EGR对不同生物柴油/柴油掺混比下碳烟前驱体形成的影响

以生物柴油和柴油混合燃料为研究对象,采用AVL-Fire和Chemkin软件耦合,简化正庚烷-癸酸甲酯-9-癸烯酸甲酯燃烧反应机理作为燃烧化学反应动力学机理,构建了有3 299个组分和10 806个基元反应的生物柴油/柴油化学反应动力学模型,分析了EGR率和生物柴油/柴油掺混比对乙炔、苯、萘、菲和芘等碳烟前驱体生成规律的影响.结果表明:碳烟前驱体主要生成于预混燃烧阶段;随着曲轴转角的增加,碳烟前驱体生成量呈先升高后降低的趋势;随着生物柴油/柴油掺混比的增加,碳烟前驱体的初始生成时刻提前,生成量峰值和最终生成量都有所降低;随着EGR率的增加,生成量峰值时刻都有所滞后,乙炔生成量峰值降低,最终生成量逐渐升高,苯、萘、菲和芘最终生成量有所增加.     

甲醇/柴油PAHs形成途径的动力学模型与仿真

对甲醇/柴油化学反应和多环芳香烃(PAHs)的生成机理进行了分析,构建了由228种组分和1 584个基元反应组成的甲醇/柴油PAHs计算模型.采用CHEMKIN软件中的reflect shock和均质零维反应模型,研究了甲醇/柴油混合燃料的PAHs生成过程及变化规律.结果表明:该模型能准确预测甲醇/柴油燃烧过程中的反应温度,甲醇摩尔分数,反应中间产物CO,CO2,O2的摩尔分数随时间的变化规律和着火延迟;甲醇/柴油燃烧过程中,单个苯环主要通过丙炔基聚合和环化反应以及苯基的加氢反应形成;多个苯环主要通过脱氢加乙炔反应形成;PAHs的生成量随着甲醇掺混比例的增加而下降;随着混合气当量比减小,PAHs的前驱体C2H2,C3H3生成量减少.     

甲醇/F-T柴油预混燃烧的数值模拟

应用CHEMKIN-PRO化学动力学软件,构建甲醇/F-T(Fischer-Tropsch)柴油表征燃料-燃烧简化动力学机理(包含101种组分,692个基元反应).利用反射激波管模型模拟甲醇/F-T柴油在柴油机预混燃烧时的燃烧状况,探讨了在不同初始预混燃烧条件和不同甲醇掺混比下甲醇/F-T柴油的燃烧特性.模拟结果表明:初始温度和初始压力的增加都会加快各燃烧反应速率,但初始压力的增加会促进混合燃料完全燃烧,而初始温度的增加会抑制混合燃料完全燃烧;当量比的增加会抑制氧基生成,同时促进氢基的生成,对混合燃料的燃烧反应起抑制作用;随着甲醇掺混比的增加,F-T柴油的消耗速率和中间自由基的生成速率降低,抑制混合燃料的燃烧,氢基的消耗敏感性降低,而羟基和氧基的生成敏感性降低.     

正丁醇——柴油燃烧碳烟前驱物的化学动力学分析

为了解正丁醇—柴油燃烧碳烟前驱物(PAHs)的形成过程,以正庚烷—正丁醇—多环芳香烃—甲苯简化机理作为正丁醇—柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用化学动力学软件建立零维发动机模型,模拟混合燃料在不同的进气温度(303 K、363 K、423 K)和当量比(0.5、1.0、1.5)条件下发动机内正丁醇—柴油燃烧PAHs的生成规律,并与纯柴油进行比较,进一步分析加入正丁醇后碳烟前驱物减少的原因。结果表明:在不同的进气温度和当量比下,柴油中掺入20%的正丁醇(B20)时,在燃烧中期(CA50)碳烟前驱物苯(A_1)、萘(A_2)、菲(A_3)和芘(A_4)的生成均与C_2H_2、C_2H_3、C_3H_3、C_4H_3、C_4H_4和C_4H_5等燃烧中间小分子物质有关;B20与纯柴油(D100)相比,C_2H_2、C_2H_3、C_3H_3、C_4H_3、C_4H_4和C_4H_5等中间小分子物质的生成速率减慢且消耗速率较快,其负归一化反应系数要比D100条件下高0.2左右;同时,A_1、A_2、A_3和A_4的缸内生成速率和生成量也有所降低。因此,在柴油中掺入一定比例的正丁醇可以改善发动机PAHs和碳烟排放。     

