Fischer-TroPsch柴油与正丁醇混合燃料的非常规排放特性

为了分析F-T柴油及其与正丁醇混合燃料对柴油机非常规排放特性的影响,以0~#柴油、F-T柴油及F-T柴油正丁醇混合油为燃料,在增压中冷四缸柴油机上进行了外特性试验;并利用FTIR多组分气体测试仪检测柴油机的甲醛、1,3-丁二烯、二氧化碳(CO_2)、一氧化二氮(N_2O)和甲醇等非常规排放特性。分析结果表明:与柴油相比F-T柴油及其混合燃料可以降低甲醛、1,3-丁二烯、CO_2和N_2O四种非常规排放,甲醇排放略有升高未超过3.11×10~(-6)(ppm),随着正丁醇掺混比例的增加甲醛、1,3-丁二烯、CO_2、N_2O降低的幅度增大,甲醇排放降低。F-T柴油及其混合燃料可以降低柴油机的非常规排放,是煤基和生物质燃料组成的新型替代燃料。     

F-T柴油与正丁醇混合燃料的非常规排放特性研究

为了分析F-T柴油及其与正丁醇混合燃料对柴油机非常规排放特性的影响,以0#柴油、F-T柴油及F-T柴油正丁醇混合油为燃料,在增压中冷四缸柴油机上进行了外特性试验,并利用FTIR多组分气体测试仪检测柴油机的甲醛、1,3-丁二烯、二氧化碳（CO2）、一氧化二氮（N2O）和甲醇等非常规排放特性。分析结果表明：与柴油相比F-T柴油及其混合燃料可以降低甲醛、1,3-丁二烯、CO2和N2O四种非常规排放,甲醇排放略有升高未超过3.11ppm,随着正丁醇掺混比例的增加甲醛、1,3-丁二烯、CO2、N2O降低的幅度增大,甲醇排放降低。F-T柴油及其混合燃料可以降低柴油机的非常规排放,是煤基和生物质燃料组成的新型替代燃料。     

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。     

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。     

混合燃料的内燃机性能实验研究

为探究石油燃料的理想替代能源,以柴油、正丁醇、乙酰丙酸乙酯、生物柴油为基原料配制混合燃料,并在一台单缸常柴L22柴油机实验平台上,进行不同工况条件下的内燃机动力性、经济性和排放性能实验,探究在不同基原料、不同配制比例条件下,内燃机的有效输出功率P、燃油消耗率Be、PM、HC、CO、NOX随转速和负荷的变化趋势.结果表明,在柴油机不做任何改变的情况下,混合燃料可直接适用于柴油机,相对于柴油,混合燃料的输出功率略有降低,燃油消耗率有不同程度的升高;掺入含氧生物质燃料,PM、CO的排放有所降低,HC、NOX排放略有上升,掺入的生物质基原料含氧量越高、掺入比例越大,变化趋势越明显.     

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。     

煤基混合燃料对发动机燃烧及振动特性的影响

以Fischer-Tropsch(F-T)柴油为基础油,配以10%体积比的甲醇、丁醇混合燃料,在4100QBZL增压中冷柴油机上进行试验,就煤基混合燃料对柴油机的燃烧过程及振动特性的影响进行研究。研究表明:柴油机燃用F-T柴油、甲醇/F-T及丁醇/F-T燃料时,比0#柴油滞燃期缩短,燃烧始点提前,放热率曲线的第一个峰值点低,同时相位提前,第二个峰值点与0#柴油基本相当,混合燃料燃烧、放热更加柔和;混合燃料的压力升高率曲线的峰值明显低于0#柴油,工作更加柔和;燃用混合燃料时,因燃烧引起的柴油机气缸盖振动明显小于燃用0#柴油,但是燃用混合燃料时对气缸盖的冲击作用高于0#柴油。     

