最大摻水量隨極性助溶劑乙醇和不同乳化劑添加量的定量關(guān)系。選擇兩種配方生物柴油摻水微乳化燃料，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上系統(tǒng)地開展了微乳化燃料與生物柴油燃燒和排放特性的試驗(yàn)研究。得到了柴油機(jī)燃用微乳化燃料和生物柴油時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放的規(guī)律。有效地解決了生物柴油引起的NOx排放高的問(wèn)題。 本文的研究工作為開發(fā)節(jié)能、環(huán)保的新型燃料提供了理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)依據(jù)。 本文的主要內(nèi)容(創(chuàng)新點(diǎn)用·標(biāo)出)反映

3、在： (1)對(duì)比研究了生物柴油和柴油的理化特性和霧化質(zhì)量。結(jié)果表明：生物柴油粘度大，流動(dòng)性差。在啟噴壓力為24.8MPa時(shí)，生物柴油的噴霧錐角小于柴油；直徑小于42微米時(shí)，同一直徑下生物柴油粒子所占比例遠(yuǎn)低于柴油；在相同的累積體積比例下，生物柴油的液滴直徑比柴油高；生物柴油的各個(gè)特征直徑均高于柴油。生物柴油粘度大直接導(dǎo)致了霧化質(zhì)量不佳。 (2)在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下對(duì)生物柴油、柴油及不同比例生物柴油-柴油混合燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)性能

4、和排放特性進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究。 研究結(jié)果表明：與柴油相比，燃用生物柴油及其與柴油混合燃料時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率比柴油的略有降低。燃用生物柴油及其與柴油混合燃料在外特性和1500r/min負(fù)荷特性下比油耗增加，且隨著摻混比的增加而增加，隨著負(fù)荷的增大，各種燃料比油耗的差距逐漸減小。燃用生物柴油及其與柴油混合燃料在外特性下的比能耗呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性：低轉(zhuǎn)速時(shí)，生物柴油及其與柴油混合燃料的比能耗要比柴油的高，隨著轉(zhuǎn)速的增加，比能耗之間的差別

5、越來(lái)越小，轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，生物柴油及其與柴油混合燃料的比能耗要比柴油的低。 燃用生物柴油及其與柴油混合燃料在1500r/min負(fù)荷特性下比能耗高于柴油，且隨著摻混比的增加而增加，隨著負(fù)荷的增大，各種燃料比能耗的差距逐漸減小。與柴油相比，生物柴油及其與柴油混合燃料在外特性下HC排放降低，但是和摻混比沒(méi)有線形變化規(guī)律，在1500r/min負(fù)荷特性下生物柴油及其與柴油混合燃料HC排放降低且隨摻混比的增加而減少； 生物柴油及其與柴

6、油混合燃料在外特性下CO排放降低且與摻混比沒(méi)有明顯關(guān)系，1500r/min負(fù)荷特性下各摻混比混合燃料CO排放在小負(fù)荷時(shí)差別不大，大負(fù)荷時(shí)明顯降低，且與摻混比沒(méi)有關(guān)系：生物柴油及其與柴油混合燃料的。 NOx排放要比柴油的高，并隨摻混比的增加而增加：生物柴油及其與柴油混合燃料在外特性下碳煙排放降低且隨摻混比的增加而減少，1500r/min負(fù)荷特性下，在小負(fù)荷時(shí)，生物柴油及其與柴油混合燃料的碳煙排放基本不變，隨著負(fù)荷的增加，生物柴油及

7、其與柴油混合燃料的碳煙排放降低，且隨摻混比的增加而降低。 (3)在ZH1105W型單缸柴油機(jī)上對(duì)生物柴油、柴油及不同比例生物柴油-柴油混合燃料的燃燒特性進(jìn)行了較為全面的對(duì)比試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：生物柴油及其與柴油混合燃料的滯燃期比柴油的略有縮短；生物柴油及其與柴油混合燃料的峰值燃燒壓力在不同的工況下表現(xiàn)出不同的規(guī)律性；生物柴油及其與柴油混合燃料的峰值壓力升高率在中小負(fù)荷時(shí)比柴油的高，在大負(fù)荷時(shí)要比柴油的低；生物柴油及其與柴油混

8、合燃料的峰值瞬時(shí)燃燒放熱率在中小負(fù)荷時(shí)比柴油的高：在大負(fù)荷時(shí)，生物柴油的最大瞬時(shí)燃燒放熱率要比柴油的低；生物柴油摻混比例的增加有助于循環(huán)等容度的提高。 (4)首次對(duì)生物柴油摻水微乳化的配制和機(jī)理進(jìn)行了研究，定量地研究了乙醇體積比例、乳化劑及其添加量與生物柴油摻水微乳化燃料最大摻水量的關(guān)系。 隨著乙醇比例的增加，微乳化燃料最大摻水量增加；使用表面活性劑可以進(jìn)一步增加最大摻水量：隨著表面活性劑添加量的增加，最大摻水量增加；S

9、、G和L三種油溶性表面活性劑中G的摻水量最高；S、G和L三種油溶性表面活性劑和水溶性表面活性劑T復(fù)配效果沒(méi)有單一油溶性表面活性劑效果好。定義了微乳化燃料最大摻水量以及乳化劑微乳化效率兩個(gè)概念。 系統(tǒng)地研究了生物柴油-乙醇-水微乳化燃料的形成機(jī)理，認(rèn)為形成生物柴油.乙醇-水微乳化燃料的必要條件是生物柴油和乳化劑所有親水基和乙醇的羥基通過(guò)氫鍵作用于水(液滴)的力不小于相應(yīng)的拉普拉斯壓力梯度。 (5)首次對(duì)柴油機(jī)燃用生物柴油摻

10、水微乳化燃料的性能和燃燒特性進(jìn)行了研究。發(fā)動(dòng)機(jī)燃用微乳化燃料發(fā)出的功率和扭矩低于生物柴油。微乳化燃料有效燃油消耗率增加，有效能量消耗率降低，提高了燃料經(jīng)濟(jì)性。 微乳化燃料能夠同時(shí)降低生物柴油的煙度和NOx排放，兩種微乳化燃料之間仍然符合trade-off關(guān)系。微乳化燃料滯燃期延長(zhǎng)且燃燒提前結(jié)束，提高了中、高負(fù)荷循環(huán)等容度。微乳化燃料在小負(fù)荷時(shí)峰值壓力和峰值放熱率低，隨著負(fù)荷的增加而迅速增加且明顯高手生物柴油。 (6)首次