正丁醇/正庚烷预混层流燃烧特性的试验研究

利用向外传播的球形火焰,试验研究了初始温度为393 K和初始压力为0.1 MPa时,当量比和正丁醇的掺混量对正丁醇/正庚烷掺混燃料的层流燃烧速度和火焰不稳定性的影响.试验结果表明:混合物的层流燃烧速度随当量比的增大先增大后减小,随正丁醇掺混量的增加逐渐增大;火焰不稳定性随当量比的增大而增加,低当量比时随正丁醇掺混量的增加逐渐增加,高当量比时随掺混量的增加逐渐减小,当量比1.1时火焰不稳定性受掺混量的影响不大.     

汽油/加氢催化生物柴油混合燃油简化机理的构建及验证

针对汽油/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油可改善汽油直喷压燃模式中低负荷着火困难和燃烧不稳定的现象,基于燃油分子结构和理化特性相似原则,提出了正十六烷作为加氢催化生物柴油的表征燃料.采用多种简化方法对正十六烷详细机理(POLIMI＿1 412)进行简化,并与汽油表征燃料骨架机理以及氮氧化物子机理进行耦合,获得了82个组分和370步基元反应的汽油/HCB混合燃油简化机理.采用反应路径分析和敏感性分析方法,对部分反应的反应速率常数进行优化.结果表明：对着火延迟期的敏感性分析发现,各反应的敏感性随温度和当量比变化显著;低温工况下,大多数低温反应对着火起控制作用,而对于层流火焰速度,主要是小分子反应起控制作用;通过对简化机理的着火延迟期、层流火焰速度和组分摩尔分数进行对比验证,以及对简化机理在压燃发动机仿真中的适用情况进行验证,发现简化后获得机理可以很好预测汽油/HCB混合燃油着火燃烧特性.     

生物柴油的氧化安定性

为了考察生物柴油的氧化安定性,通过8 h加速氧化试验,定时取样,分析了氧化油的运动粘度、酸值和过氧化值,并与不同掺混比的生物柴油/柴油混合燃料进行比较.结果表明:生物柴油的氧化安定性比柴油差,两者混合燃料的氧化安定性随生物柴油掺混比的增大而逐渐变差.考察了4种抗氧化剂对生物柴油氧化安定性的影响,通过筛选确定了一种效果良好的抗氧化剂,对生物柴油的氧化具有明显的抑制作用.     

二甲醚/甲醇混合燃料HCCI燃烧特性数值模拟

为了研究混合气浓度及燃料掺混对二甲醚/甲醇混合燃料HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧特性的影响,对不同过量空气系数和二甲醚掺混比下的醇醚混合燃料HCCI燃烧过程进行了模拟计算,分析了缸内温度、压力、压力升高率、放热率和燃料消耗路径随过量空气系数和二甲醚掺混比的变化关系。结果表明,随过量空气系数增大,缸内压力、温度、放热率和压力升高率峰值减小,相位推迟,过量空气系数太大时,CO的进一步氧化反应会受到阻碍,使缸内产生大量的CO残留;随二甲醚掺混比的增大,缸内压力、温度峰值增大,相位提前,压力升高率和放热率峰值减小;二甲醚HCCI燃烧放热率曲线存在3个峰值,第1个峰值出现上止点前曲轴转角30°,为二甲醚低温氧化放热,对应缸内温度为804 K,第2个峰值出现在上止点前曲轴转角15°,对应缸内温度为1 193 K,为甲醛等中间产物氧化生成CO时放热,第3个峰值为CO氧化,生成CO₂时放热,第2和第3个放热率峰值为二甲醚的高温氧化放热阶段,与甲醇掺混燃烧时,二甲醚的低温氧化反应对混合气的燃烧起到了促进作用。     

