【摘要】：生物基燃油作為車(chē)用柴油機(jī)替代燃料,對(duì)緩解石化能源危機(jī)有重要意義,對(duì)降低碳煙、一氧化碳等排放有明顯效果,但對(duì)氮氧化物(NO)的排放控制始終是重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文在組分分析、特征燃油構(gòu)建研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法,深入研究了組分特征及組分構(gòu)成對(duì)生物基燃油NO排放特性的影響,為生物基燃油推廣中降低NO排放提供理論及試驗(yàn)依據(jù),對(duì)類(lèi)似生物燃料的NO排放特性研究也有重要參考價(jià)值。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:1、開(kāi)展了大豆油脂快速熱裂解生物基燃油(SPBF)的替代組分研究,構(gòu)建了SPBF替代燃油模型。通過(guò)GC-MS分析,指出短鏈脂肪酸甲酯含量的上升和不飽和組分比重的下降是SPBF區(qū)別與生物柴油的典型組分特征。在六種典型組分基礎(chǔ)上,確定了SPBF的五種替代組分,葵酸甲酯(MD)、9-葵烯酸甲酯(MD9D)、5-葵烯酸甲酯(MD5D)、辛酸甲酯(MO)、正庚烷(n-heptane)。通過(guò)引入不飽和組分(MD9D)和短碳鏈組分(MO),分別構(gòu)建了具有顯著不飽和度特征和顯著短碳鏈特征的生物燃油,MD blend A和MD blend B。根據(jù)SPBF的含氧量特征和不飽和度特征,確定了五種替代組分的摻混比,構(gòu)建了SPBF的替代燃油模型MD blend C。2、開(kāi)展了SPBF替代組分及特征油的NO排放特性仿真計(jì)算研究,驗(yàn)證了替代燃油模型在NO生成量方面對(duì)SPBF具有良好的替代性。基于零維封閉均質(zhì)燃燒模型,在溫度及當(dāng)量比可變的燃燒初始條件下,對(duì)比研究了飽和組分(MD)與不飽和組分(MD9D)、MD blend A和MD blend B的NO排放特性;以及各替代組分和特征摻混油的燃燒滯燃期變化規(guī)律,研究結(jié)論可作為構(gòu)建SPBF替代方案的理論基礎(chǔ),即MD blend C的構(gòu)建,基于內(nèi)燃機(jī)(HCCI)模型,從NO生成量和著火延遲期方面驗(yàn)證了MD blend C對(duì)SPBF具有良好的替代性。3、進(jìn)行了單組份和多組分摻混的生物質(zhì)燃料油的試驗(yàn)研究,為SPBF的車(chē)用柴油機(jī)排放特性分析提供了數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)六種典型組分,選定短鏈組分辛酸甲酯(MO)、飽和長(zhǎng)鏈組分棕櫚酸甲酯(C_(17)H_(34)O_2)、不飽和組分油酸甲酯(C_(19)H_(36)O_2)以及0~#國(guó)五柴油作為試驗(yàn)用油,與替代組分對(duì)應(yīng)一致。按照含氧量與SPBF等同的原則,構(gòu)建了表示不同飽和度特征和碳鏈長(zhǎng)度特征的混合油,CBD-2和CBD-3,以及生物質(zhì)均等摻混的CBD-1。試驗(yàn)數(shù)據(jù)量化了分子結(jié)構(gòu)特征差異對(duì)NO排放影響,為SPBF的車(chē)用柴油機(jī)排放特性分析提供了數(shù)據(jù)支撐。特定工況下CBD-2和CBD-3表現(xiàn)出的高放熱率、高放熱量、高NO排放量,表明了含有特定比例的棕櫚酸甲酯和油酸甲酯對(duì)燃燒有著特殊的促進(jìn)作用。CBD-1的燃燒特征表明了組分之間存在抑制燃燒化學(xué)反應(yīng)效率的可能。中低轉(zhuǎn)速及低負(fù)荷下單一生物質(zhì)組分與柴油的摻混油能減少NO排放,短鏈組分含量的增加及不飽和度的下降有利于降低NO的排放。4、開(kāi)展了SPBF發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn),驗(yàn)證了本文構(gòu)建的SPBF替代燃油的有效性。由SPBF與柴油摻混生成B10、B20、B30,全負(fù)荷工況低轉(zhuǎn)速下,有效抑制了NO生成,與單組份的模擬計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相一致,減排效果依次是B10、B20、B30。轉(zhuǎn)速高于2000rpm時(shí),增大了NO排放,依次是B10、B30、B20。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別與MD blend C的模擬計(jì)算數(shù)據(jù)以及組分摻混燃油的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,表明NO排放規(guī)律基本一致。
【圖文】：

