柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响

为了研究柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响,按照中国3号航空煤油(rocket propellant 3,RP3)的掺混比(体积比)分别为20%、40%与60%与国VI柴油进行混合,配制3种具有不同理化特性的柴油-RP3宽馏程混合燃料(D80K20、D60K40与D40K60),并通过台架试验,研究了最大扭矩转速2700 r/min所对应的100%、50%与10%负荷工况(分别记为A、B、C工况)下,D100、D80K20、D60K40和D40K60对柴油机缸内工作过程、排放、颗粒物浓度与粒径分布的影响规律。结果表明,3种工况下,与D100相比,RP3掺混比增加到60%时,缸内最大压力的变化范围小于0.2 MPa,预混燃烧放热率峰值增大13.21~27.43 J/°CA,滞燃期延长2.19~2.53°CA,燃烧持续期缩短1.73~1.91°CA,预混燃烧累积放热百分比增加4.66%~5.28%,缸内最高温度的上升幅度小于35 K,与放热率峰值和最大燃烧压力相对应的曲轴转角后移1.67~2.23°CA,有效热效率上升0.15%~0.46%。柴油-RP3宽馏程混合燃料能够显著降低柴油机碳烟排放,并且降低效果随着柴油机负荷的增加和RP3掺混比的增大更加明显,但对NOX排放没有明显的影响,与D100相比,柴油机在3种工况下燃用D40K60时的碳烟排放分别降低53.6%、44.1%、35%,NOX排放的上升幅度均小于2%,核态颗粒物数量浓度上升12.5%~90.6%,积聚态颗粒物数量浓度、颗粒物总数量浓度、颗粒物表面积浓度和总质量浓度分别降低20.1%~45.8%、14.2%~42.1%、32.5%~41.6%、28.5%~38.8%,且积聚态颗粒物的粒径朝小粒径方向移动。试验结果表明,柴油-RP3宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放有重要的影响,能明显改善柴油机碳烟与NOX排放之间的trade-off关系,并且在降低柴油机颗粒物总数量浓度、总质量浓度以及表面积浓度方面具有较为显著的效果,有利于降低柴油机DFP载体上的颗粒物堆积、延长DFP再生周期。

柴油机燃用菜籽油-柴油混合燃料的试验研究

文章在一台双缸直喷柴油机上开展了燃用菜籽油-柴油混合燃料时的发动机性能、燃烧和排放特性研究,并与燃用柴油时相比较。研究结果表明:当菜籽油的掺混比(体积分数)不大于20%时,混合燃料的运动粘度和密度接近于柴油;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间与柴油几乎相同,但缸内压力峰值和放热率相对较高;在高负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间略早于柴油,特别是VD50;在低负荷工况下,燃用VD50时的燃油消耗率最高,有效热效率最低;随着发动机负荷的逐渐增加,燃用混合燃料与柴油时的燃油油耗率差异逐渐减小,有效热效率也不断提高;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的碳烟排放量较高,高负荷时则与之相反;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的NOx排放量略低于柴油,高负荷时则几乎相同;在整个负荷范围内,燃用混合燃料时的CO和HC排放量均较高。

掺混比例对航空煤油/柴油的着火和碳烟排放影响

航空煤油/柴油掺混作为一种典型的宽馏程燃料,具有提升着火能力、改善低温冷起动并对柴油机结构可靠性影响较小等潜在性能.基于电加热定容燃烧弹,耦合纹影法、广域低通化学发光法和高频背光消光法等光学诊断方法,研究了不同航空煤油掺混比例对航空煤油RP-3/柴油掺混燃油喷雾、着火和碳烟排放特性的影响.结果表明:在航空煤油中掺烧柴油,有利于提高掺混燃油的着火能力,但同时也会提高碳烟排放,产生明显的红外信号.随着柴油掺混比例的增加,冷态喷雾体积几乎没有变化,但在高温蒸发环境下,喷雾锥角及体积均略微下降.添加25%(体积分数)的柴油可明显缩短着火滞燃期,且碳烟面积和碳烟质量规律与纯煤油相近,随着柴油组分的进一步增加,碳烟面积和碳烟质量都相应明显增加.此外,掺混25%柴油的航空煤油掺混燃油,可大幅提高燃油的着火性能,且碳烟排放维持在较低水平;航空煤油中添加较少比例的柴油适合在航空发动机中使用,从而成为一种比纯航空煤油更有潜力的单一燃料.

