本文關(guān)鍵詞：戊醇同分異構(gòu)體燃料層流燃燒特性及化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究　出處：《西安交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：石油燃料供需矛盾的加劇和環(huán)境問題的日益惡化促進了新能源的研究。醇類燃料由于其在發(fā)動機上使用時有很多的優(yōu)點而被廣泛研究。目前醇類燃料中研究最多的是乙醇和丁醇,這兩種燃料主要是作為辛烷值增強劑添加到汽油中在汽油機上使用。但是這兩種燃料的熱值都較低,而且乙醇更強的吸濕性導(dǎo)致添加乙醇的汽油運輸和儲存都非常的不便。戊醇是具有五個碳的醇類燃料,與丁醇相比熱值更接近于常規(guī)燃料汽油和柴油,并且其在水中的溶解度更低,著火性能更好。已有的針對戊醇燃料在汽油機、柴油機以及HCCI發(fā)動機上的研究均表明戊醇燃料是一種很有前途的發(fā)動機代用燃料。目前關(guān)于戊醇燃料的研究還非常的缺乏,尤其是在基礎(chǔ)層流燃燒方面。同分異構(gòu)體燃料具有相似的物理性質(zhì)卻因為化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致燃燒特性有較大的區(qū)別。近幾年來,研究人員先后對丙醇、丁醇以及辛烷等燃料展開了同分異構(gòu)體的研究。但是丙醇和丁醇燃料碳鏈較短,同分異構(gòu)體數(shù)量有限,而辛烷只具有碳氫結(jié)構(gòu)的官能團,因此很難全面的展開對燃料的同分異構(gòu)體的研究。戊醇燃料碳鏈長度較長,既有碳氫結(jié)構(gòu)也有羥基官能團,具有八種同分異構(gòu)體,非常適合進行同分異構(gòu)體的研究。本文主要對六種戊醇同分異構(gòu)體展開了兩部分的研究,第一部分是層流燃燒特性研究*,第二部分是化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的研究?。第一部分是利用定容燃燒彈和球形傳播火焰理論分別測量了不同初始溫度和初始壓力下的六種戊醇同分異構(gòu)體-空氣混合氣的層流燃燒速率,并結(jié)合紋影傳播圖片分析了火焰面的不穩(wěn)定性。由于同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)的差異會導(dǎo)致層流燃燒速率的區(qū)別,因此本文根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同把六種戊醇同分異構(gòu)體分成了兩組進行對比分析。結(jié)果表明:對于不同的戊醇燃料同分異構(gòu)體-空氣混合氣,層流燃燒速率隨初始溫度的升高而升高,隨初始壓力的升高而下降,并且均在當量比1.0和1.1之間取得最大值。六種戊醇同分異構(gòu)體中,具有直鏈結(jié)構(gòu)的1-戊醇-空氣混合氣的層流燃燒速率最大。其次是3-戊醇、2-戊醇、2-甲基-1-丁醇和3-甲基-1-丁醇四種燃料,這四種燃料均具有一個甲基(-CH3)或者羥基(-OH)官能團。2-甲基-2-丁醇具有包括甲基和羥基在內(nèi)的兩個官能團支鏈,燃料和空氣混合氣的層流燃燒速率最小。該研究表明同分異構(gòu)體中,支鏈的個數(shù)越多,層流燃燒速率越小。甲基和羥基官能團作為支鏈時對燃料的層流燃燒速率的影響程度相似。不同戊醇同分異構(gòu)體燃料-空氣混合氣的火焰面表現(xiàn)出相似的火焰不穩(wěn)定性特征。本文研究的第二部分是開展了不同戊醇同分異構(gòu)體燃料的化學(xué)反應(yīng)機理研究。利用本研究中所獲得的層流燃燒速率以及之前已經(jīng)獲得的其他實驗數(shù)據(jù),包括JSR、著火延遲期等,先后對已有的1-戊醇以及2-甲基-1-丁醇的機理進行修正,使修正后的機理可以更好的預(yù)測實驗結(jié)果。同時,作者在MIT的研究中利用開放軟件化學(xué)反應(yīng)機理生成器(RMG)生成了1-戊醇的高溫化學(xué)反應(yīng)機理,包括熱解機理和氧化機理。本研究后又利用根特大學(xué)熱解實驗臺架測量了1-戊醇熱解反應(yīng)生成的多種物種的濃度變化。利用測得的層流燃燒速率及熱解實驗數(shù)據(jù)對RMG軟件生成的1-戊醇的高溫化學(xué)反應(yīng)機理進行修正。利用修正以及新發(fā)展的機理,對不同1-戊醇的化學(xué)反應(yīng)機理進行了對比研究,同時對不同戊醇同分異構(gòu)體燃料的區(qū)別開展了進一步的分析:將已有的兩個1-戊醇的氧化機理(NUI機理和Li機理)同發(fā)展的1-戊醇的高溫化學(xué)反應(yīng)機理(RMG機理)進行了對比,發(fā)現(xiàn)三個機理均可以很好地預(yù)測層流燃燒速率,但Li等人修正的機理預(yù)測著火延遲期時與實驗結(jié)果仍存在較大偏差。RMG機理可以較好地預(yù)測高溫下的著火延遲期以及新測量的熱解實驗結(jié)果,但當溫度T850 K時,預(yù)測效果較差。對于層流預(yù)混火焰,不同的戊醇同分異構(gòu)體均是最初通過脫氫反應(yīng)將戊醇消耗掉,然后經(jīng)過進一步的?鍵斷裂分解成小分子。正丁烯主要生成于1-戊醇的火焰中,2-丁烯主要生成于2-甲基-1-丁醇的火焰中,異丁烯主要出現(xiàn)在3-甲基-1-丁醇的火焰中。丁烯分子濃度的差別充分體現(xiàn)了不同戊醇同分異構(gòu)體化學(xué)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)路徑的不同。
【學(xué)位授予單位】：西安交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK16

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本文編號：1327123