生物柴油-柴油混合燃料性能和排放的实验研究

实验研究了由地沟油甲酯化得到的生物柴油和柴油的混合燃料在单缸四冲程柴油机中的燃烧性能和尾气排放,生物柴油的添加体积分数分别为10%,20%和30%.结果表明,由于生物柴油热值较低,混合燃料的油耗率比纯柴油高出10%左右;NOX,CO和CO2的排放浓度随柴油机输出功率的增大而升高,随着生物柴油浓度的升高,NOX和CO2的排放浓度呈先上升后下降的趋势,而CO的排放浓度则逐渐降低至纯柴油的排放水平;尾气烟度随生物柴油浓度的增加而明显降低.     

柴油-甲醇组合燃烧碳烟排放模型

采用柴油-甲醇组合燃烧模式可以大幅度降低柴油机碳烟排放．由于组合燃烧模式碳烟排放机理与传统柴油机不同,因此对采用组合燃烧的柴油机进行性能预测,需要建立新的碳烟排放模型．在试验研究的基础上对广安博之的两步碳烟排放模型进行修正,提出了一个新的碳烟生成模型．该模型考虑到了甲醇对碳烟生成的影响．模拟结果与试验结果对比分析表明,该模型计算结果与实测结果一致性良好,能够用来预测柴油一甲醇组合燃烧发动机的碳烟排放．     

F-T柴油/乙醇混合燃料的燃烧及排放特性

在具有高十六烷值的F-T柴油中添加不同比例的乙醇燃料制得乙醇/F-T柴油混合燃料,通过与0#柴油和纯F-T柴油进行比较,研究其燃烧和排放特性。研究结果表明:与0#柴油相比,F-T柴油的滞燃期最短,混合燃料的滞燃期小于0#柴油、大于F-T柴油,且混合燃料乙醇比例越高,滞燃期越长;混合燃料燃烧始点提前,累计放热量达50%时的曲轴转角CA50增大,燃烧放热中心推迟,燃烧放热率第一峰值点下降,预混燃烧放热量降低,使燃烧温度降低,第二峰值点上升,扩散燃烧比重增大。在外特性2 000 r/min下,相比于0#柴油,混合燃料E10、E20的NO_x排放分别降低了24.9%和30.6%,碳烟排放分别降低了65.1%和76.2%,甲醛排放分别降低了67.7%和45.9%。     

柴油机生物柴油-甲醇混合燃料燃烧与排放特性

分别在100mL生物柴油（M0燃料）中添加10mL甲醇、20mL甲醇与12mL油酸,经过相关处理后形成新的微乳化燃料M10燃料与M20燃料。以台架试验与排放分析法为基础,当发动机转速点为1 500r/min、平均有效压力分别为0.088 9、0.177 0、0.266 0、0.354 0、0.443 0、0.531 0MPa时,分别对3种燃料的燃烧特性与排放特性进行了试验研究。试验结果表明：与M0燃料相比,M10燃料与M20燃料的滞燃期延长,燃烧持续期缩短,3种燃料的最大滞燃期分别为6°、7°、8°;M10燃料与M20燃料的峰值压力、峰值压力升高率以及峰值燃烧放热率均增大,3种燃料的最大峰值压力升高率分别为1.236、1.377、1.280MPa/（°）,3种燃料的最大峰值燃烧放热率分别为0.280、0.281、0.297kJ/（°）;M10燃料与M20燃料的HC、CO与碳烟排放均降低;NOx排放没有明显变化。     