乙醇-柴油混合燃料的理化特性研究

对乙醇 柴油燃料直接影响发动机性能和燃料的使用、存储和运输的几种基本物理化学性质进行了研究。通过对不同比例(乙醇含量分别0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、15%、20%、25%、75%)的混合燃料的密度、粘度、闪点、表面张力、十六烷值、稳定性和磨损性等理化性质的测试和研究,总结出了乙醇含量对混合燃料物性参数的影响规律,归纳出各种参数随温度变化的规律。以密度为特征参数,拟合出混合燃料粘度、表面张力随密度变化的关系,得到了具有较高精度的乙醇 柴油混合燃料的理化特性经验关系式。

ZS1100柴油机燃用甲醇-柴油混合燃料的试验研究

在ZS1100直喷式柴油机上,用自行配制的M15、M30甲醇-柴油混合燃料与纯柴油做了对比试验研究,进行了负荷特性、NOx和碳烟的排放对比试验,还进行了混合燃料的浊点测试和成本估算。研究结果表明,燃用M15、M30甲醇-柴油混合燃料后,发动机可以同时降低NOx排放和碳烟排放;结合成本考虑,比油耗明显下降;动力性几乎不受影响,具有良好的市场前景。

乙醇-柴油混合燃料的应用研究进展

为了有助于开展乙醇-柴油混合燃料在柴油机上的应用研究,本文首先介绍了乙醇的生产原料及其理化特性,分析了乙醇-柴油混合燃料的排放机理,讨论了乙醇-柴油混合燃料的研究进展,指出目前乙醇在柴油机上的混合燃烧主要分为两大类:机内混合与机外混合燃料燃烧。最后重点以清华大学、吉林大学、上海交通大学为例,就各自对乙醇-柴油机外混合燃料燃烧研究的不同“亮点”分别进行论述,指出进一步选择合适的助溶剂以及恰当的着火改进剂等,可使乙醇-柴油混合燃料在柴油机上的应用早日实现。

二甲醚-柴油混合燃料性质的实验研究

对二甲醚—柴油混合燃料影响发动机性能的稳定性、黏度这两种理化性质进行了研究。通过对不同比例混合燃料的互溶性、黏度等理化性质的测试和研究,得出了在二甲醚中掺加柴油不仅能使两种燃料混合均匀、稳定性好,而且可以有效提高燃料的黏度,降低发动机精密偶件的磨损,提高发动机的工作可靠性。

添加乙醚和乙醇对发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料排放性能的影响

研究目的是评估使用乙醚和乙醇作为生物柴油-柴油混合燃料的添加剂时,对直喷式柴油发动机排放特性的影响。测试燃料分别为B30(体积分数为30%的生物柴油和70%的柴油),BE-1(体积分数为5%的乙醚,25%的生物柴油和70%的柴油)和BE-2(体积分数为5%的乙醇,25%的生物柴油和70%的柴油)。结果表明:与B30相比,BE-1的燃油消耗率略低;在发动机大负荷时,BE-1和BE-2排放的烟度急剧减少;BE-2的氮氧化物(NOx)排放量略高,BE-1和BE-2的碳氢化合物(HC)排放量略高,但一氧化碳(CO)排放量稍低。

乙醇-柴油混合燃料的互溶及提高燃值的研究

研究了在常温下含不同乙醇比例的乙醇-柴油对助溶剂庚醇所需量及所需搅拌时间.测定不同比例乙醇-柴油混合燃料的燃烧值,确定乙醇在乙醇-柴油混合燃料的最佳配比.还研究了添加剂二茂铁对乙醇-柴油混合燃料燃烧效率的影响.结果表明:当混合燃料中乙醇含量为12%,庚醇含量为8.69%时,乙醇-柴油混合燃料的燃烧热与相应乙醇和柴油的燃烧热之和相比,热量损失较少,为0.97%.当混合燃料中添加二茂铁含量为0.7%时,燃烧值平均增加0.988%,相应的炭渣残余量最小.

柴油-甲醇混合燃料对发动机性能的影响研究

配制了不同掺混比例的柴油-甲醇混合燃料,运用GT-Power对燃用不同掺混比例柴油-甲醇混合燃料的单缸直喷柴油机的动力性、经济性及排放性进行了仿真研究。结果表明在柴油机基本结构和参数不作改动的前提下,随着混合燃料中甲醇比例的增大,发动机的动力性有所下降,燃油消耗则明显上升,尾气中NOx和CO排放量下降幅度较大。

甲醇-柴油混合燃料发动机喷雾及燃烧过程的数值模拟

分别建立了纯柴油发动机及甲醇-柴油混合燃料发动机喷雾燃烧过程的多维数值模型,并用试验结果对计算值进行了可行性验证。模拟计算结果表明,在不改动柴油机结构的情况下,掺烧15%的甲醇后,滞燃期变长;喷雾贯穿距离缩短,破碎能力增强,油滴索特平均直径也有所降低,这表明掺烧甲醇后具有较好的喷雾均匀性;燃油浓度场均匀性得到改善,与空气混合效果更好;Soot与NO排放均有明显降低。

生物柴油-乙醇-柴油混合燃料的燃烧过程模拟与分析

为了研究生物柴油-乙醇-柴油混合燃料的燃烧特性,使用AVL-FIRE软件对纯柴油和B30E10(含30%体积分数的生物柴油,10%体积分数的乙醇和60%体积分数柴油的生物柴油-乙醇-柴油混合燃料)的缸内燃烧和喷雾过程进行模拟分析,将燃烧室进行切片,比较了两种燃料的速度场、压力场和温度场变化及变化规律。研究结果表明:在燃烧初期,B30E10燃烧比柴油慢,随着燃烧的进行,当燃油堆积于燃烧室凹槽后,B30E10在缸内的燃烧速度、压力和缸内温度均比柴油低。

