甲醇-生物柴油混合燃料霧化及著火過程的研究-.pdf

1、柴油機燃用含氧替代燃料，能夠有效降低排放污染物。甲醇和生物柴油作為柴油機的含氧替代燃料，得到了越來越廣泛的關注和應用。柴油機燃用甲醇/生物柴油混合燃料不僅能夠替代石化燃料，還能有效降低柴油機排放污染物。甲醇、生物柴油與柴油的分子結構、理化特性不同，燃料在柴油機缸內的霧化過程不同，對著火過程也會產(chǎn)生影響。
　　論文共分七章，重點圍繞小型農(nóng)用柴油機燃用甲醇/生物柴油混合燃料的霧化和著火過程，采用理論分析和試驗研究相結合的方法，從混合燃

2、料的理化特性、液滴蒸發(fā)特性、噴霧特性、著火過程以及改善混合燃料著火過程的措施等方面開展了研究工作，解釋了甲醇/生物柴油混合燃料的二次霧化過程，提出了柴油機燃用混合燃料的自燃-點燃著火模式，確定了柴油機燃用混合燃料的甲醇最佳摻混比范圍。
　　針對甲醇/生物柴油混合燃料的理化特性，采用接觸角試驗，考察了混合燃料的互溶性；結合小角X射線散射試驗，測量了混合燃料中甲醇液滴的微觀尺度，探討了燃料的分子結構與理化特性之間的關系，考察了甲醇與生

3、物柴油的微觀混合方式。結果表明，甲醇與生物柴油的互溶性較好；但微觀上，混合燃料中存在生物柴油包裹甲醇的納米液滴，當甲醇的摻混比為10％和20%時，混合燃料中甲醇液滴的平均半徑為11.00nm和9.88nm；基于燃料分子的化學結構特征和活性原子機理，建立了醇類燃料和酯類燃料的十六烷值估算公式，并計算了不同摻混比時甲醇/生物柴油混合燃料的十六烷值。
　　圍繞混合燃料的霧化過程，從液滴的蒸發(fā)特性和混合燃料的噴霧特性兩個方面開展了研究。<

4、br>　?。?）根據(jù)甲醇/生物柴油混合燃料液滴在柴油機缸內蒸發(fā)的特點，建立并驗證了混合燃料在對流熱空氣氛圍環(huán)境中的液滴蒸發(fā)模型，分析了蒸發(fā)環(huán)境狀態(tài)參數(shù)、液滴幾何尺寸、甲醇摻混比等因素對液滴蒸發(fā)規(guī)律的影響。結果表明，在混合燃料液滴的蒸發(fā)過程中，甲醇先于生物柴油蒸發(fā)結束；液滴蒸發(fā)時間隨著環(huán)境溫度、空氣運動速度、液滴初始半徑、甲醇摻混比的增加而縮短，隨著環(huán)境壓力的增加而延長；添加甲醇有利于混合燃料液滴的蒸發(fā)。
　　（2）通過缸內噴霧過程

5、模擬和常溫常壓條件下的噴霧試驗，考察了不同噴油壓力、甲醇摻混比時，混合燃料的噴霧形態(tài)、貫穿距離、噴霧錐角、索特平均直徑（SMD）、缸內濃度場、湍流速度場、燃料蒸發(fā)速率的變化規(guī)律。結果表明，隨著甲醇摻混比的增加，混合燃料的噴霧貫穿距離縮短，噴霧錐角增加，相同曲軸轉角時刻的燃油蒸發(fā)質量增加，混合燃料的蒸發(fā)特性得到改善。結合甲醇/生物柴油混合燃料的分子結構特征，提出混合燃料液滴的破碎經(jīng)歷了表層燃料蒸發(fā)、內部甲醇汽化、膨脹、破碎的過程，解釋了混

6、合燃料噴射過程中的二次霧化現(xiàn)象。
　　針對混合燃料在柴油機缸內的著火過程，建立了186F柴油機的缸內燃燒過程模型。根據(jù)含氧燃料的特點，提出混合氣溫度和氧燃比判斷燃料著火的指標。結果表明，小比例摻混甲醇時，生物柴油先于甲醇著火；隨著甲醇摻混比的增加，生物柴油在柴油機缸內的著火位置從油束的邊緣向油束的中心和噴油嘴附近移動?；旌先剂显诓裼蜋C缸內的著火過程經(jīng)歷了生物柴油自燃、點燃甲醇、著火促進三個階段，是自燃和點燃兩種著火方式相互結合、相

7、互促進的過程，并提出了甲醇/生物柴油混合燃料的自燃-點燃著火模式。并從燃料的著火特性、柴油機動力性、工作粗暴的角度，探討了柴油機在不同工況時的甲醇最佳摻混比范圍。結果表明，在不改變186F柴油機結構的條件下，依據(jù)著火特性、柴油機動力性、工作粗暴的評價方法，甲醇摻混比應分別小于14%、16%、24%。
　　針對甲醇十六烷值低、大比例摻混甲醇時混合燃料會產(chǎn)生著火困難的問題，提出了采用添加十六烷值改進劑、改變柴油機壓縮比、噴油參數(shù)的方法

8、改善混合燃料的著火過程。通過紅外光譜試驗、電子順磁試驗，從化學鍵裂解能、燃料組分、自由基濃度的角度分析了十六烷值改進劑改善燃料著火過程的原因；通過186F柴油機臺架試驗，考察了柴油機在不同運轉工況時燃用甲醇/生物柴油混合燃料的燃燒特征參數(shù)和排放污染物的變化規(guī)律。結果表明，添加十六烷值改進劑會增加混合燃料中的自由基濃度，改進劑分子可以在較低溫時發(fā)生分解反應產(chǎn)生鏈式引發(fā)劑，促使燃料提前著火；試驗選擇的三種十六烷值改進劑中，硝酸環(huán)己酯縮短滯燃