乙醇-生物柴油燃燒過(guò)程試驗(yàn)研究與理論分析.pdf

1、乙醇和生物柴油作為柴油機(jī)的替代燃料，得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。乙醇、生物柴油與柴油的組成、分子結(jié)構(gòu)不同，理化特性存在差異。這些燃料的理化特性也會(huì)影響燃燒過(guò)程和燃燒產(chǎn)物。論文圍繞含氧燃料和石化燃料的燃燒過(guò)程及其生成的顆粒物開(kāi)展了研究工作，針對(duì)乙醇、生物柴油與柴油的組分和分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用分子雜化軌道理論，運(yùn)用相似相溶和溶劑化觀點(diǎn)，對(duì)生物柴油可以提高乙醇與柴油互溶的機(jī)理進(jìn)行了解釋;從極性作用力的角度，探討了乙醇、生物柴油對(duì)柴油機(jī)橡膠燃油

2、管的腐蝕機(jī)理。在含氧燃料燃燒過(guò)程的的研究中，采用同步輻射燃燒試驗(yàn)裝置、預(yù)混燃燒器、柴油機(jī)臺(tái)架裝置，研究含氧燃料不同燃燒方式的燃燒速率、溫度、產(chǎn)物，示功圖等的變化規(guī)律;針對(duì)含氧燃料燃燒方式的不同，建立了仿真模型，研究含氧燃料燃燒過(guò)程中自由基的變化特征、中間產(chǎn)物的生成特性及含氧燃料中氧元素的遷移路徑;開(kāi)展了含氧燃料分子結(jié)構(gòu)特征與燃燒產(chǎn)物形成機(jī)理的研究;采用掃描電鏡和同步輻射小角X散射裝置表征了乙醇和生物柴油燃燒顆粒物的幾何尺寸和微區(qū)結(jié)構(gòu)。主

3、要結(jié)論如下:
　　 對(duì)不同溫度、不同比例的乙醇在柴油中的溶解進(jìn)行了試驗(yàn)研究，采用生物柴油做為助溶劑，探討了生物柴油增大乙醇在柴油中的溶解機(jī)理，結(jié)果表明:生物柴油分子一方面與柴油分子中的烴分子通過(guò)范德華力作用結(jié)合，另一方面通過(guò)極性分子作用與乙醇分子結(jié)合，結(jié)果表明生物柴油具有兩向親和作用，可以增大乙醇在柴油中的溶解能力。
　　 對(duì)柴油機(jī)燃油供給系中主要材料丁腈橡膠的腐蝕溶脹進(jìn)行了研究，采用浸泡和電鏡掃描的試驗(yàn)方法，考察了橡膠

4、管在乙醇、生物柴油中浸泡672小時(shí)前后的質(zhì)量、體積、硬度等參數(shù)的變化，拍攝了橡膠管內(nèi)表面照片，并與柴油進(jìn)行了對(duì)比，分析分子極性作用力在燃油和橡膠中的作用過(guò)程。結(jié)果表明:含氧燃料對(duì)丁腈橡膠有腐蝕溶脹作用。乙醇的極性最強(qiáng)，對(duì)丁腈橡膠的腐蝕最為強(qiáng)烈，提出了燃料分子的極性力是造成含氧燃料腐蝕柴油機(jī)燃油橡膠管的觀點(diǎn)。
　　 應(yīng)用同步輻射燃燒試驗(yàn)、常溫常壓預(yù)混和柴油機(jī)臺(tái)架的試驗(yàn)方法，研究了不同壓力、不同當(dāng)量比、不同摻混比乙醇、生物柴油的燃燒

5、過(guò)程，并與燃用柴油的燃燒過(guò)程進(jìn)行了比較;分析了添加乙醇、生物柴油對(duì)柴油機(jī)燃油過(guò)程及產(chǎn)物的影響，通過(guò)試驗(yàn)研究得到:燃料和空氣混合的方式不同，當(dāng)量比不同，燃燒速率就有區(qū)別，乙醇可以增大乙醇/柴油燃燒速率;乙醇的預(yù)混燃燒外焰、中焰、內(nèi)焰溫度分別是擴(kuò)散燃燒的1.8、1.5、1.96倍，乙醇、生物柴油在柴油機(jī)上燃燒降低顆粒物的效果明顯，對(duì)NOx的影響較小。
　　 運(yùn)用層流預(yù)混火焰反應(yīng)器模型，提出了從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度，采用反應(yīng)生成率和敏感

6、性分析方法，考察了柴油、乙醇和生物柴油的主要反應(yīng)路徑、自由基和中間體的生成特性，重點(diǎn)研究了含氧燃料中o元素的遷移途徑，探討了生物柴油燃燒過(guò)程中甲酯基的裂解路徑。結(jié)果表明:燃料燃燒產(chǎn)物中烯烴的摩爾分?jǐn)?shù)大于同類的烷烴和炔烴，提出了乙醇燃燒過(guò)程中，乙醇分子經(jīng)過(guò)脫氫、裂解，最終生成H2o、CO的觀點(diǎn);也提出了大分子生物柴油甲酯基在自由基的進(jìn)攻下，不同位置失去氫原子轉(zhuǎn)化為不同的甲酯基，進(jìn)一步失去C2H4生成奇數(shù)碳和偶數(shù)碳的裂解產(chǎn)物，奇數(shù)碳甲酯基燃

7、燒產(chǎn)物摩爾分?jǐn)?shù)大于偶數(shù)碳甲酯基的觀點(diǎn)。
　　 考察了不同含氧量混合燃料的HCCI燃燒，探討了溫度、自由基摩爾分?jǐn)?shù)隨含氧量的變化規(guī)律。研究表明:曲軸轉(zhuǎn)角上止點(diǎn)附近，自由基迅速生成并快速消耗，反應(yīng)放出大量的熱，溫度迅速升高。隨摻混含氧燃料比例的增大，缸內(nèi)溫度下降，自由基摩爾分?jǐn)?shù)峰值依次后移。
　　 研究了乙醇和其同分異構(gòu)體二甲醚的預(yù)混燃燒過(guò)程，確定了燃燒過(guò)程中乙醇和二甲醚的反應(yīng)速率，烯烴、炔烴的關(guān)鍵生成反應(yīng)，結(jié)合了乙醇和二甲

8、醚的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了乙醇可以直接裂解生成C2H4，二甲醚先經(jīng)過(guò)脫氫，碳氧鍵斷裂，最終聚合為C2H4的衍生過(guò)程，對(duì)乙醇和二甲醚中影響C2H4的敏感性進(jìn)行了詳細(xì)的解釋。
　　 通過(guò)分析生物柴油裂解的路徑、芳香烴苯的形成過(guò)程，結(jié)合生物柴油分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了從化學(xué)動(dòng)力學(xué)方面，考察生物柴油芳香烴物質(zhì)形成過(guò)程的影響因素，探討了生物柴油的含氧量、飽和度、碳鏈長(zhǎng)度對(duì)苯的影響規(guī)律。
　　 采集了常溫常壓下的不同比例的乙醇/生物柴油