基于组分浓度的LNG-柴油燃料反应机理简化

以甲烷-正庚烷-异辛烷-环己烷-甲苯混合物作为LNG(液化天然气)-柴油模型燃料,构建了包含1 425种组分和5 597个基元反应的LNG-柴油模型燃料详细燃烧反应机理.以重要组分摩尔分数为目标参数,通过基于误差传递直接关系图法对该详细机理进行了简化,分析了简化阈值与机理规模的关系,结合反应路径研究了机理简化的规律.结果表明:随着简化阈值增大,机理规模逐渐减小,但减小的速度逐渐降低,当阈值增大至0.8时,简化机理规模基本恒定.结合简化阈值与误差,确定合理的简化机理包含208种组分和1 087个基元反应,该机理可准确预测模型燃料的着火延时与层流燃烧速度.简化机理保留了H2/CO/C1子机理、C2-C3半详细机理和C4-C8骨架机理,去除了约85%冗余组分和81%的基元反应.     

柴油机燃烧过程中多环芳香烃的生成机理

以正庚烷和甲苯作为柴油燃料替代混合物,构建了1个包含多环芳香烃（PAHs）的柴油燃料替代混合物燃烧化学动力学机理,PAHs的生成考虑到5个苯环。该机理包括153种组分,697个基元反应。在激波管、正庚烷预混火焰和均质充量压燃着火发动机条件下对该机理进行了验证,结果表明构建的机理在HCCI燃烧方面的预测性能是可靠的,可以进一步简化,进而为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合计算燃烧和排放提供了可行的途径。     

柴油／甲醇燃烧排放颗粒SOF的组分与形成途径

采用热重分析仪和气相色谱-质谱联用仪,对柴油／甲醇混合燃料（M0、M5、M15）燃烧排放颗粒的可溶有机物（SOF）组分与形成途径进行了分析．热重分析结果表明,随着燃料中甲醇掺混比的增大,燃烧排放颗粒中SOF的质量减少,失重速率峰值升高：气相色谱-质谱联用分析结果表明,3种颗粒SOF中主要由碳数为9～28的正烷烃和支链烷烃组成,还包括一定数量的多环芳香烃类物质和邻苯二甲酸二异辛酯等其他有机物．随着燃料中甲醇掺混比的增加,燃烧排放颗粒SOF中烷烃含量增加,芳香烃含量减少;颗粒中PAHs主要通过脱氢加乙炔反应形成：烷烃类物质主要来自柴油和少量润滑油．     

生物柴油与轻柴油混合燃料的理化特性

用0#柴油与大豆毛油制成的生物柴油配成10种不同掺混比的混合燃料,测定了混合燃料的兼容性、密度、闪点、馏程、运动粘度、酸值、凝点和冷滤点等指标.结果表明:生物柴油与0#柴油具有良好的兼容性,其混合燃料的密度、闪点、蒸馏温度、运动粘度和酸值随生物柴油掺混比的增大而增大,生物柴油的凝点和冷滤点偏高;掺混比小于或等于20%的混合燃料基本符合国家轻柴油标准;而使用较高掺混比的混合燃料时,必须对馏程、酸值和冷滤点等指标进行改进.     