环境和燃油温度对丁醇/柴油混合燃料喷雾影响的模拟分析

根据喷雾可视化试验的结果,利用AVL Fire软件建立了正丁醇柴油喷雾的计算模型,并验证了模型的准确性。再利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了油束的发展过程,计算了环境和燃油温度对混合燃料喷雾特性的影响。研究结果表明:在背压一定时,随环境温度的升高,油束初始速度增加,喷雾贯穿距增加,锥角减小;索特平均直径(SMD)先减小,在达到一定温度后随温度升高,喷雾初期又有所增大,后期趋于一致;随着燃油温度升高,N25喷雾贯穿距逐渐减小,SMD在喷雾初期随油温增加逐渐减小,随着喷雾的进行逐渐趋于一致。     

以醇类为助溶剂的乙醇柴油混合燃料的试验研究

为了研究醇类在乙醇柴油混合燃料中的助溶效果,以及添加醇类助溶剂后,柴油机燃用乙醇柴油混合燃料的排放性能,分别做了助溶试验和排放性能试验。助溶试验时,选择碳原子数依次增大的正丁醇、正庚醇、正癸醇作为助溶剂,按柴油、乙醇、助溶剂的体积比为75∶20∶5的比例,分别在温度为0、10、20、30℃的恒温条件下配制混合燃料,摇匀静置,观察互溶情况和分层时间,结果发现,柴油乙醇直接混合会立即产生分层;加入助溶剂后会提高互溶效果,过一段时间才会分层;10℃以上环境均能保证柴油乙醇燃料稳定互溶15 d以上;随温度的升高和助溶剂碳原子数的增加稳定互溶时间有增大趋势。排放试验在一台YC6 J170-21车用柴油机上进行,在100%负荷率下,分别测试不同助溶剂的柴油乙醇燃料的CO、HC、NOx和碳烟的排放,结果表明,与纯柴油相比,柴油乙醇燃料的CO排放没有增加;中高转速下,HC和碳烟排放明显下降;NOx排放全程下降;以正丁醇为助溶剂的柴油乙醇燃料的CO、HC、NOx和碳烟的排放最低。     

供油提前角对发动机燃用B20的性能影响

建立了基于AVL Fire的 WP10.340E32柴油机喷雾和燃烧的仿真模型,研究供油提前角对柴油发动机燃用B20生物柴油-柴油混合燃料时扭矩、燃油消耗率和 NOx 排放量的影响。研究表明,随着提前角的增大,发动机扭矩逐渐增大,动力性增强;燃油消耗率略有降低;NOx 排放量有所增加。     

癸酸甲酯/醇类混合燃料以及乙醇燃料自点火试验

研究了发动机工作条件下,癸酸甲酯和乙醇燃料以及癸酸甲酯和正丁醇混合燃料的自点火特性.在加热激波管中,利用反射激波后的试验区域研究了混合燃料的点火延时.混合燃料是体积比为90%癸酸甲酯/10%乙醇燃料、50%癸酸甲酯/50%乙醇燃料和90%癸酸甲酯/10%正丁醇的混合物.在2 MPa下,研究了当量比对点火延时的影响,同时考察了癸酸甲酯中醇类的添加体积混合比和醇的种类对点火延时的影响,进一步研究了乙醇燃料在不同当量比下的点火延时.

     

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。     

环境和燃油温度对丁醇／柴油混合燃料喷雾影响的模拟分析

根据喷雾可视化试验的结果,利用 AVL Fire软件建立了正丁醇柴油喷雾的计算模型,并验证了模型的准确性。再利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了油束的发展过程,计算了环境和燃油温度对混合燃料喷雾特性的影响。研究结果表明：在背压一定时,随环境温度的升高,油束初始速度增加,喷雾贯穿距增加,锥角减小;索特平均直径（SMD）先减小,在达到一定温度后随温度升高,喷雾初期又有所增大,后期趋于一致;随着燃油温度升高,N25喷雾贯穿距逐渐减小,SMD在喷雾初期随油温增加逐渐减小,随着喷雾的进行逐渐趋于一致。     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性

分析了柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性和放热规律,研究了相同十六烷值条件下混合燃料中含氧量对燃烧特性和放热过程的影响,为柴油机燃用含氧混合燃料提供理论指导和试验依据.研究结果表明:十六烷值改进剂(亚硝酸异戊酯)的体积分数为0.2%时,可使其着火性能与乙醇的体积分数减小10%时的水平相当.当保持十六烷值不变,混合燃料中氧的质量分数提高3.6%,扩散燃烧期和总燃期的曲轴转角平均缩短0.8°,中高负荷放热率曲线型心位置的曲轴转角向上止点平均靠近0.25°,可以认为,试验结果反映了混合燃料含氧量对燃烧的影响.     

