喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机燃烧稳定性影响研究

基于一台光学发动机,在1200 r/min转速下,采用进气道低压喷射氨气,缸内高压直喷高活性正十二烷的双燃料燃烧模式,应用火焰高速成像方法,研究了喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机缸内燃烧的影响规律.结果表明,直喷燃料喷射压力降低,导致正十二烷浓度分层增大,自燃着火点增多,更有利于正十二烷引燃均质预混合的氨气;直喷压力在30 MPa和60 MPa工况下,火焰初期NH3燃烧的橘色火焰占主导,之后呈现正十二烷预混蓝色火焰与NH3橘色火焰叠加现象;在90 MPa喷射压力下,火焰发展初期正十二烷预混蓝色火焰占主导,随着燃烧发展NH3橘色火焰的比例逐渐增多.在30 MPa喷射压力下,缸内直喷正十二烷可以实现90%氨气比例的稳定着火,但是燃烧反应速率过低,燃烧持续期过长.进气温度从100℃升高到125℃后,自燃着火点数量增加,氨双燃料燃烧反应速率提高,放热率峰值增大;然而进气温度进一步从125℃提高到150℃时,对燃烧压力和放热率影响很小.上述研究表明,较低的直喷燃料喷射压力和适当提高进气温度更有利于氨燃料的稳定着火以及燃烧速率的提升和氨在双燃料中占比的提高.

正十二烷喷雾火焰中碳烟的瞬态生成特性

针对压燃式发动机中碳烟演化过程难以被实验准确捕捉的问题,研究了高温高压环境中正十二烷喷雾燃烧焰中碳烟瞬态生成特性及动力学行为,在实验方面,应用消光辐射联合技术以及燃烧成像测速技术,同步获得高温高压环境中单孔喷油器正十二烷喷雾燃烧火焰中的碳烟体积分数、碳烟温度和碳烟速度场的瞬态分布;数值计算方面,基于OpenFOAM环境,发展欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量湍流燃烧模型的耦合模型,喷雾燃烧过程的数值计算结果与实验数据有高度的一致性。研究结果表明:相比于参考工况,低喷油压力工况火焰浮起长度更短,碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间更长,推动了碳烟的生成,碳烟峰值质量增加了80%;高温环境工况碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间没有明显差异,但更短的火焰浮起长度使得燃料在更高的当量比开始燃烧,导致其碳烟峰值质量增加了88%;富氧工况的燃烧温度最高,碳烟粒子运动速度增大,使得碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间明显减少,同时火焰内部当量比较小,因而碳烟峰值质量减少了42%。

ZSM-22分子筛合成及其正十二烷烃临氢异构化性能:模板剂和动态晶化的影响

以二乙胺(DEA)或1,6-己二胺(DAH)为模板剂,分别在静态或动态条件下合成具有不同形貌和聚集状态的ZSM-22分子筛,采用XRD、SEM、EDS、TEM、NH3-TPD及N2吸附/脱附表征手段对其进行表征分析。并负载Pt在Al2O3上和ZSM-22机械混合制备双功能催化剂,考察其正十二烷的临氢异构化反应性能。结果表明,模板剂和动态晶化会改变ZSM-22分子筛的形貌及聚集状态,并且会影响其酸性、比表面积和临氢异构活性。其中,以二乙胺为模板剂,静态晶化72h合成的ZSM-22具有最优的催化性能,在310℃反应温度下,正十二烷异构化转化率为66%时,异构十二烷的选择性达到90%。但是,模板剂及动态晶化条件对单支链异构体的产物分布影响较小,异构体产物以支链靠近端位的2-甲基十一烷为主,且随着反应温度升高,2-甲基异构体选择性明显降低。