掺混比对正丁醇—柴油混合燃料性能影响的研究

为了研究正丁醇—柴油混合燃料对柴油机性能的影响,在一台单缸风冷柴油机上进行了正丁醇—柴油混合燃料的试验研究。试验分别选择了6种不同掺混比(B5,B10,B15,B20,B30,B40)的正丁醇—柴油混合燃料进行动力性、排放性和燃油经济性的对比分析。结果显示,三种转速下,B5~B30范围内,随着正丁醇掺混比的增加,缸内平均压力和燃烧放热率峰值逐渐升高,且放热率峰值后移。额定工况(3 600 r/min,100%负荷)下,B40混合燃油缸内平均压力峰值低于纯柴油,柴油机功率下降。随着掺混比的增加,小负荷(10%和25%负荷)时,NO排放略有降低,幅度为3.71%~11.6%。大负荷(75%和100%负荷)时,NO排放随掺混比增加逐渐增多。额定工况时,B40的NO排放相对纯柴油升高14.1%,B30升高11.3%。所有工况下,碳烟排放随掺混比增加都有一定程度降低。大负荷高转速(3 600 r/min)时,碳烟排放降低最为明显。额定工况下,B40的碳烟降低达50.9%,B30降低43%。B0~B30范围内,燃油消耗率相对纯柴油变化不明显,B40时显著上升。从动力性,排放性及燃油经济性三方面综合考虑,B30为最优方案。     

添加正丁醇对柴油机燃烧路径影响的模拟研究

为了研究含氧燃料正丁醇对正庚烷和甲苯燃烧的化学反应过程以及对碳烟生成过程和排放的影响,使用正丁醇—正庚烷—甲苯简化机理耦合多步碳烟生成模型作为柴油—正丁醇混合燃烧的化学反应动力学机理,在计算流体动力学(CFD)软件上建立三维数值模型来模拟柴油机的燃烧和排放过程。通过对比分析纯柴油(B0)和纯柴油中掺入15%正丁醇(B15)两种燃料燃烧过程表明,正丁醇能使低温反应阶段的HO_2的浓度升高,B15相对B0增加了约11%;由于正丁醇脱氢反应与正庚烷对OH的争夺,使正庚烷的消耗变慢;正庚烷含量与为反应提供大量OH的H_2O_2有着直接关系;正丁醇为反应提供了大量的OH,H_2O_2的浓度B15相对B0降低了约27%,OH的浓度却略有上升。正丁醇能降低生成碳烟前驱物的重要物质乙炔的浓度,而且影响甲苯向苯环的形成过程,能减少苯(A1)的生成量,B15相对B0降低约15%,从而减少了碳烟前驱物的生成,碳烟排放降低,为含氧燃料正丁醇在柴油机上的应用提供参考。     

PODE掺混比对高压共轨柴油机颗粒物物理特性的影响

针对增压中冷高压共轨柴油机燃用不同聚甲氧基二甲醚(PODE)掺混比(10%、20%和30%,体积分数)的PODE/柴油混合燃料的颗粒物排放进行了实验研究。分析了PODE掺混比对柴油机NO_x和烟度排放以及颗粒粒径分布的影响规律,并采用热重分析法与热解动力学方法研究了颗粒物氧化特性与热解反应活化能。实验结果表明:在柴油中掺混PODE能够降低烟度排放,且下降幅度随着PODE掺混比增加更明显,但在中高负荷时NO_x排放略有增加;随着PODE掺混比增加,颗粒总数量浓度下降,粒径分布曲线向小粒径方向移动,核态颗粒所占比例增加,积聚态颗粒所占比例降低,颗粒的数量浓度峰值、表面积浓度峰值和体积浓度峰值均减小;在柴油中掺混PODE燃烧颗粒中可溶性有机物(SOF)组分含量增加,碳烟颗粒质量损失率峰值增加,质量损失率峰值所对应温度降低,颗粒热解反应活化能有所减小,颗粒更易被氧化。     

