甲醇-生物柴油混合燃料霧化及著火過(guò)程的研究-.pdf

1、柴油機(jī)燃用含氧替代燃料，能夠有效降低排放污染物。甲醇和生物柴油作為柴油機(jī)的含氧替代燃料，得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。柴油機(jī)燃用甲醇/生物柴油混合燃料不僅能夠替代石化燃料，還能有效降低柴油機(jī)排放污染物。甲醇、生物柴油與柴油的分子結(jié)構(gòu)、理化特性不同，燃料在柴油機(jī)缸內(nèi)的霧化過(guò)程不同，對(duì)著火過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生影響。
　　論文共分七章，重點(diǎn)圍繞小型農(nóng)用柴油機(jī)燃用甲醇/生物柴油混合燃料的霧化和著火過(guò)程，采用理論分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，從混合燃

2、料的理化特性、液滴蒸發(fā)特性、噴霧特性、著火過(guò)程以及改善混合燃料著火過(guò)程的措施等方面開(kāi)展了研究工作，解釋了甲醇/生物柴油混合燃料的二次霧化過(guò)程，提出了柴油機(jī)燃用混合燃料的自燃-點(diǎn)燃著火模式，確定了柴油機(jī)燃用混合燃料的甲醇最佳摻混比范圍。
　　針對(duì)甲醇/生物柴油混合燃料的理化特性，采用接觸角試驗(yàn)，考察了混合燃料的互溶性；結(jié)合小角X射線散射試驗(yàn)，測(cè)量了混合燃料中甲醇液滴的微觀尺度，探討了燃料的分子結(jié)構(gòu)與理化特性之間的關(guān)系，考察了甲醇與生

3、物柴油的微觀混合方式。結(jié)果表明，甲醇與生物柴油的互溶性較好；但微觀上，混合燃料中存在生物柴油包裹甲醇的納米液滴，當(dāng)甲醇的摻混比為10％和20%時(shí)，混合燃料中甲醇液滴的平均半徑為11.00nm和9.88nm；基于燃料分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征和活性原子機(jī)理，建立了醇類(lèi)燃料和酯類(lèi)燃料的十六烷值估算公式，并計(jì)算了不同摻混比時(shí)甲醇/生物柴油混合燃料的十六烷值。
　　圍繞混合燃料的霧化過(guò)程，從液滴的蒸發(fā)特性和混合燃料的噴霧特性兩個(gè)方面開(kāi)展了研究。<

4、br>　?。?）根據(jù)甲醇/生物柴油混合燃料液滴在柴油機(jī)缸內(nèi)蒸發(fā)的特點(diǎn)，建立并驗(yàn)證了混合燃料在對(duì)流熱空氣氛圍環(huán)境中的液滴蒸發(fā)模型，分析了蒸發(fā)環(huán)境狀態(tài)參數(shù)、液滴幾何尺寸、甲醇摻混比等因素對(duì)液滴蒸發(fā)規(guī)律的影響。結(jié)果表明，在混合燃料液滴的蒸發(fā)過(guò)程中，甲醇先于生物柴油蒸發(fā)結(jié)束；液滴蒸發(fā)時(shí)間隨著環(huán)境溫度、空氣運(yùn)動(dòng)速度、液滴初始半徑、甲醇摻混比的增加而縮短，隨著環(huán)境壓力的增加而延長(zhǎng)；添加甲醇有利于混合燃料液滴的蒸發(fā)。
　?。?）通過(guò)缸內(nèi)噴霧過(guò)程

5、模擬和常溫常壓條件下的噴霧試驗(yàn)，考察了不同噴油壓力、甲醇摻混比時(shí)，混合燃料的噴霧形態(tài)、貫穿距離、噴霧錐角、索特平均直徑（SMD）、缸內(nèi)濃度場(chǎng)、湍流速度場(chǎng)、燃料蒸發(fā)速率的變化規(guī)律。結(jié)果表明，隨著甲醇摻混比的增加，混合燃料的噴霧貫穿距離縮短，噴霧錐角增加，相同曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)刻的燃油蒸發(fā)質(zhì)量增加，混合燃料的蒸發(fā)特性得到改善。結(jié)合甲醇/生物柴油混合燃料的分子結(jié)構(gòu)特征，提出混合燃料液滴的破碎經(jīng)歷了表層燃料蒸發(fā)、內(nèi)部甲醇汽化、膨脹、破碎的過(guò)程，解釋了混

6、合燃料噴射過(guò)程中的二次霧化現(xiàn)象。
　　針對(duì)混合燃料在柴油機(jī)缸內(nèi)的著火過(guò)程，建立了186F柴油機(jī)的缸內(nèi)燃燒過(guò)程模型。根據(jù)含氧燃料的特點(diǎn)，提出混合氣溫度和氧燃比判斷燃料著火的指標(biāo)。結(jié)果表明，小比例摻混甲醇時(shí)，生物柴油先于甲醇著火；隨著甲醇摻混比的增加，生物柴油在柴油機(jī)缸內(nèi)的著火位置從油束的邊緣向油束的中心和噴油嘴附近移動(dòng)。混合燃料在柴油機(jī)缸內(nèi)的著火過(guò)程經(jīng)歷了生物柴油自燃、點(diǎn)燃甲醇、著火促進(jìn)三個(gè)階段，是自燃和點(diǎn)燃兩種著火方式相互結(jié)合、相

7、互促進(jìn)的過(guò)程，并提出了甲醇/生物柴油混合燃料的自燃-點(diǎn)燃著火模式。并從燃料的著火特性、柴油機(jī)動(dòng)力性、工作粗暴的角度，探討了柴油機(jī)在不同工況時(shí)的甲醇最佳摻混比范圍。結(jié)果表明，在不改變186F柴油機(jī)結(jié)構(gòu)的條件下，依據(jù)著火特性、柴油機(jī)動(dòng)力性、工作粗暴的評(píng)價(jià)方法，甲醇摻混比應(yīng)分別小于14%、16%、24%。
　　針對(duì)甲醇十六烷值低、大比例摻混甲醇時(shí)混合燃料會(huì)產(chǎn)生著火困難的問(wèn)題，提出了采用添加十六烷值改進(jìn)劑、改變柴油機(jī)壓縮比、噴油參數(shù)的方法

8、改善混合燃料的著火過(guò)程。通過(guò)紅外光譜試驗(yàn)、電子順磁試驗(yàn)，從化學(xué)鍵裂解能、燃料組分、自由基濃度的角度分析了十六烷值改進(jìn)劑改善燃料著火過(guò)程的原因；通過(guò)186F柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，考察了柴油機(jī)在不同運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)燃用甲醇/生物柴油混合燃料的燃燒特征參數(shù)和排放污染物的變化規(guī)律。結(jié)果表明，添加十六烷值改進(jìn)劑會(huì)增加混合燃料中的自由基濃度，改進(jìn)劑分子可以在較低溫時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生鏈?zhǔn)揭l(fā)劑，促使燃料提前著火；試驗(yàn)選擇的三種十六烷值改進(jìn)劑中，硝酸環(huán)己酯縮短滯燃