不同压力煤油气溶胶点火延时的测量研究

研究不同压力(0.1,0.3,0.6 MPa)的化学计量比煤油/空气溶胶点火延时.研制了新型两相激波管,采用室温He/N2为驱动气体和缝合接触面运行,反应区温度范围是1 160～1 650 K,基于压电传感器和数据采集系统,测量了不同点压力时间曲线,以OH(波长约306 nm)发射光作为点火指示信号,用ICCD拍摄反射激波后的燃烧流场.结果表明:当压力为0.1 MPa、温度为1 068 K,可获得实验时间约19 ms.本文条件下,测得煤油点火延时τig约0.1～6 ms.与加热方式相比,煤油气溶胶在低温时点火延时偏大.不同初压的ln(τig)与10 000/T均呈线性分布.压力测量显示:当压力为0.1 MPa、温度大于1 500 K,点火过程中出现了当地爆燃,伴随明显的压力振荡,出现爆燃的当地温度随初压升高而降低.对低温自点火工况,煤油火焰面呈非平面结构.在反射激波后,出现随机分布的自点火区域.随着温度升高,自点火呈平面火焰结构.     

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。     

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。     

低乙醇配比的乙醇-柴油混合燃料空化特性试验

为了完善乙醇-柴油混合燃料的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾特性研究,利用高速摄像机和放大尺寸单孔透明喷嘴观察乙醇体积分数分别为0%、5%和10%的3种乙醇-柴油混合燃料在喷孔中的两相流动及近场喷雾,在喷射压力为0.26~0.46 MPa的范围内对空化特征长度、流量系数、空化数、雷诺数等特性参数及喷嘴近场喷雾特性进行了分析。将3种混合燃料分别命名为E0D100N0、E5D90N5和E10D85N5,其中E、D、N分别代表燃料中的乙醇、柴油和助溶剂正丁醇,下标表示各成分的体积分数。试验结果表明:随着燃料中乙醇含量的增加,E0D100N0、E5D90N5和E10D85N5的空化初生及超空化对应的阈值喷射压力依次降低,空化发展期逐渐缩短,超空化期相应延长;在无空化和空化初生期乙醇含量的改变对近场喷雾锥角的影响并不明显,在空化发展期和超空化期,3种燃料近场喷雾锥角随乙醇含量的提高而增大,在柱塞流阶段,3种燃料近场喷雾锥角均接近0°;在同等喷射压力下,E0D100N0、E5D90N5和E10D85N5对应的流量系数和雷诺数依次增大,在柱塞流阶段,3种燃料对应的流量系数和雷诺数均急剧下降。     

乙醇和二甲醚在激波管内的裂解试验与动力学研究

为探究含氧燃料在高温低压条件下的裂解特性,以乙醇和二甲醚为研究对象,利用激波管开展了两种燃料的裂解试验,通过气相色谱仪测量了乙醇和二甲醚在1 200～1 700 K和0.20～0.25 MPa条件下4种热解产物甲烷、乙炔、乙烯和甲醛的浓度,利用直接关系图法构建了详细的组合简化模型(DME-Ethanol模型),并通过该模型进行产率和敏感性分析。结果表明:乙醇和二甲醚热解过程中的主要产物分别为乙烯和甲烷;乙醇和二甲醚在热解过程中均主要是通过由H和CH₃自由基等引发的夺氢反应消耗,二甲醚中特有的对称结构使得其通过单分子解离反应消耗的比例大于乙醇,更多的甲基增大了二甲醚热解体系的反应性;DME-Ethanol模型对两种燃料裂解产物的浓度预测误差在10%以内。     

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%。     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的性能与排放研究

为了给柴油／乙醇混合燃料的应用提供试验和理论依据，进行了柴油机燃用柴油／乙醇混合燃料的性能与排放研究，研究结果表明：随着燃料中乙醇掺混比例的增加，有效燃油消耗率有所增加，但当量柴油有效燃油消耗率降低，有效热效率增加；在掺混比例较高时，需要添加十六烷值改进剂提高混合燃料的十六烷值；在同一工况下，发动机排气烟度随乙醇的加入而减少，NOx排放则无明显的增加；排气烟度的下降率随含氧量的增加而增大，未添加十六烷值改进剂时升高的幅度小于添加十六烷值改进剂后．减小供油提前角，NOx排放下降，排气烟度增加。     

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.     