柴油机掺烧醇类燃料燃烧排放特性的试验研究

针对不同醇类组分对柴油机的实用性影响进行研究。在单缸柴油机上分别燃用纯柴油、乙醇柴油和正丁醇柴油三种燃料,并进行负荷特性的燃烧排放对比试验。结果表明,与纯柴油相比,正丁醇柴油和乙醇柴油的滞燃期延长0.1°～2°曲轴转角,最大放热率峰值升高最大可达36％,最大爆发压力推迟约0.4°～4°曲轴转角;中等转速1500 r/min时,正丁醇柴油和乙醇柴油的动力性优于纯柴油;高转速2000 r/min时,正丁醇柴油、乙醇柴油与纯柴油动力相当,正丁醇柴油的当量燃油消耗率与乙醇柴油、纯柴油相比分别减少约2.5％和4％。正丁醇柴油的NOx排放大多数工况下低于纯柴油约17％～39％,且降低效果较乙醇柴油更为明显,而乙醇柴油在标定转速中高负荷工况时NOx排放高于纯柴油;醇类柴油的碳烟排放比纯柴油降低,正丁醇柴油相对于乙醇柴油抑制碳烟生成的工况点更多,在标定点工况下正丁醇柴油比纯柴油的碳烟可降低62％。可见作为柴油机的替代燃料,在大多数工况下正丁醇柴油燃烧排放性能优于乙醇柴油。该研究为柴油机燃用正丁醇的推广提供了试验依据。     

基于ROP的含氧燃料PAHs形成分析

利用反射激波管模型,采用生成速率法(ROP)对含氧燃料燃烧过程中PAHs中的主要物质苯、萘、菲、芘进行了模拟分析,探讨了含氧燃料PAHs形成的途径.结果表明:在当量比1.0、初始温度1 600 K的初始条件下,乙醇、二甲醚和碳酸二甲酯燃烧过程中,苯、萘、菲、芘的生成速率在数量级上依次递减;苯主要通过炔丙基的聚合反应形成;萘生成的主要反应是苯基的二次脱氢加乙炔及苯基与乙烯基乙炔的化合反应;菲和芘的形成主要是通过脱氢加乙炔反应;H和OH自由基对PAHs的氧化起着重要的作用;对于第3体"M"参与的反应,燃用乙醇抑制PAHs的形成,燃用DME对PAHs的形成影响不大,燃用DMC促进PAHs的形成.     

低温燃烧模式下电控柴油机掺烧丁醇性能分析

为了研究正丁醇/柴油混合燃料对电控柴油机综合性能的影响,采取在低温燃烧模式下使用不同比例混合燃料的方法,建立4190型柴油机FIRE模型进行仿真研究,利用试验台架与仿真的结果对比,验证了模型的准确性.设置4组正丁醇掺混比(blending ratio of n-butanol,BROB)及4组废气再循环率(exhaus...     

柴油机燃用柴油/正丁醇混合燃料的经济性与排放特性

针对日益严峻的能源及环境污染问题,通过发动机台架试验,在一台增压电控高压共轨柴油机上,研究了正丁醇体积掺混比分别为0%、5%、10%、15%和20%的柴油/正丁醇混合燃料对柴油机经济性和排放特性的影响。研究结果表明:当转速为2 000 r/min时,相同负荷下油耗率随着正丁醇掺混比的增加而增加;转速为3 200 r/min时,正丁醇体积掺混比为5%时的燃油消耗率最低,当体积掺混比大于5%时,相同负荷下油耗率随着正丁醇体积掺混比的增加而增加;在相同转速下,排气温度随着正丁醇体积掺混比的增加而降低;当正丁醇体积掺混比小于15%时,随着正丁醇体积掺混比的增加,HC排放明显降低,CO排放在大负荷时降低、中小负荷时增加,但NOX排放量在高速及大负荷时增加,低速小负荷时略有降低。     

F-T柴油与生物柴油混合燃料的特性研究

针对目前柴油机替代燃料多为单一项,且替代燃料性能各有特点的状况,将F-T柴油和生物柴油掺混燃烧,通过试验研究,分析了0#柴油与3种混合柴油(B20F,B50F,B100)在2 400r/min不同负荷下的燃烧特性。结果表明,混合燃料随着生物柴油添加比例的增加,滞燃期变长,燃烧压力峰值、压力峰值相位、压力升高率峰值及放热率峰值均逐渐增大,但均比0#柴油低;且随着负荷的增加,燃烧压力、压力升高率和瞬时放热峰值均先增后减;混合燃料的碳烟排放明显降低,B50F和B80F的NOx排放与0#柴油接近,B20F的NOx排放比0#柴油降低了2.1%~16.7%。B20F是一个较好的混合比例,是一种较好的替代燃料。