HZSM-22的粒径调控及Pt/HZSM-22的正十二烷加氢异构催化性能

通过调控合成液中的水含量,采用过饱和溶液法,在静态水热条件下合成了三种不同c轴长度的ZSM-22分子筛,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、N2物理吸附、NH3-程序升温脱附和吡啶吸附傅里叶变换红外光谱(Py-FTIR)表征。并以所制备的ZSM-22分子筛为酸性载体,在其上负载0.5%(质量分数)的金属Pt作为加(脱)氢活性位点,制备成Pt/ZSM-22双功能催化剂。以正十二烷为探针分子,进行正构烷烃加氢异构化反应,考察了分子筛合成液中水含量对Pt/ZSM-22催化剂加氢异构化性能的影响。结果表明,随着合成液中水含量减少,ZSM-22分子筛粒径减小。但是当水含量低到一定值时,会有方英石和ZSM-5杂晶生成。当分子筛合成液摩尔组成为SiO_(2)∶Al_(2)O_(3)∶K_(2)O∶DEA∶H_(2)O=1∶0.01∶0.08∶0.29∶28时,获得的HZSM-22在所合成的三种分子筛中拥有最多的中、强Brønsted酸量以及较短的c轴长度,对应的双功能催化剂Pt/HZSM-22表现出最佳催化性能。在320℃时,正十二烷转化率为73.24%,异构烷烃收率为57.92%,异构烷烃选择性为79.09%,尤其是中心位置甲基异构体5-甲基十一烷的选择性达到了17.66%。

正戊醇/正十二烷二元燃料不同喷射压力下燃烧与排放特性

为探究戊醇燃料对于发动机的适应性,建立了正戊醇/正十二烷二元燃料的燃烧模型,探究了不同喷射压力下二元燃料的燃烧与排放特性。结果表明随着二元燃料中戊醇比例的增加,平均指示压力的降低和未燃燃料的增加导致指示热效率降低;同时缸内低温区域和低当量比区域增加,氮氧化物和碳烟排放均降低;但不完全燃烧增多,因此一氧化碳和未燃碳氢排放增加。此外,提高喷射压力增强了二元燃料的雾化效果,缸内平均温度提高,高温富氧区域增多,氮氧化物排放增加而碳烟排放降低。由于不完全燃烧的减少,一氧化碳和未燃碳氢排放降低,但由于喷射压力为300 MPa时易出现撞壁现象导致二者再度升高。

Fe取代的Pt/H-ZSM-12催化剂的合成及其正十二烷加氢异构化性能研究

在长链烷烃的加氢异构反应中,H-ZSM-12分子筛独特的孔道结构有利于多支链异构体的生成,但其较强的酸性加剧了裂解副反应的发生。以Fe同晶取代分子筛骨架中的Al,可以有效降低分子筛的酸强度。为了提高异构产物的选择性,采用水热法合成了Fe取代度(以n(Fe):n(Al+Fe)计)分别为0%、50%和100%的Z12-Al、Z12-Al-Fe和Z12-Fe分子筛。紫外可见吸收光谱(UV-Vis)表征结果表明,Z12-Al-Fe和Z12-Fe中引入的Fe绝大多数以[FeO_(4)]的结构存在于分子筛骨架中。红外吸收光谱(FT-IR)和X-射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,H-Z12-Al-Fe和H-Z12-Fe骨架中的Fe与Si—OH结合形成了Si—OH—Fe键。氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)和吡啶红外(Py-IR)表征结果表明,随着分子筛中Fe含量的增加,其强酸位的酸强度逐渐降低,总Bronsted酸的数量明显减少。在分子筛载体上负载足量的金属Pt后,以正十二烷(n-C_(12))为模型化合物评价了双功能催化剂的加氢异构性能(反应压力为2.0 MPa,n(H_(2)):n(n-C_(12))为6.0)。结果表明,Pt/H-Z12-Fe上Bronsted酸强度的降低和酸性位数量的减少使其催化活性低于Pt/H-Z12-Al,但弱Bronsted酸性对裂解反应的抑制使其在90%左右的n-C_(12)转化率下获得了最高的总异构选择性(85.7%)和多支链异构体选择性(53.8%),比Pt/H-Z12-Al分别高出18.6%和9.7%。此外,Pt/H-Z12-Fe在120 h的连续反应中表现出了优异的稳定性。