柴油机燃用生物柴油和柴油混合燃料的试验研究

通过对比实验研究了柴油机燃用生物柴油和柴油的混合燃料对动力性、经济性和排放特性的影响.试验结果表明:发动机燃烧过程的滞燃期略有增长,燃烧压力、压力升高率和放热率的曲线均右移,且最大值有所下降.柴油机燃用混合燃料使柴油机的动力性能和经济性能有所降低,但发动机的HC,CO,NOx和碳烟的排放却有所改善.发动机燃用混合燃料是可行的.     

柴油机燃用丁醇柴油燃料的非常规排放特性

对某共轨柴油机燃用国V柴油(简称D100)、丁醇-柴油混合燃料的CO2,CH4,N2O,SO2和醛类等非常规排放特性进行了研究.在未对原机做任何改动的情况下,分别燃用丁醇体积比为0,10%,20%,30%和50%的5种丁醇-柴油混合燃料,分析比较了不同丁醇-柴油配比对发动机非常规排放的影响.结果表明:共轨柴油机燃用丁醇-柴油混合燃料后,在外特性下,与D100相比,各掺混比的混合燃料CO2、N2O、醛类和SO2排放升高且均随着丁醇掺混比的增加呈升高趋势,CH4整体排放较低;在最大转矩转速1 400r·min-1和额定转速2 200r·min-1负荷特性下,与D100相比,随着负荷的增加,丁醇-柴油混合燃料CO2、N2O、醛类和SO2排放升高,CH4排放在1.0×10-6以内.     

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。     

柴油机燃用F-T柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料的排放性能

为研究F-T柴油/聚甲氧基二甲醚(PODE)混合燃料的排放性能,以增压中冷柴油机作为试验发动机,以不同掺混比例的F-T柴油/PODE混合燃料、0#柴油和F-T柴油作为研究燃料,对发动机的排放物进行对比研究。结果表明:常规排放物中,混合燃料的NO_x排放与其他对比燃料基本相同,但对CO和碳烟的排放较0#柴油有显著的改善效果,且改善效果与PODE的掺混比例呈负相关。非常规排放物中,混合燃料对抑制甲醛的排放并无明显效果;但是可有效降低SO_2的排放,可见该混合燃料具有较好的排放性能。     

船用柴油机均值模型建模及仿真研究

柴油机模型的研究是探究柴油机性能、实现虚拟仿真的基础,可缩短仿真计算时间、有效节约柴油机开发成本。本文以RK270柴油机为研究对象,使用GT-POWER软件建立稳态性能仿真模型,在此基础上,采用仿真精度高、计算速度快的平均值法,以C++语言建立柴油机平均值模型,并归纳通用的平均值模型建模标定校核流程;提出二元响应拟合的方法,解决了涡轮增压器特性参数处理困难的问题,并借助数学工具,获得了压气机主要工作区域内拟合精度较高的模型。完成模型开发后,分析了8组工况下的仿真结果,通过误差分析,验证了模型的准确性,丰富完善了柴油机建模理论和方法,可应用于实时控制模型的动态仿真或者实现与船舶动力系统的交互。     

乙醇-柴油在线混合燃料的燃烧排放特性

为了改善柴油机在不同工况时的排放,建立了超声波乙醇柴油在线混合装置,以实现适时混合不同比例的乙醇柴油燃料。在一台柴油机上试验研究了这种在线混合燃料的燃烧与排放特性,结果表明:随着混合燃料中乙醇体积分数的增加,碳烟排放明显降低,其最大降幅达74%,而且燃烧持续期缩短;但在中、高负荷工况NOx排放明显增多,因此尚需采取措施降低乙醇柴油混合燃料燃烧时的NOx排放。在一台可视化发动机上的研究结果表明:随着乙醇体积分数的增加,燃烧持续期也缩短,而且火焰亮度降低,碳烟形成得到了抑制。