高温下乙醇/异辛烷混合物着火特性的反应动力学研究

为探究高温条件下在异辛烷中掺混乙醇对其着火滞燃期的影响,对乙醇/异辛烷混合燃料的自着火特性进行了实验和理论研究。通过反射激波管平台和数值模拟计算研究了异辛烷掺混不同摩尔分数的乙醇后在初始压力为0.2或1 MPa、温度范围为1 100～1 900 K、当量比为1.0下的着火特性和化学反应机理。研究结果表明,乙醇/异辛烷混合燃料的滞燃期随乙醇掺混量的增加和随压力的升高而减小,在高温下滞燃期随温度的升高而减小,且滞燃期的对数和温度的倒数近似呈线性关系。通过多元线性回归法拟合了滞燃期的Arrhenius公式,验证了Nour Atef机理与本实验的吻合性;通过反应路径和滞燃期敏感性分析,从化学动力学角度可知,掺混乙醇对着火滞燃期的影响本质上是由于掺混乙醇产生的大量OH活性基促进了反应,从而缩短了混合燃料的着火滞燃期。     

E0-E40乙醇/汽油混合燃料在汽油发动机中的试验研究

在一台直列四缸汽油机上,研究了乙醇/汽油混合燃料对发动机性能的影响.结果表明在发动机结构、技术参数不变的条件下,动力性能在低转速下降低,高转速下卉高,但变化幅度不大:燃油消耗率有所升高;排放性能明显改善.最后,通过模糊综合评价方法确定出最佳掺醇比.     

利用激波管测量丁醇着火延时的试验

在双膜化学激波管实验装置上,运用反射激波测量了丁醇 氮气 氧气混合气在温度1 04332~1 16372 K、压力671~835 kPa、当量比分别为1.0、1.5、0.5下的着火延迟. 试验结果表明：随着温度的增加,丁醇的着火延时缩短,并且着火延时的对数与温度的倒数呈正比,满足Arrhenius关系式;随着当量比的升高,着火延时减小. 根据试验数据,构建了丁醇 氮气 氧气混合气着火延迟的Arrhenius关系,丁醇着火延时对压力的依赖性很高,而活化能对当量比的变化不敏感.     

利用激波管实验装置研究丙烯/氧气/氮气混合气着火滞燃期

利用双膜化学激波管实验装置反射激波方法测量了丙烯/氧气/氮气混合气在温度范围为1650~1900 K、压力为0.1 MPa下的着火滞燃期.通过对理想激波管内流动状态分析,给出了合适的着火滞燃期定义.实验结果表明:随着初始温度的增加,丙烯/氧气/氮气混合气着火滞燃期缩短,着火滞燃期的对数与温度的倒数成正比,入射激波强度与着火滞燃期的对数成反比;高温条件下,混合气的着火滞燃期随着初始压力的增加而增加,随浓度的增加而缩短;利用多元线性回归方法拟合了C3H6着火滞燃期的Arrhenius型关系式,计算结果与文献中的实验数据具有很好的吻合性.     

Shock tube study on auto-ignition characteristics of kerosene/air mixtures

Ignition delay times are obtained for kerosene/air mixtures behind the reflected shock waves at temperatures between 1445 and 1650 K,at a pressure of 0.11 MPa and an equivalence ratio of 1.0.A nebulization device with Laval nozzle is used to nebulize kerosene and form an aerosol phase,which evaporates and diffuses rapidly behind the incident shock waves.Mixtures auto-ignite behind the reflected shock waves.An ICCD is used to visualize the kerosene/air mixture’s ignition characteristics.The mixture’s ignition intensity increases with increase in initial temperature.Continuous and irregular flames exist below 1515 K while plane and discontinuous flames exist over 1560 K.Ignition delay times decrease with increase in initial temperature.Experimental data shows good agreement with results reported previously in the literature.A new surrogate (consisting of 10% toluene,10% ethylbenzene and 80% n-decane) is proposed for kerosene.Honnet et al.’s mechanism is used to simulate the ignition of kerosene with calculations agreeing well with the experimental data.The sensitivity of reaction H+O2 <=>OH+O,which shows the highest sensitivity to the ignition delay time,increases with an increase in temperature.The chain breaching reaction of CH3 with O2 accelerates the total reaction rate and the H-atom abstraction of n-decane controls the total reaction rate.The rate of production and instantaneous heat production indicate that two reactions,H+O2 <=>OH+O and O+H2 <=>OH+H,are the key reactions to the formation of OH radicals,as well as the main endothermic reaction.However,the reaction of R3 is the main heat release reaction during ignition.Flame structure analysis shows that initial pressure is increased slightly as CO and H2O will appear before main ignition.     

