丁醇燃燒機理及時發(fā)動機使用性能影響的研究.pdf

1、丁醇作為汽車代用燃料對實現(xiàn)在用汽車的“節(jié)能減排”具有重大的現(xiàn)實意義，可以有效緩解化石能源日益枯竭的危機，同時減少汽車排放對大氣環(huán)境的污染，符合當(dāng)前國家能源的發(fā)展戰(zhàn)略;同時可以降低國內(nèi)原油對外依存度，有利于緩解國家的能源安全問題。本文以丁醇為研究對象，總結(jié)了丁醇作為車用燃料的應(yīng)用進展，分析了丁醇燃燒的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機理;利用定容燃燒彈進行了不同燃燒邊界條件對丁醇燃燒特性的影響研究，對93號汽油與丁醇燃燒特性的差異進行了比較;通過發(fā)動機臺架

2、試驗分析了丁醇/汽油混合燃料對發(fā)動機使用性能的影響;在低溫艙內(nèi)進行了丁醇/汽油混合燃料的低溫冷起動試驗，分析了常規(guī)和非常規(guī)排放物的排放特性及其生成機理;應(yīng)用生命周期理論對車用燃料丁醇的能量平衡和溫室氣體排放進行了定量分析。
　　基于Dagaut等人提出的C1-C4化學(xué)物質(zhì)的氧化機理，利用Chemkin軟件構(gòu)建丁醇化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型，結(jié)合來自Goos，Burcat和Ruscic等人的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，利用Chemkin軟件的射流攪拌反應(yīng)

3、器模塊，模擬了預(yù)混無火焰環(huán)境下丁醇氧化并計算了均勻氧化產(chǎn)物的濃度;應(yīng)用對沖流擴散火焰模塊，模擬了非預(yù)混火焰環(huán)境下丁醇燃燒特性并計算了燃燒產(chǎn)物的濃度;為了對模擬結(jié)果進行更深入的分析，分別對丁醇的氧化、燃燒進行了反應(yīng)路徑分析和敏感性分析。研究結(jié)果表明，在給定的條件下，丁醇主要通過H原子提取反應(yīng)進行消耗，生成燃料自由基分子，隨后分解成較小的碳?xì)浠衔锖秃踅M分;丁醇分子中的羥基部分直接生成了甲醛、乙醛和丁醛等含氧組分，這些含氧組分是丁醇燃燒非

4、常規(guī)排放物的主要成分。
　　根據(jù)試驗中所采用的定容燃燒彈臺架運行機制，結(jié)合發(fā)動機實際燃燒時的放熱規(guī)律，基于構(gòu)建的準(zhǔn)維雙區(qū)燃燒模型，確定了丁醇混合氣濃度、定容燃燒彈初始壓力和初始溫度3個邊界條件，獲得了丁醇燃燒持續(xù)期、燃燒延遲時間、燃燒壓力、燃燒溫度、燃燒放熱量等燃燒特性的影響規(guī)律，比較了汽油與丁醇燃燒特性的差異;利用丁醇和汽油燃燒的化學(xué)反應(yīng)機理，從理論上對燃燒特性的試驗結(jié)果進行了分析。研究結(jié)果表明，丁醇的燃燒特性非常接近汽油的燃燒

5、特性，但丁醇的燃燒持續(xù)期以及著火延遲時間均有所延長，丁醇總的放熱量稍高于汽油，但放熱速率慢于汽油。
　　選取汽油、不同體積比的丁醇/汽油混合燃料等5種試驗燃料，進行了發(fā)動機全負(fù)荷以及轉(zhuǎn)速為2000r/min和2500r/min部分負(fù)荷特性試驗，獲得了5種試驗燃料對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和排放性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，與汽油相比，在發(fā)動機上燃燒丁醇/汽油混合燃料的動力性和燃油經(jīng)濟性沒有明顯下降;在全負(fù)荷工況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，NO

6、x的排放先增加后減少但始終高于汽油，HC和CO的排放減少并始終低于汽油;部分負(fù)荷工況下，丁醇在混合燃料中體積比越大，NOx的排放越多，HC和CO的排放越少。
　　在低溫艙內(nèi)進行發(fā)動機臺架試驗，用尾氣分析儀對發(fā)動機排氣中的HC和CO進行了測量和分析，并采用氣相色譜和液相色譜法，對CH2O、CH3CHO等非常規(guī)排放物進行了測量和分析;獲得了丁醇/汽油混合燃料在-7℃時冷起動及怠速暖機最初120s內(nèi)的常規(guī)及非常規(guī)排放特性，結(jié)合丁醇化學(xué)反

7、應(yīng)動力學(xué)模型對排放物的生成機理進行了分析。研究結(jié)果表明，在冷起動的最初120 s內(nèi)，隨著燃料中丁醇體積比的增大，HC排放量和CO排放量逐步減少，每種燃料的HC和CO排放量均是先增加后減少;對于非常規(guī)污染物，隨著燃油中丁醇體積分?jǐn)?shù)從10％增加到30％，乙烯排放體積分?jǐn)?shù)提高37％，甲醛排放量增加67.6％，乙醛排放量增加69.9％，苯排放量減少40.5％，甲烷排放體積分?jǐn)?shù)減少16％，乙炔排放體積分?jǐn)?shù)減少12.5％。
　　以丁醇替代常規(guī)

8、車用燃料為研究對象，構(gòu)建了丁醇的生命周期系統(tǒng)模型，以汽油生命周期原料生產(chǎn)到車輛使用的能源消耗和環(huán)境排放指標(biāo)為評價基準(zhǔn)，對車用丁醇燃料的能源消耗和溫室氣體排放進行了定量分析，從生命周期角度對丁醇作為汽車代用燃料產(chǎn)生的環(huán)境影響進行系統(tǒng)評價。研究結(jié)果表明，以玉米為原料生產(chǎn)丁醇完全替代汽油作為燃料，可以有效降低能源消耗和溫室氣體排放，凈能量盈余為9.65MJ/kg，能量比為1.18;副產(chǎn)品按照不同的分配方案，玉米丁醇生命周期溫室氣體排放量與同等