地沟油生物柴油-柴油混合燃料燃烧特性和排放特性的试验研究

在不改变双缸直喷式柴油发动机任何结构参数的情况下,通过台架试验,研究了掺烧0%、10%、20%、30%、40%、50%地沟油生物柴油与柴油的混合燃料对发动机性能的影响。结果表明:在不调整柴油发动机结构参数的条件下,使用任意配比地沟油生物柴油-柴油混合燃料引起柴油机的最大输出功率均有所下降;燃油消耗率在小、中负荷时均明显高于柴油,在大负荷时与柴油接近;所有工况NOx排放增加,大掺烧比时NOx排放增加明显;排气烟度在任何负荷下均明显降低;CO排放量在小负荷工况时比柴油略高,在中、大负荷工况时比柴油明显降低;HC排放量在小、中负荷时比柴油高,在大负荷时比柴油低。综合考虑动力性和排放性,实际掺烧使用地沟油生物柴油时,其掺烧比以不超过30%为宜。     

地沟油生物柴油碳烟微粒排放及肺沉积表面积研究

在柴油机上分别燃烧纯地沟油生物柴油和纯石化柴油在每一负荷工况下运用颗粒物测试系统NanoMet3研究碳烟微粒的排放及肺沉积表面积。结果表明:各工况下,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度均小于石化柴油。小负荷时两种燃料的差距不大;大负荷时,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度远小于石化柴油;但增幅高于石化柴油。地沟油生物柴油碳烟微粒的平均粒径比石化柴油小,其肺沉积表面积小于石化柴油,对人体的危害值低于石化柴油。碳烟微粒肺沉积表面积受到平均粒径和数量浓度的共同作用,其增幅与数量浓度的增幅呈现出相同的变化趋势。     

柴油机燃用F-T/生物柴油混合燃料的排放性能研究

以未做调整的四缸增压中冷发动机为试验样机,分别燃用不同比例的F-T/生物柴油混合燃料,对混合燃料的常规排放尤其是非常规排放进行了对比研究。结果表明:F-T/生物柴油混合燃料相对于0#柴油可明显改善NO_X、CO和碳烟的排放,但随着生物柴油比例的提高,NO_X、CO排放略有升高,碳烟排放则随着生物柴油比例增加而降低;外特性下,混合燃料随着生物柴油比例的提高,HC排放相对于0#柴油有明显下降;非常规排放中混合燃料可有效降低甲醛排放;SO_2排放也有明显下降,但随生物柴油配比的增加而有上升的趋势。混合燃料能有效抑制苯类排放。     

柴油机燃用生物柴油燃烧与排放

研究了柴油机燃用0号柴油和生物柴油的燃烧放热规律．通过对燃烧特征参数的计算分析,发现生物柴油的燃烧始点有所提前,滞燃期缩短;燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前,瞬时放热率峰值下降;燃烧持续期延长．同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0号柴油的经济性和排放特性,发现燃油消耗率增加12％,而各种排放污染物除NOx略有上升外,CO、HC和颗粒物PM均显著下降．     

生物柴油与氧化催化转化器对柴油机排放的影响

对4100QBZL柴油机燃用不同配比生物柴油混合燃料并安装氧化催化转化器(DOC)后进行了负荷特性实验研究,考察了生物柴油和DOC对发动机排放特性的影响.结果表明:掺烧生物柴油和加装DOC均能显著降低CO、HC和碳烟的排放,特别是中大负荷时,效果尤为明显,而对NOx的影响很小.在大于400℃的高温下,DOC中容易受硫的影响而生成大量的硫酸盐,导致对CO、HC和碳烟转化率下降,特别是碳烟的转化率下降明显.     

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.     

燃用橡胶籽生物柴油柴油机的性能与排放特性

按体积比将20%的橡胶籽油生物柴油与80%的-10^#柴油混合配制了B20生物柴油,12150ZL型涡轮增压柴油机和福田风景BT6516B1DBA型面包柴油车上研究了燃用B20时的外特性、负荷特性、万有特性以及自由加速烟度与排放特性。结果表明,与燃用-10^#柴油相比,柴油机燃用B20时燃油消耗升幅不高于1.7%,而功率和转矩分别升高0.16%～1.16%和0.07%～1.17%,最大爆发压力变化不大,并且排气温度和烟度值均有所降低。燃用B20有助于降低污染物排放,与燃用-10^#柴油相比,自由加速烟度的净化率达15.79%。     

