柴油-乙醇二元燃料燃燒特性及其機理研究.pdf

1、化石燃料的日益枯竭以及越來越嚴峻的環境問題是內燃機界的巨大挑戰。尋找合適的替代燃料已成為研究熱點,乙醇作為最有希望的可再生生物質燃料來源廣泛,但是,乙醇具有較高的辛烷值,不易壓燃,難以直接用于壓燃式的柴油機。將柴油與乙醇二元燃料進行組合燃燒的模式,具有一定的經濟性和環保性。然而對于此種燃燒的本質尚不清晰。因此本文對于這種燃燒模式分別進行了發動機臺架實驗、定容燃燒彈實驗和低壓層流預混火焰實驗,并對二元燃料燃燒進行了化學反應動力學機理分析,

2、在此基礎上提出了二元燃料骨架機理,并進行了驗證。
　　利用定容燃燒彈研究了柴油在乙醇-空氣混合氣熱氛圍的著火特性。研究表明乙醇延長了柴油的滯燃期和火焰浮起長度。隨著初始溫度的升高,柴油滯燃期變短。在本研究發動機臺架實驗中也發現乙醇有延長柴油滯燃期的現象。
　　利用發動機臺架實驗研究乙醇與柴油摻燒對污染物排放影響。研究結果發現,乙醇對于NOx和碳煙的生成也有很大的抑制作用,但是HC和非常規排放乙醛較原機有較大幅度上升。

3、　　利用低壓層流預混火焰結合同步輻射真空紫外光電離質譜技術,對理論當量比下乙醇摻混正庚烷火焰和濃混合氣條件下乙醇摻混表征柴油進行了實驗研究。結果表明,乙醇的加入對正庚烷和表征柴油的氧化裂解速率并沒有實質影響,對于醛類物質,尤其是乙醛的摩爾分數上升有顯著的促進作用。乙醇可以顯著降低表征柴油中碳煙前驅體PAH的摩爾分數。
　　利用商用軟件CHEMKIN進行了柴油參比燃料正庚烷和乙醇混合燃料的機理分析。由計算結果可知,正庚烷低溫冷焰反應

4、及負溫度系數區的時間均被延長,從而導致總反應延遲。通過反應路徑和物質轉化率分析得知,兩種燃料的相互作用是靠自由基池為中介完成的,OH·和HO2·是池中最重要的自由基。乙醇的加入在低溫下將活躍的OH·轉化為相對不活躍的H2O2,對正庚烷第一步脫氫表現出強烈的抑制,對整個燃料的氧化進程表現出抑制作用,此即乙醇抑制正庚烷低溫氧化的主要原因。
　　在以上分析的基礎上,建立了正庚烷乙醇二元燃料骨架機理。該機理包含50步反應和41種物質。并與