C_2H_6/H_2混合气着火特性的实验与化学动力学研究

利用高压激波管实验装置测量了化学计量比下的C2H6/H2/O2/Ar混合气的着火延迟期,实验的温度范围为900~1 700K,压力为1.2~16倍标准大气压。实验结果表明:当混合气中C2H6的摩尔分数xC2H630%时,着火延迟期与温度和压力呈现出了典型的Arrhenius依赖性;当3%≤xC2H630%时,着火延迟期与温度仍呈现出Arrhenius关系,但是压力越高全局活化能越高;当xC2H6≤3%时,着火延迟期与温度和压力呈现出复杂的依赖关系。模拟结果表明:xC2H6对C2H6/H2混合气着火延迟期的影响是非线性的,NUIG Aramco Mech 1.3机理可以很好地预测出实验结果;通过化学反应路径分析和标准化的H自由基分析,可以解释着火延迟期对xC2H6的依赖关系。     

异型DEFC管状阴极传质过程的模拟研究

以中间相碳微球（MCMB）、石墨粉为原料用凝胶注模成型工艺制成阴极管烧结体,并在烧结体外涂覆扩散层、Pt／C催化层和Nation膜制备管状阴极．利用CFD软件对直接乙醇燃料电池（DEFC）管状阴极的传质过程进行模拟计算和研究,在不同的工作温度、阴极扩散层孔隙率、进气压力以及阴极催化层厚度的条件下,分析DEFC阴极催化层表面的液态饱和度、氧气的摩尔质量分数的变化情况．结果表明：增大阴极扩散层孔隙率、进气压力、催化层厚度和电池温度有利于阴极的传质过程．     

Pt-ZrO2/C电催化剂在碱性介质中对乙醇的电氧化

制备了Pt-ZrO2/C催化剂,采用TEM,XRD等技术对其进行表征.利用循环伏安和电化学阻抗谱等方法研究Pt-ZrO2/C催化剂在碱性溶液中对乙醇氧化的电化学活性,并与Pt/C催化剂(20 %Pt,E-TEK)进行对比.研究结果表明,Pt-ZrO2/C催化剂具有较高的乙醇电氧化催化活性.电流密度最高的是n(Pt)∶n(ZrO2)为1∶1的样品,该比值为1∶4时显示出最低乙醇氧化峰电势.     

2-甲酰基-4,6-二羟基苯甲酸甲酯及其衍生物的合成

2-甲酰基-4,6-二甲氧基苯甲酸甲酯及其衍生物是合成具有生理活性的间苯二酚类大环内酯类化合物的重要中间体。本文以乙酰乙酸甲酯为原料,采用直线型合成方法,经过芳环化、乙酰酯化、氧化、水解和甲醚化等反应,以25.8%的总收率完成了2-甲酰基-4,6-二羟基苯甲酸甲酯及其衍生物的合成,并对目标产物和中间体的结构进行了1H NMR、13C NMR和MS波谱表征。     

乙醇/汽油喷雾特性试验研究

采用高速摄像技术在定容弹内对直喷汽油机多孔喷油器的喷油特性进行了研究,通过改变环境压力、喷油压力、喷油脉宽分析了这些因素对喷雾发展的影响.此外,重点研究了环境压力和喷油压力对喷雾贯穿距的影响.研究结果表明,随着环境压力增大,喷雾贯穿距减小;随着喷油压力增大,喷雾贯穿距增大;随着喷雾发展,环境气体围绕喷雾向相反方向运动,...     

Pt/C催化剂基底的制备及乙醇电催化氧化研究

采用超声波分散与化学还原法结合,以氯铂酸为前驱体,石墨为载体制备了Pt/C(含Pt质量分数为5%)催化剂基底,通过XRD和循环伏安法进行了表征,并以乙醇电化学氧化为探针反应,对所得Pt/C基底的催化性能进行评价,研究了不同焙烧、还原温度及分散介质中醇/水比等因素对Pt/C基底催化活性的影响.结果表明,采用乙二醇与水体积比为2∶1作为分散介质,于空气中400℃焙烧后得到的Pt/C基底具有铂多晶的特征伏安曲线,对乙醇的电化学氧化具有较好的催化活性,说明所制备的Pt/C基底与铂多晶表面相似,完全可以替代纯金属铂,从而可进一步制备成本较低、活性组分少、催化活性高的铂基双金属表面修饰电极催化剂(另文报道).