Pt/SAPO-11催化正十二烷异构化的反应规律

油脂原料经加氢脱氧后的临氢异构化过程是制备生物航煤的关键步骤。采用浸渍法将Pt负载到SAPO-11分子筛上,制备出Pt/SAPO-11异构化催化剂,并对分子筛及催化剂的物理化学性能进行了表征。以正十二烷为模型化合物,在固定床加氢反应器上进行催化剂的异构性能评价。结果表明:温度对转化率和选择性的影响最显著,反应温度从350℃升到390℃时,正十二烷转化率由18.8%提高到86.2%,异构十二烷选择性由99.7%下降到67.2%。在380℃、2 MPa、重时空速为0.45 h-1、氢油体积比为1500的条件下,正十二烷转化率达到80.5%,异构十二烷选择性为70.1%。

正戊醇/正十二烷二元燃料着火及燃烧特性

为了探究正戊醇/正十二烷二元燃料着火及燃烧特性,在高温高压定容燃烧弹中采用自发火焰发光法、纹影法、甲醛平面激光诱导荧光法以及OH*化学发光法研究了正戊醇/正十二烷二元燃料P20D80的着火延迟期、火焰发展、燃烧中间组分以及火焰浮起长度.结果表明:在相同工况下,与正十二烷(D100)相比,P20D80的总着火延迟期和火焰浮起长度更长,且两者的甲醛信号都在火焰浮起处的下游位置被逐渐消耗;P20D80的甲醛初生时刻延迟了100μs左右,可很好降低碳烟生成;与D100相比,在不同的环境温度工况下,P20D80的化学着火延迟期更长,但随着喷射压力的增加,P20D80的化学着火延迟期先大后小;此外,在相同工况下,P20D80物理着火延迟期与正十二烷物理着火延迟期的差值随着环境温度升高而略微升高,但随着喷射压力的增加而降低.

正十二烷喷雾火焰大涡模拟研究

开展了发动机工况下正十二烷喷雾燃烧过程大涡模拟研究,探究了初始氧体积分数、环境密度以及喷油压力对喷雾着火过程和火焰结构的影响规律.证实了具有高阶精度的仿真模型在宽工况范围内均具有较高准确性.研究表明:高氧体积分数导致高温反应区域内的温度进一步升高,有助于增强化学反应速率,导致碳烟氧化速率加快;同时火焰浮起长度(LOL)缩短,严重限制燃油与空气的混合,造成碳烟生成量增多.在高氧体积分数条件下,前者发挥的作用更强,导致整体碳烟排放水平下降.降低环境密度可推迟着火,喷雾前端阻力下降,因而喷雾发展速度更快.在高喷油压力、高喷射速度作用下,喷雾火焰浮起长度明显延长,而着火延迟期变化较小.

介孔Pt/MoSAPO-11-M催化剂在正十二烷临氢异构化反应中的催化性能

以二正丙胺为结构导向模板剂、有机硅季铵盐为介孔模板剂,采用水热法合成金属Mo掺杂介孔SAPO-11得到MoSAPO-11-M沸石,并以其为载体负载Pt制备Pt/MoSAPO-11-M催化剂。采用XRD、N 2吸附-脱附、NH 3-TPD、吡啶吸附红外光谱、H 2-TPR、SEM和TEM等手段对沸石及催化剂进行表征,并考察Pt/MoSAPO-11-M催化剂作用下正十二烷临氢异构化反应性能。结果表明:不完美球形的MoSAPO-11-M沸石的外表面积(123 m^(2)/g)和总酸量(266μmol/g)均高于球形形貌的微孔SAPO-11沸石(51 m^(2)/g和163μmol/g),而且MoSAPO-11-M沸石具有更多的Bronsted酸位点;Pt/MoSAPO-11-M催化剂上Pt的平均颗粒尺寸为2.61 nm,小于Pt/SAPO-11催化剂(4.30 nm);在反应温度340℃、反应压力2 MPa、氢气与正十二烷体积比600、质量空速2.25 h-1条件下,Pt/MoSAPO-11-M催化剂作用下正十二烷转化率92.8%、异构化选择性92.2%以及双支链异构体的选择性38.7%。

