【摘要】：能源需求的增長與環(huán)境污染的加劇使得代用燃料的研究越來越受到重視,隨著纖維素乙醇釀造技術的不斷突破與發(fā)展,生物乙醇燃料由于其可再生性、燃燒后排放的污染物少等優(yōu)點再次成為代用燃料研究的熱點。生物乙醇燃料脫水提純成本過高降低了乙醇在其整個生命周期中的能源利用效率,隨著HCCI發(fā)動機技術的不斷進步使得發(fā)動機燃用含水乙醇成為現(xiàn)實。本文基于自主設計的激波管試驗裝置與CHEMKIN PRO氣相化學動力學軟件,采用試驗和數(shù)值模擬相結合的方法探究了初始條件及含水量變化對含水乙醇著火特性的影響規(guī)律,進一步分析了含水乙醇在不同初始條件下的敏感性與主要氧化反應路徑,并分別定量地研究了水的化學效應與物理效應對含水乙醇著火特性的影響。得到的主要結論如下:(1)利用激波管試驗裝置開展了含水乙醇的著火延遲時間數(shù)據(jù)測量試驗,結果表明,含水乙醇著火延遲時間隨溫度的降低呈指數(shù)型增加;隨著壓力的增大而減小,壓力對含水乙醇著火延遲時間的影響隨著壓力升高逐漸減弱;當溫度較低時,隨當量比的增大而減小,當溫度較高時,隨當量比的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,并在當量比為1.0附近達到最小值;當溫度較低時,含水乙醇著火延遲時間隨含水量的增加先減小后增大,但變化幅度較小,當溫度較高時,含水乙醇著火延時隨含水量的增大而增大,且變化幅度較大。(2)根據(jù)含水乙醇著火特性數(shù)值模擬結果對含水乙醇的氧化過程進行了敏感性分析與路徑分析。結果表明,在溫度較高條件下對含水乙醇著火過程促進作用最大的基元反應是H+O_2=OH+O(R1),抑制作用最大的基元反應為HO_2+H=H_2+O_2(R12)。路徑分析發(fā)現(xiàn):乙醇著火過程中,其主要先與H、O、和OH等活性自由基進行脫氫反應生成3種C_2H_5O的同分異構體,然后經(jīng)過裂解等過程,最終生成C_1至C_2組分,且各中間產(chǎn)物最終都通過直接或間接反應生成CH_3后,進一步被氧化成CH_3O或CH_2O,再與H、OH基碰撞形成HCO,隨后,HCO進一步脫氫轉(zhuǎn)化為CO。另外,少量乙醇通過與第三體M碰撞反應生成C_2H_4,然后,C_2H_4脫氫生成C_2H_3、C_2H_2,最后變成HCCO。當摻混50%體積分數(shù)的水時,乙醇主要氧化路徑變化并不明顯,但水的加入顯著增大了乙醇與第三體M反應生成C_2H_4的量。(3)基于設計的可燃混合物模型來模擬分析水對乙醇著火特性影響的兩種效應(化學效應、物理效應)。分析表明,水對乙醇著火過程的影響中物理效應占據(jù)主導地位。隨著含水量的持續(xù)上升化學效應占總影響的比例逐漸上升;當含水量不變時,隨著溫度的上升水的化學效應顯著增強;隨著水的加入,反應系統(tǒng)的溫度出現(xiàn)顯著下降,其中水的化學效應與物理效應都表現(xiàn)為抑制反應系統(tǒng)溫度的升高;水的化學效應會促進反應系統(tǒng)中的OH濃度的上升。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK16
【圖文】：

圖 1.1 2016 年世界燃料乙醇產(chǎn)量分布圖016 年世界燃料乙醇產(chǎn)量分布圖，美國作為全世生產(chǎn)量已經(jīng)超過 4400 萬噸，在全國超過 17 個區(qū)推廣摻混率達 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在覆蓋，燃料乙醇年消費量也已經(jīng)達到 1073 萬噸燃料乙醇年產(chǎn)量約 260 萬噸，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世僅為 3.5%，目前也已有 9 個省全面推廣使用摻根據(jù) 2017 年國家發(fā)展改革委頒布的《關于擴大用乙醇汽油的實施方案》，明確指出到 2020 年醇汽油，促進生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)整體到達國際醇相關產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇。因此不斷發(fā)展，其在眾多發(fā)動機替代燃料中的地位也

圖 1.1 2016 年世界燃料乙醇產(chǎn)量分布圖 2016 年世界燃料乙醇產(chǎn)量分布圖，美國作為全世界年生產(chǎn)量已經(jīng)超過 4400 萬噸，在全國超過 17 個州地區(qū)推廣摻混率達 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在全全覆蓋，燃料乙醇年消費量也已經(jīng)達到 1073 萬噸，我國燃料乙醇年產(chǎn)量約 260 萬噸，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界重僅為 3.5%，目前也已有 9 個省全面推廣使用摻混率6]。根據(jù) 2017 年國家發(fā)展改革委頒布的《關于擴大生車用乙醇汽油的實施方案》，明確指出到 2020 年，用乙醇汽油，促進生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)整體到達國際先進料乙醇相關產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇。因此，隨的不斷發(fā)展，其在眾多發(fā)動機替代燃料中的地位也越

圖 1.3 項目研究的技術方案示意圖如圖 1.3 為本文的研究方法和技術路線，其詳細解釋如下：（1）收集整理公開發(fā)表文獻中的乙醇單一燃料和相關摻混燃料的基礎燃燒數(shù)據(jù)（著火延遲時間）；同時收集整理已公布的乙醇燃料的動力學機理，重點關注和評估各動力學機理的文件的組成以及化學動力學機理開發(fā)現(xiàn)狀，形成乙醇燃料基礎燃燒數(shù)據(jù)庫和反應動力學機理文件庫；（2）將不同條件下的試驗結果相對比，通過對比國內(nèi)外激波管的物理特性參數(shù)，對本激波管試驗裝置開展可靠性與誤差分析；（3）通過激波管試驗裝置，利用反射激波后試驗區(qū)的高溫高壓條件，開展不同初始條件下含水生物乙醇燃料的著火試驗，主要獲取含水生物乙醇燃料的著火延遲時間等參數(shù)數(shù)據(jù)；（4）在 CHEMKIN 軟件中選擇研究燃料著火特性的反應動力學模型，改變初始條件，模擬計算點火延遲時間，將得到的數(shù)據(jù)制表繪圖，對圖線中的變化規(guī)律進行分析。綜合分析試驗與模擬結果，總結初始條件變化對含水乙醇著火

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

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本文編號：2747210