柴油機燃用不同結(jié)構(gòu)含氧燃料的燃燒過程及數(shù)值模擬.pdf

1、乙醇和生物柴油作為含氧燃料，在替代能源領(lǐng)域已獲得廣泛關(guān)注。圍繞含氧燃料各異的理化特性，并結(jié)合化學反應(yīng)動力學模擬，研究混合燃料的燃燒特性及排放物生成歷程具有重要的應(yīng)用價值。
　　首先，設(shè)計并配制不同混合比例性能穩(wěn)定的乙醇-生物柴油-柴油混合燃料EBD1（乙醇0％、生物柴油20％、柴油80％）、EBD2（乙醇10％、生物柴油20％、柴油70％）以及EBD3（乙醇25％、生物柴油20％、柴油55％），實測或依據(jù)經(jīng)驗公式計算了3種混合燃料

2、的理化特性參數(shù)。
　　其次，對生物柴油及3種混合燃料進行了熱重差示掃描量熱法試驗研究。結(jié)果顯示:生物柴油作為一種混合酯，在不同氛圍下都呈現(xiàn)出與其主要單酯組分(C16∶0、C18∶0、C18∶1)相類似的熱流峰形、揮發(fā)及氧化特性，所占比例較大的組分對生物柴油燃料總體的特性起著關(guān)鍵性的作用。3種混合燃料不同氛圍下的終了失重溫度與失重持續(xù)期較長的生物柴油組分相差不大，乙醇的摻混致使EBD2和EBD3的揮發(fā)和氧化熱重曲線均呈現(xiàn)出向低溫區(qū)偏

3、移的趨勢。燃料在熱重條件下的揮發(fā)與氧化特性的差異可為其在發(fā)動機缸內(nèi)的蒸發(fā)及燃燒過程的比較提供參考。
　　然后，選定標定工況研究混合燃料的燃燒排放特性。以柴油為參照，柴油機燃用3種混合燃料時缸內(nèi)壓力均略有降低，EBD1峰值壓力出現(xiàn)位置提前約1℃A，而乙醇的加入使EBD2和EBD3壓力峰值略有滯后;3種混合燃料對應(yīng)放熱率曲線峰值均低于純柴油。隨生物柴油以及乙醇摻混比例的增加，混合燃料的放熱率峰值呈現(xiàn)不同程度的下降。隨混合燃料含氧量的增

4、加，煙度排放下降趨勢明顯，NOx排放有不同程度的增加。而HC和CO排放在較大負荷下均有不同程度的下降，但在較小負荷下則略有上升。
　　最后，結(jié)合Chemkin化學動力學軟件對醇-酯-柴油混合燃料的燃燒過程中排放物（CO和NOx）的生成歷程進行模擬研究。構(gòu)建混合燃料正庚烷-乙醇-葵酸甲酯燃燒過程化學動力學反應(yīng)機理模型，并對模擬得到的缸內(nèi)壓力與實測數(shù)據(jù)相驗證。基于化學反應(yīng)動力學機理分析，混合燃料中生物柴油組分在脫氫反應(yīng)、二次加氧反應(yīng)產(chǎn)

5、生較多的OH·活性基團，使著火燃燒過程更早進行，較合適的燃燒相位使燃燒室呈現(xiàn)的高溫及含氧燃料增強的氧氛圍，使NOx生成量增加。而乙醇的摻混部分抑制了活性基團OH·的生成，使燃燒過程相對滯后，缸內(nèi)溫度下降，一定程度上抑制了NOx生成，但隨著摻混比例的增大，更強的氧化氛圍致使NOx排放增加。CO的形成同樣受化學反應(yīng)動力學控制，EBD1燃燒過程因生物柴油組分產(chǎn)生更多的OH·，促使CO氧化成CO2，而乙醇的加入使EBD2和EBD3的燃燒過程溫度