本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)燃用短鏈醇酯混合燃料的燃燒過(guò)程及排放特性研究

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【摘要】：各種各樣的生物質(zhì)燃料得以廣泛應(yīng)用,而燃料碳鏈長(zhǎng)短和含氧官能團(tuán)會(huì)造成燃料理化性質(zhì)的差異,進(jìn)而影響混合燃料的燃燒過(guò)程和排放特性。本文選用乙醇和碳酸二甲酯(DMC)為代表的短鏈醇酯含氧燃料,研究含氧官能團(tuán)羥基和羰基對(duì)燃燒過(guò)程的影響。依據(jù)乙醇、DMC和柴油的分子結(jié)構(gòu)、分子極性及相似相容理論配制不同比例的混合燃料E0D15(15%DMC+85%柴油)、E7.5D15(7.5%乙醇+15%DMC+77.5%柴油)、E15D15(15%乙醇+15%DMC+70%柴油),開(kāi)展DMC/乙醇/柴油三元混合含氧燃料的燃燒過(guò)程和排放特性研究,分析不同負(fù)荷工況下各混合燃料的當(dāng)量比油耗、缸內(nèi)壓力、瞬時(shí)放熱率和排放物等性能參數(shù),同時(shí)依據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué),追蹤醇酯燃料低溫反應(yīng)區(qū)關(guān)鍵自由基及CO和NO的生成特性。本文的主要研究工作及成果如下:(1)以柴油作為參照,在不同負(fù)荷工況下,對(duì)不同摻混比例的乙醇/DMC/柴油混合燃料的燃燒過(guò)程進(jìn)行分析,研究短鏈結(jié)構(gòu)醇/酯燃料對(duì)燃燒產(chǎn)物的影響。在低負(fù)荷工況下,由于短鏈結(jié)構(gòu)的醇酯燃料汽化吸熱,使缸內(nèi)溫度降低,當(dāng)量比油耗略有上升;高負(fù)荷工況下,低沸點(diǎn)的短鏈醇酯促使混合燃料揮發(fā),使可燃混合氣量增加,燃燒速率和熱效率提高,當(dāng)量比油耗隨之降低。以全負(fù)荷工況為例,隨乙醇和DMC摻混比例的增加,由于短鏈醇酯燃料汽化吸熱,使缸內(nèi)溫度略有降低,E0D15、E7.5D15和E15D15等混合燃料的著火延遲期逐漸增加,缸壓曲線后移且壓力峰依次降低,同時(shí)放熱峰依次后移但峰值逐漸上升。(2)各負(fù)荷工況下混合燃料對(duì)煙度的降低作用明顯。低負(fù)荷工況下,混合燃料的NOx排放與柴油接近,但大負(fù)荷工況下,混合燃料E7.5D15和E15D15的NOx排放較柴油明顯上升。與柴油相比,混合燃料E0D15的CO和HC排放稍有降低,而隨乙醇摻混比例的增加,混合燃料E7.5D15和E15D15的CO和HC排放逐漸增加,且在低負(fù)荷工況下上升效果更為明顯。(3)利用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)軟件Chemkin,對(duì)混合燃料燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相校驗(yàn),驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。短鏈含氧燃料乙醇和DMC摻混比例的增加使缸內(nèi)壓力和溫度略有降低,壓力和溫度曲線后移。從反應(yīng)機(jī)理角度看,在低溫區(qū)正庚烷脫氫反應(yīng)生成重要的活性基團(tuán)OH·,但乙醇和DMC的加入會(huì)爭(zhēng)奪低溫反應(yīng)區(qū)內(nèi)的OH·,活性較強(qiáng)的OH·轉(zhuǎn)化為并不活躍的H2O_2,延緩化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程,造成著火延遲期增長(zhǎng)。(4)短鏈醇酯燃料的加入使缸內(nèi)溫度降低,一定程度上造成CO排放增加,但在較高反應(yīng)溫度條件下缸內(nèi)累積的H2O_2分解生成更多量的OH·,促使CO氧化成CO_2,兩方面的博弈決定了缸內(nèi)CO的最終生成量。乙醇和DMC含氧官能團(tuán)會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)O的上升,促使熱型NO第一步反應(yīng)更多的進(jìn)行,使熱型NO生成量增加;羰基的短鏈雙鍵結(jié)構(gòu)斷裂需要更多的能量,其對(duì)NO生成的促進(jìn)作用小于羥基對(duì)NO生成的促進(jìn)作用。
【關(guān)鍵詞】：乙醇 碳酸二甲酯 燃燒過(guò)程 排放 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK421
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 引言11-12
• 1.2 含氧混合燃料的研究12-16
• 1.2.1 醇類(lèi)燃料的應(yīng)用研究12-14
• 1.2.2 酯類(lèi)燃料的應(yīng)用研究14-16
• 1.2.3 醇-酯-柴油三元燃料研究現(xiàn)狀16
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容16-17
• 第二章 短鏈醇酯燃料配備及理化性質(zhì)17-26
• 2.1 燃料的組成和分子結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 乙醇-DMC-柴油互溶性研究18-22
• 2.2.1 分子的極性18-19
• 2.2.2 相似相溶理論19-20
• 2.2.3 溶解方式20
• 2.2.4 乙醇-柴油、DMC-柴油的溶解度試驗(yàn)20-21
• 2.2.5 乙醇-DMC-柴油的制備21-22
• 2.3 乙醇-DMC-柴油混合燃料理化參數(shù)22-24
• 2.3.1 密度與粘度22-23
• 2.3.2 十六烷值、低熱值與含氧量23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇酯燃料的燃燒過(guò)程和排放特性26-38
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)備26-27
• 3.2 試驗(yàn)用油及試驗(yàn)方案27-28
• 3.2.1 試驗(yàn)用油27
• 3.2.2 試驗(yàn)方案27-28
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析28-36
• 3.3.1 燃油經(jīng)濟(jì)性28-29
• 3.3.2 短鏈醇酯燃料對(duì)缸內(nèi)壓力及放熱率的影響29-31
• 3.3.3 滯燃期31-32
• 3.3.4 排放特性32-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第四章 基于Chemkin的短鏈醇酯混合燃料燃燒模擬38-60
• 4.1 機(jī)理選擇與模型驗(yàn)證39-45
• 4.1.1 nC7H16燃燒反應(yīng)路徑分析39-42
• 4.1.2 乙醇、DMC燃燒反應(yīng)路徑分析42-44
• 4.1.3 模型驗(yàn)證44-45
• 4.2 DMC-乙醇-正庚烷燃燒過(guò)程模擬45-58
• 4.2.1 缸內(nèi)壓力和溫度45-46
• 4.2.2 著火過(guò)程46-49
• 4.2.3 醇酯燃料的CO生成機(jī)理49-53
• 4.2.4 醇酯燃料的NO生成機(jī)理53-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 第五章 全文總結(jié)與展望60-62
• 5.1 全文總結(jié)60-61
• 5.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表的相關(guān)論文69

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：722442