【摘要】：能源需求的增長(zhǎng)與環(huán)境污染的加劇使得代用燃料的研究越來(lái)越受到重視,隨著纖維素乙醇釀造技術(shù)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(diǎn)再次成為代用燃料研究的熱點(diǎn)。生物乙醇燃料脫水提純成本過(guò)高降低了乙醇在其整個(gè)生命周期中的能源利用效率,隨著HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃用含水乙醇成為現(xiàn)實(shí)。本文基于自主設(shè)計(jì)的激波管試驗(yàn)裝置與CHEMKIN PRO氣相化學(xué)動(dòng)力學(xué)軟件,采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法探究了初始條件及含水量變化對(duì)含水乙醇著火特性的影響規(guī)律,進(jìn)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(yīng)路徑,并分別定量地研究了水的化學(xué)效應(yīng)與物理效應(yīng)對(duì)含水乙醇著火特性的影響。得到的主要結(jié)論如下:(1)利用激波管試驗(yàn)裝置開(kāi)展了含水乙醇的著火延遲時(shí)間數(shù)據(jù)測(cè)量試驗(yàn),結(jié)果表明,含水乙醇著火延遲時(shí)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(duì)含水乙醇著火延遲時(shí)間的影響隨著壓力升高逐漸減弱;當(dāng)溫度較低時(shí),隨當(dāng)量比的增大而減小,當(dāng)溫度較高時(shí),隨當(dāng)量比的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),并在當(dāng)量比為1.0附近達(dá)到最小值;當(dāng)溫度較低時(shí),含水乙醇著火延遲時(shí)間隨含水量的增加先減小后增大,但變化幅度較小,當(dāng)溫度較高時(shí),含水乙醇著火延時(shí)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(jié)果對(duì)含水乙醇的氧化過(guò)程進(jìn)行了敏感性分析與路徑分析。結(jié)果表明,在溫度較高條件下對(duì)含水乙醇著火過(guò)程促進(jìn)作用最大的基元反應(yīng)是H+O_2=OH+O(R1),抑制作用最大的基元反應(yīng)為HO_2+H=H_2+O_2(R12)。路徑分析發(fā)現(xiàn):乙醇著火過(guò)程中,其主要先與H、O、和OH等活性自由基進(jìn)行脫氫反應(yīng)生成3種C_2H_5O的同分異構(gòu)體,然后經(jīng)過(guò)裂解等過(guò)程,最終生成C_1至C_2組分,且各中間產(chǎn)物最終都通過(guò)直接或間接反應(yīng)生成CH_3后,進(jìn)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(jìn)一步脫氫轉(zhuǎn)化為CO。另外,少量乙醇通過(guò)與第三體M碰撞反應(yīng)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(dāng)摻混50%體積分?jǐn)?shù)的水時(shí),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(yīng)生成C_2H_4的量。(3)基于設(shè)計(jì)的可燃混合物模型來(lái)模擬分析水對(duì)乙醇著火特性影響的兩種效應(yīng)(化學(xué)效應(yīng)、物理效應(yīng))。分析表明,水對(duì)乙醇著火過(guò)程的影響中物理效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著含水量的持續(xù)上升化學(xué)效應(yīng)占總影響的比例逐漸上升;當(dāng)含水量不變時(shí),隨著溫度的上升水的化學(xué)效應(yīng)顯著增強(qiáng);隨著水的加入,反應(yīng)系統(tǒng)的溫度出現(xiàn)顯著下降,其中水的化學(xué)效應(yīng)與物理效應(yīng)都表現(xiàn)為抑制反應(yīng)系統(tǒng)溫度的升高;水的化學(xué)效應(yīng)會(huì)促進(jìn)反應(yīng)系統(tǒng)中的OH濃度的上升。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：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(guó)作為全世生產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò) 4400 萬(wàn)噸，在全國(guó)超過(guò) 17 個(gè)區(qū)推廣摻混率達(dá) 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在覆蓋，燃料乙醇年消費(fèi)量也已經(jīng)達(dá)到 1073 萬(wàn)噸燃料乙醇年產(chǎn)量約 260 萬(wàn)噸，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世僅為 3.5%，目前也已有 9 個(gè)省全面推廣使用摻根據(jù) 2017 年國(guó)家發(fā)展改革委頒布的《關(guān)于擴(kuò)大用乙醇汽油的實(shí)施方案》，明確指出到 2020 年醇汽油，促進(jìn)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)整體到達(dá)國(guó)際醇相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。因此不斷發(fā)展，其在眾多發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)作為全世界年生產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò) 4400 萬(wàn)噸，在全國(guó)超過(guò) 17 個(gè)州地區(qū)推廣摻混率達(dá) 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在全全覆蓋，燃料乙醇年消費(fèi)量也已經(jīng)達(dá)到 1073 萬(wàn)噸，我國(guó)燃料乙醇年產(chǎn)量約 260 萬(wàn)噸，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界重僅為 3.5%，目前也已有 9 個(gè)省全面推廣使用摻混率6]。根據(jù) 2017 年國(guó)家發(fā)展改革委頒布的《關(guān)于擴(kuò)大生車(chē)用乙醇汽油的實(shí)施方案》，明確指出到 2020 年，用乙醇汽油，促進(jìn)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)整體到達(dá)國(guó)際先進(jìn)料乙醇相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。因此，隨的不斷發(fā)展，其在眾多發(fā)動(dòng)機(jī)替代燃料中的地位也越

圖 1.3 項(xiàng)目研究的技術(shù)方案示意圖如圖 1.3 為本文的研究方法和技術(shù)路線，其詳細(xì)解釋如下：（1）收集整理公開(kāi)發(fā)表文獻(xiàn)中的乙醇單一燃料和相關(guān)摻混燃料的基礎(chǔ)燃燒數(shù)據(jù)（著火延遲時(shí)間）；同時(shí)收集整理已公布的乙醇燃料的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，重點(diǎn)關(guān)注和評(píng)估各動(dòng)力學(xué)機(jī)理的文件的組成以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，形成乙醇燃料基礎(chǔ)燃燒數(shù)據(jù)庫(kù)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理文件庫(kù)；（2）將不同條件下的試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外激波管的物理特性參數(shù)，對(duì)本激波管試驗(yàn)裝置開(kāi)展可靠性與誤差分析；（3）通過(guò)激波管試驗(yàn)裝置，利用反射激波后試驗(yàn)區(qū)的高溫高壓條件，開(kāi)展不同初始條件下含水生物乙醇燃料的著火試驗(yàn)，主要獲取含水生物乙醇燃料的著火延遲時(shí)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(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，改變初始條件，模擬計(jì)算點(diǎn)火延遲時(shí)間，將得到的數(shù)據(jù)制表繪圖，對(duì)圖線中的變化規(guī)律進(jìn)行分析。綜合分析試驗(yàn)與模擬結(jié)果，總結(jié)初始條件變化對(duì)含水乙醇著火

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號(hào)：2747210