（J20）、20%的椰子生物柴油與80%的石化柴油混合（C20）、20%的棕櫚和椰子生物柴油與80%的石化柴油混合（PC20）、20%的麻風(fēng)樹(shù)果、棕櫚和椰子生物柴油與80%的石化柴油混合（JPC20）。NOx排放規(guī)律如圖1-2所示，對(duì)比可以看出生物燃油原料的差異，對(duì)NOx排放影響并不一致。棕櫚生物柴油（PB）和含有棕櫚酸甲酯的摻混生物柴油（JPCB）在3000rpm以下減少了NO的排放，且在低轉(zhuǎn)速下效果更明顯，這一研究結(jié)論說(shuō)明了棕櫚酸生物柴油的組分不同于其他原料的生物柴油。表1-2 試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)Tab1-2 Test engine parameters發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)指標(biāo) 試驗(yàn)一用機(jī) 試驗(yàn)二用機(jī)類(lèi)型 直列四行程水冷柴油機(jī) 直列四行程水冷柴油機(jī)汽缸數(shù) 4 4缸徑×行程 （mm） 98×110 91.1×95排量 （L） 3.32 2.477壓縮比 22.6 21.1燃燒系統(tǒng) Ε-TVCS 傳統(tǒng)泵油進(jìn)氣系統(tǒng) 自然進(jìn)氣 渦輪增壓功率（KW/rpm） 50.7/2600 42KW/3500由于試驗(yàn)用生物柴油的原料不同，，生物柴油的具體燃油成分也有差異，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放特性。對(duì)照石化柴油，各排放成分的變化率如圖1-2所示。兩項(xiàng)試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1-2。實(shí)驗(yàn)一用到的發(fā)動(dòng)機(jī)為自然吸氣，節(jié)流式噴油器，噴油壓力為13.7MPa，噴油提前角為上止點(diǎn)前12度。試驗(yàn)二用了進(jìn)氣增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，噴油壓力為15.7MPa。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者最主要的區(qū)別是進(jìn)氣系統(tǒng)的增壓以及最高轉(zhuǎn)速

技術(shù)路線(xiàn)圖
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U464.172

【參考文獻(xiàn)】

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1 謝陽(yáng);麻劍;羅麒元;許滄粟;;油酸甲酯-柴油混合燃料排放特性試驗(yàn)研究[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2015年10期

2 李瑞娜;王忠;趙洋;劉帥;瞿磊;;柴油機(jī)燃用甲醇/生物柴油著火過(guò)程[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2015年05期

3 劉朋;蔣劍春;陳水根;徐俊明;李靜;夏海虹;;高酸值廢棄油脂制備生物柴油的預(yù)酯化[J];化工進(jìn)展;2015年08期

4 沈現(xiàn)青;黃昭明;;天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[J];佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年04期

5 凌鑫晨;吳鋒;姚棟偉;;基于化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型的汽油機(jī)缸內(nèi)過(guò)程數(shù)值仿真[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2015年02期

6 樊永勝;蔡憶昔;李小華;俞寧;張蓉仙;尹海云;;樟木木屑真空熱解工藝的響應(yīng)面法優(yōu)化及生物油組分分析[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2014年06期

7 郭俊江;李樹(shù)豪;談寧馨;李象遠(yuǎn);;正庚烷低溫燃燒機(jī)理構(gòu)建[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2014年11期

8 裴毅強(qiáng);鄭朝蕾;張博;;生物柴油替代混合物化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建及路徑分析[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

9 盧豐翥;黃豪中;楊如枝;蘇志兵;趙瑞青;;內(nèi)燃機(jī)燃燒測(cè)試分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J];中國(guó)測(cè)試;2014年01期

10 史亞亞;陶武輝;曾哲靈;;樟樹(shù)籽油酯交換法制備生物柴油的研究[J];中國(guó)油脂;2014年01期

本文編號(hào)：2628328