Influence factor of diesel soot formation in diesel engine combustion predicted by multistep soot model with highlight in soot surface activity

As more strict regulations on soot emission with increasing emphasis on the emitted soot particle size have been imposed, diesel engine partially premixed combustion had been proven to achieve ultra-low NOx and soot emissions with high thermal efficiency simulta- neously, by synergy control of mixing and chemical parameters. It calls for further study in the effect of com- bustion boundaries on soot formation. In this study, soot formation characteristic was investigated by CFD code coupled with reduced n-heptane model and improved multistep soot model. History of acetylene, which is taken as the main species of PAH formation and soot surface growth, plays more important roles on soot prediction. The revised parameter of fraction of active sites αCH was introduced as the indicator of soot surface activity in diesel soot formation. The effects of combustion boundaries on soot surface activity and soot surface growth were explored in this study. When the mixture was quite homogeneous, lowered combustion temperature was the main factor for reduced soot formation due to the lowered specific surface growth rate RCH, in spite of ec/4 increasing slightly due to the slowed decay rate of surface activity. As the inhomo- geneity of the mixture was increased, more unburned hydrocarbons were produced, promoting the formation of acetylene and soot surface activity. It was the dominated reason for higher soot surface growth rate, resulted wors- ened engine-out soot. In addition, residual of CO in later combustion phase impeded the re-oxidation of soot.     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

生物柴油/柴油混合燃料喷雾特性

为了研究生物柴油及其与柴油混合燃料的雾化质量,在燃油雾化质量评价理论的基础上,采用高分辨率数码照相机对纯柴油、纯生物柴油以及两者混合燃料的喷雾特性进行了对比研究;计算分析了喷雾锥角、喷雾油滴的尺寸数目分布、尺寸累计体积分布、平均直径、特征直径和发散边界.结果表明:随着生物柴油掺混比的增大,喷雾锥角减小,喷雾油滴的平均直径增大,油滴尺寸数目分布曲线和累计体积分布曲线向大颗粒方向偏移,发散边界减小;大颗粒油滴数目增多和油滴的发散程度缩小,说明混合燃料中生物柴油的掺混比越大,雾化质量越差.     

EGR柴油机的碳烟排放预测

考虑到OH基的氧化作用,将OH基氧化模型嵌入KIVA-3V软件内,应用在柴油机排放计算中,验证了模型的正确性,分析了EGR率(5%,10%,15%,20%和25%)对柴油机碳烟排放的影响.结果表明:计算得到的碳烟排放与测量值吻合较好;与原碳烟氧化模型相比,修正的氧化模型能较好地预测碳烟排放;EGR率增加,小负荷下的碳烟排放增加幅度较小,中高负荷下的碳烟排放增加幅度较大,特别是在大EGR率时,碳烟排放增加幅度更大;EGR率增加时,碳烟生成量和氧化量均减少,氧化量减少更多,高质量浓度碳烟分布区域更广;EGR率对OH基的抑制作用在燃烧中期较为明显,而且负荷越大,OH基体积分数随EGR率的加大变得越低.     

基于精细碳黑模型的柴油机燃烧模拟

为更好地预测及分析柴油机污染物碳黑的产生特性,需要开发具有广泛应用价值的碳黑模型。该文以正庚烷作为燃料模拟物质,基于正庚烷氧化的气相反应机理,及描述固相碳黑颗粒形成物理、化学过程的详细动力学模型,对直喷式内燃机工作过程中的化学反应流进行了数值模拟计算。计算得到了柴油机燃烧室内多环芳烃质量、碳黑质量、体积分数随转角的变化曲线。在一定燃烧室壁面温度条件下,得到典型的多环芳烃质量、碳黑质量、碳黑体积分数均与测试水平相符,碳黑质量随转角变化曲线也与测试结果吻合较好。