正十二烷高温燃烧机理的构建及模拟

基于燃料燃烧反应机理的计算机自动生成方法,构建了正十二烷高温燃烧的详细反应机理;分别采用物质产率分析和反应路径流量分析方法对详细机理进行简化,得到包含202个物种、738步反应的半详细机理和53个物种、228步反应的骨架机理;对正十二烷点火延时、高温裂解以及层流火焰速度的模拟结果表明半详细机理和骨架机理具有很高的模拟精度,在工程计算流体力学仿真设计中有很好的应用前景.最后分析了正十二烷高温燃烧的反应路径,并对点火延时做了敏感度分析,考查了机理中的关键反应.

SAPO-11分子筛改进合成及正十二烷加氢异构化性能

用二乙胺作模板剂 ,在较短晶化时间的水热条件下合成出不同Si Al比的SAPO 11样品 .Si Al比升高 ,结晶度下降 ,晶粒变小 .2 9SiNMR谱表明Si Al比为 0 .33的SAPO 11的SAPO区与Si区的交界区明显扩大 ,与之对应的NH3 TPD也表明有较高的中强酸 弱酸比例 .样品担载Pd后对正十二烷的加氢异构化反应表明 ,交界区扩大的Si Al=0

AlMCM-41负载Ni催化剂的正十二烷加氢转化反应性能研究

采用N2 脱附、XRD ,NH3 TPD和H2 TPR等手段表征中孔分子筛AlMCM 41负载Ni催化剂 .结果表明 ,AlMCM 41负载Ni后会导致中孔分子筛骨架部分塌陷 ,孔道有序度降低 ,而且 ,Ni与载体的相互作用随着载体中铝含量的增加而增强 .此外 ,催化剂的表面酸性以弱酸和中强酸为主 .正十二烷加氢转化反应评价表明 ,在催化剂Si/Al比为 17.4～ 3 8.7范围内 ,随着铝含量的减少 ,氢解副反应加剧 ,正十二烷的转化率逐渐升高 ,异构选择率则以先增加后减小的趋势变化 ,在Si/Al =2 3 2时达到最大值 .当Si/Al比为 17.4时 ,催化剂的酸 /金属功能呈现较好的匹配 ,正十二烷裂解产物以C6为中心呈对称分布且i/n (C4～C9)

正十二烷高温燃烧详细化学动力学机理的系统简化

采用详细化学反应动力学机理的系统简化方法,以典型航空燃料的替代组分正十二烷为研究对象,开展了正十二烷高温燃烧化学动力学机理的系统简化.首先采用多步直接关系图法(DRG)和基于计算奇异值摄动法(CSP)重要性指标的反应移除方法对由1279个组分,5056个基元反应组成的正十二烷燃烧详细机理进行框架简化,得到了包含59个组分,222个基元反应的框架机理;进一步采用CSP对框架机理进行时间尺度分析,选出了10个准稳态物种,采用准稳态近似方法(QSSA)构建了包含49个组分的全局简化机理.计算结果表明,在较宽的参数范围内,框架机理和全局简化机理均能够重现正十二烷详细机理在高温燃烧的点火延迟时间、熄火以及物种浓度分布等方面的模拟结果.

硅烷化处理对Pt/SAPO-11催化正十二烷临氢异构化反应性能的影响

利用X射线衍射、N2物理吸附与NH3-程序升温脱附等手段以及异辛烷加氢裂化探针反应研究了硅烷化处理对Pt/SAPO-11催化剂结构和酸性的影响,并考察了催化剂对正十二烷临氢异构化反应的催化性能.结果表明,硅烷化处理有效清除了样品外表面的酸性位,减少了发生在外表面的非选择性裂化反应.硅烷化处理后,催化剂对单支链异构体的选择性明显提高,尤其对单支链端甲基异构体的选择性显著提高,但催化剂的总体异构化选择性有所降低.硅烷化处理可能造成催化剂的孔口窄化,从而提高单支链异构体的选择性,但同时也导致其微孔孔道内裂化反应的增多.

