醇類-正庚烷二元混合燃料著火特性的實(shí)驗(yàn)研究與動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、鑒于可從生物質(zhì)中制取的醇類燃料對(duì)能源安全的重要性和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放的控制作用，本文使用快速壓縮機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)醇類/正庚烷二元混合燃料的著火特性進(jìn)行了研究。本文首先對(duì)正丁醇/正庚烷混合燃料的著火特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)合混合燃料的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理對(duì)其燃燒的化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行了分析。其次對(duì)丁醇異構(gòu)體/正庚烷混合燃料的著火延遲進(jìn)行了研究對(duì)比，總結(jié)了丁醇異構(gòu)體和正庚烷的相互作用以及醇類對(duì)混合燃料著火特性的影響規(guī)律；接著對(duì)小分子醇類/正庚烷和戊醇

2、異構(gòu)體/正庚烷的混合燃料的著火延遲進(jìn)行了研究，全面了解了不同醇類對(duì)混合燃料著火的影響機(jī)理。最后通過對(duì)所有混合燃料著火延遲的綜合比較，從醇類分子結(jié)構(gòu)的角度解釋了不同醇類對(duì)混合燃料影響能力不同的原因和規(guī)律。主要結(jié)論如下：
　　（1）對(duì)正丁醇/正庚烷混合燃料著火特性的研究發(fā)現(xiàn)，上止點(diǎn)壓力對(duì)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(duì)中高溫范圍有一定的影響。在當(dāng)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(dāng)量比0.4的混合燃料著火延遲變化規(guī)律和當(dāng)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(duì)正丁醇反應(yīng)路徑的影響主要表現(xiàn)在與HO2基團(tuán)脫氫反應(yīng)比例的減少以及烯烴和烯烴醇類等中間產(chǎn)物生成比例的增大。正丁醇對(duì)正庚烷的影響體現(xiàn)在過氧正庚烷基生成 QOOH基團(tuán)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(duì)單一正丁醇燃料，促進(jìn)著火的主導(dǎo)反應(yīng)是γ位置的C-H鍵被OH基脫氫，而抑制著火的主導(dǎo)反應(yīng)是α位置的C-H鍵被OH

4、基脫氫；對(duì)于丁醇/正庚烷二元燃料，促進(jìn)著火和抑制著火的主導(dǎo)反應(yīng)明顯增多，促進(jìn)著火的反應(yīng)中包括正庚烷的一些脫氫反應(yīng)，而抑制著火的反應(yīng)中包括了一些小分子的基元反應(yīng)。
　?。?）對(duì)丁醇異構(gòu)體/正庚烷混合燃料著火延遲的研究和對(duì)比發(fā)現(xiàn)，丁醇比例較低時(shí)，各混合燃料著火延遲在中溫段呈交錯(cuò)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(shí)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(xiàn)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(shí)丁醇異構(gòu)體本身產(chǎn)生活性基的能力對(duì)混合燃料影響較大。
　　（3）對(duì)乙醇/正庚烷和丙醇/正庚烷混合燃料著火延遲的研究和對(duì)比發(fā)現(xiàn)，醇類比例較低時(shí)，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(dá)70%時(shí)，仍是乙醇/正庚烷的著火延遲略大。對(duì)戊醇異構(gòu)體/正庚烷的研究發(fā)現(xiàn)，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。
　　（4）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(fù)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(xiàn)著火延遲隨壓縮溫度升高而增大的現(xiàn)象?；旌先剂现械拇碱惗汲霈F(xiàn)和正庚烷相對(duì)應(yīng)的兩階段燃燒現(xiàn)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(duì)混合燃料兩階段著火的影響能力不同。
　　（5）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(chǎn)生活性基的能力對(duì)混合燃料的著火都有重要影響。醇類比例較低時(shí)，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(cuò)，低溫段和高溫段的差異性受醇類燃料搶奪活性基與產(chǎn)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(shí)，混合燃料著火延遲受醇類自身產(chǎn)生活性基能力的影響較大。
　?。?）碳鏈長(zhǎng)度的變化對(duì)直鏈伯醇的影響大于對(duì)直鏈仲醇的影響。碳鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng)同時(shí)增加了醇類搶奪活性基和產(chǎn)生活