醇類-正庚烷二元混合燃料著火特性的實驗研究與動力學分析.pdf

1、鑒于可從生物質中制取的醇類燃料對能源安全的重要性和對發(fā)動機有害排放的控制作用，本文使用快速壓縮機試驗系統(tǒng)對醇類/正庚烷二元混合燃料的著火特性進行了研究。本文首先對正丁醇/正庚烷混合燃料的著火特性進行了詳細研究，結合混合燃料的詳細化學反應動力學機理對其燃燒的化學反應過程進行了分析。其次對丁醇異構體/正庚烷混合燃料的著火延遲進行了研究對比，總結了丁醇異構體和正庚烷的相互作用以及醇類對混合燃料著火特性的影響規(guī)律；接著對小分子醇類/正庚烷和戊醇

2、異構體/正庚烷的混合燃料的著火延遲進行了研究，全面了解了不同醇類對混合燃料著火的影響機理。最后通過對所有混合燃料著火延遲的綜合比較，從醇類分子結構的角度解釋了不同醇類對混合燃料影響能力不同的原因和規(guī)律。主要結論如下：
　?。?）對正丁醇/正庚烷混合燃料著火特性的研究發(fā)現，上止點壓力對正丁醇/正庚烷混合燃料低溫段的著火延遲影響不大，但是對中高溫范圍有一定的影響。在當量比1.5的條件下，不同正丁醇比例混合燃料的著火延遲在低溫段較為接近

3、；當量比0.4的混合燃料著火延遲變化規(guī)律和當量比1.0的混合燃料較為相似，但著火延遲略高。路徑分析表明，正庚烷對正丁醇反應路徑的影響主要表現在與HO2基團脫氫反應比例的減少以及烯烴和烯烴醇類等中間產物生成比例的增大。正丁醇對正庚烷的影響體現在過氧正庚烷基生成 QOOH基團比例的增大和單氧正庚烷基生成比例的減少。敏感度分析表明，對單一正丁醇燃料，促進著火的主導反應是γ位置的C-H鍵被OH基脫氫，而抑制著火的主導反應是α位置的C-H鍵被OH

4、基脫氫；對于丁醇/正庚烷二元燃料，促進著火和抑制著火的主導反應明顯增多，促進著火的反應中包括正庚烷的一些脫氫反應，而抑制著火的反應中包括了一些小分子的基元反應。
　?。?）對丁醇異構體/正庚烷混合燃料著火延遲的研究和對比發(fā)現，丁醇比例較低時，各混合燃料著火延遲在中溫段呈交錯狀態(tài)。在低溫段和高溫段，異丁醇/正庚烷混合燃料的著火延遲最大，叔丁醇/正庚烷混合燃料的著火延遲最小。此時混合燃料的著火受正庚烷的影響較大。隨著醇類比例的增大，2

5、-丁醇和叔丁醇/混合燃料的著火延遲大幅增大，混合燃料的中溫段分離并出現了不同的變化規(guī)律。在70％醇類比例的條件下，2-丁醇/正庚烷的著火延遲最大，正丁醇/正庚烷混合燃料的著火延遲最小。此時丁醇異構體本身產生活性基的能力對混合燃料影響較大。
　?。?）對乙醇/正庚烷和丙醇/正庚烷混合燃料著火延遲的研究和對比發(fā)現，醇類比例較低時，乙醇/正庚烷混合燃料的著火延遲略大，2-丙醇/正庚烷混合燃料的著火延遲最低。隨著醇類比例的增大，各混合燃料

6、的著火延遲更加接近。醇類比例達70%時，仍是乙醇/正庚烷的著火延遲略大。對戊醇異構體/正庚烷的研究發(fā)現，在40%戊醇比例條件下，3-戊醇/正庚烷的著火延遲最大而正戊醇/正庚烷的著火延遲最小。
　?。?）本文研究中的所有醇類/正庚烷混合燃料可按其變化規(guī)律將著火延遲分為低溫段，中溫段和高溫段。低溫段和高溫段的著火延遲隨壓縮溫度的升高而降低，低溫段的降低幅度更大。中溫段的著火延遲變化比較復雜。隨著醇類比例的增大，混合燃料的著火延遲明顯增

7、大，混合燃料的低溫可燃極限逐漸升高，低溫段的范圍逐漸減小。中溫段出現著火延遲隨壓縮溫度升高而增大的現象。混合燃料中的醇類都出現和正庚烷相對應的兩階段燃燒現象。隨著壓縮溫度的升高，混合燃料在第一階段的著火延遲明顯縮短，醇類消耗量減少，H2O2的生成量減少，但OH基的生成量增加。醇類比例的增大使混合燃料的兩階段著火延遲都有所增大，但不同醇類對混合燃料兩階段著火的影響能力不同。
　?。?）在混合燃料中，醇類搶奪活性基的能力以及醇類燃料自

8、身產生活性基的能力對混合燃料的著火都有重要影響。醇類比例較低時，正庚烷可提供大量活性基，各混合燃料著火延遲比較接近，且在中溫段交錯，低溫段和高溫段的差異性受醇類燃料搶奪活性基與產生活性基能力的共同影響。混合燃料著火的第一階段受醇類搶奪活性基能力的影響較大。醇類比例較高時，混合燃料著火延遲受醇類自身產生活性基能力的影響較大。
　?。?）碳鏈長度的變化對直鏈伯醇的影響大于對直鏈仲醇的影響。碳鏈長度的增長同時增加了醇類搶奪活性基和產生活