MgAPO-11分子筛的合成及Pt/MgAPO-11在正十二烷临氢异构化反应中的催化性能

采用常规水热合成法合成了系列MgAPO-11分子筛,考察了晶化时间、P/Al投料比和Mg源对MgAPO-11分子筛的物相、酸性以及Pt/MgAPO-11催化正十二烷临氢异构化反应性能的影响.分别用X射线衍射、X射线荧光光谱和NH3程序升温脱附测定了样品的晶相、Mg含量和酸性质.结果表明,合成条件影响着合成产物的晶相组成、Mg含量及酸性质,从而影响到Pt/MgAPO-11在正十二烷临氢异构化反应中的催化性能.反应结果显示,Pt/MgAPO-11催化剂的催化活性与MgAPO-11分子筛的强酸位数目密切相关.较短的晶化时间、合成凝胶的P/Al摩尔比为1·0以及使用Mg(NO3)2为Mg源有利于提高MgAPO-11的强酸位数目,从而提高Pt/MgAPO-11的催化活性.

供氢剂和结焦抑制剂对正十二烷超临界热裂解沉积的影响

选用航空燃料的主要成分正十二烷为探针燃料,考察了超临界反应条件下供氢剂、结焦抑制剂以及二者组成的复合添加剂对碳氢燃料热裂解沉积的影响。结果表明,供氢剂苯甲醇、四氢萘以及四氢萘/四氢萘酮二元供氢剂均能在一定程度上抑制正十二烷的裂解;其中四氢萘/四氢萘酮二元供氢剂效果较好,在相同裂解率下,比纯正十二烷的稳定温度高出43℃。结焦抑制剂二苯硒、二苯二硒都能明显减少正十二烷的热裂解沉积,二苯二硒降沉积效果更好。复合添加剂比单一试剂效果更明显,二元供氢剂与二苯二硒的复合添加剂可减少77.5%的裂解沉积。

氧载体正十二烷对灵芝三萜液态深层发酵的影响

为了有效的提高灵芝(Ganoderma lucidum)菌丝体液态深层发酵合成灵芝三萜的能力,研究了氧载体正十二烷对灵芝三萜发酵的影响。以灵芝三萜浓度为指标,采用单因素实验对正十二烷的添加量和添加时间进行初步确定,再利用中心组合设计对灵芝菌丝体液态深层发酵中氧载体正十二烷的添加工艺进行优化。结果表明,在发酵的第25.63小时添加29.85mL/L的正十二烷,灵芝三萜浓度理论值为0.84g/L,在500mL摇瓶和5L发酵罐中验证,得到灵芝三萜的浓度分别为0.85g/L和0.88g/L,相比对照组分别提高了578%和398%。

正十二烷—二氧化碳溶气燃油雾化喷射相变过程的研究

二氧化碳溶气燃油喷射产生的闪急沸腾,可以显著改善喷雾特性,同时降低柴油机氮氧化物和碳烟微粒的排放。其闪急沸腾过程实际涉及到混合体系的相变过程,但是现有相关的研究很少。在相平衡理论基础上进行了正十二烷与二氧化碳二元混合体系相变特性的研究,深刻地揭示溶气燃油喷射过程的相变对闪急沸腾的作用。

正十二烷在Pt/ZSM-22和Pt/ZSM-23上的加氢异构反应性能

采用常规水热合成法合成了ZSM-22和ZSM-23分子筛,进而制备了分别含有上述分子筛的催化剂,并借助XRD、SEM、NH3-TPD和Py-IR表征了这两种分子筛和催化剂的结构和酸性,同时以正十二烷为模型化合物,采用固定床反应器研究了Pt/ZSM-22和Pt/ZSM-23催化剂上正十二烷加氢异构反应性能。结果表明,在这种模型反应基础上,催化剂的反应活性和选择性主要取决于催化剂的酸量和酸强度以及酸分布,相对而言,ZSM-22分子筛催化剂由于其弱酸和中等强度酸的含量较高,具有更佳的异构化选择性。