0#柴油-乙醇-花生油混合燃料的柴油机动力性和经济性研究

根据0#柴油、乙醇、花生油互溶性三相图,配制0#柴油、乙醇和花生油体积比为25∶4∶5的混合燃料。燃用混合燃料的柴油机台架实验表明:燃用0#柴油-乙醇-花生油混合燃料的柴油机应该适当增大柴油机供油提前角。柴油机供油提前角为16.8°时,在小负荷工况下,燃用0#柴油-乙醇-花生油混合燃料的柴油机油耗率明显大于燃用0#柴油的柴油机油耗率,最高达到19.55%;在中高负荷工况下,略低于燃用0#柴油的柴油机油耗率。因此燃用0#柴油-乙醇-花生油混合燃料的柴油机在增大柴油机供油提前角的前提下,在中高负荷工况时的经济性和动力性好于0#柴油。

小分子燃料对RP-3航空煤油燃烧作用的数值研究

为研究小分子燃料对RP-3航空煤油燃烧的影响,选择合理的RP-3航空煤油替代燃料详细燃烧模型开展工作,该模型能够精确预测RP-3航空煤油和小分子燃料的燃烧特性。以六种重要的小分子燃料H2,CH4,C2H4,C2H6,C3H6和C3H8分别与RP-3航空煤油按1:5的比例(摩尔分数)掺混形成的六种混合燃料(Blended Fuel)为研究对象。在当量比为1.0,压力分别为0.1 MPa和1 MPa下系统模拟了RP-3航空煤油及六种混合燃料在高温下的燃烧特性,分析了各种混合燃料的自点火、燃尽时间、绝热火焰温度、熄火温度、组分浓度变化,并结合ROP(Rate of Production)分析方法,分析了小分子燃料对OH自由基生成速率的影响。结果表明,C2H4将RP-3航空煤油的点火延迟时间缩短了近4.6%;C3H6则将RP-3航空煤油的点火延迟时间推后了8.4%;C2H4和H2对RP-3航空煤油的快速点火和稳定燃烧有着积极的作用,其中C2H4的作用最为突出。

乙醇/柴油混合燃料的相溶性及对发动机性能影响的研究

利用助溶剂解决乙醇/柴油的相溶性问题,讨论了混合燃料中乙醇和助溶剂添加量对相溶性的影响,并使用助溶剂体积分数为1.5%、乙醇体积分数分别为5%、10%、15%的混合燃料及-20号纯柴油(分别表示为E5、E10、E15和E0)在发动机台架上进行了性能和排放试验。研究结果表明,柴油的烃组成是决定相分离温度的决定性因素;对全部测试油品,乙醇体积分数在10%、助溶剂添加体积分数为1.5%时,混合燃料相溶性较好。台架试验显示,随着混合燃料中乙醇掺烧比例的增加,发动机的燃油消耗率逐渐增加,而发动机的额定功率和最大扭矩逐渐降低,但最大扭矩降低的幅度较小;此外,随着乙醇掺烧比例的增加,CO比排放量减少,HC、NOx和PM的比排放量逐渐增加,但NOx和PM的比排放量增加幅度不大。10%体积分数的乙醇添加量是乙醇/柴油的最佳掺烧比。

乙醇柴油汽油混合燃料的燃烧与排放特性

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇柴油汽油混合燃料,对比分析了单缸四气门135柴油机燃用不同配比混合燃料时的燃烧与排放特性,同时研究了燃用混合燃料时供油提前角变化和使用HL伞喷油嘴对柴油机性能的影响。结果表明:柴油机燃用适当配比的乙醇柴油汽油混合燃料,动力性、经济性基本保持不变,碳烟和NOx排放显著降低;着火滞燃期延长,缸内平均温度下降,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短;当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时,着火滞燃期进一步延长,油气混合速率和混合气均匀度明显提高,在整个工况范围内,气缸压力和缸内平均温度均较低,碳烟和NOx排放同时降低,其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征。

乙醇-甲酯-柴油含氧燃料对柴油机性能与燃烧特性的影响

在一台四缸柴油机上燃用乙醇-甲酯-柴油混合燃料,使得乙醇含量达到30%.研究了氧含量对柴油机动力性、经济性以及燃烧特性的影响.结果表明,在发动机不做调整的情况下,含氧燃料会使发动机动力有所下降,有效燃油消耗率上升,但等效燃油消耗率基本不变.乙醇含量越多,燃烧滞燃期越长,E20B、E30B的滞燃期比柴油分别长1.2°CA和2.5°CA;燃烧持续期会缩短,全负荷时E10B的燃烧持续期比柴油缩短了5°CA,E30B的燃烧持续期比柴油缩短了10°CA;另外随着乙醇含量的增多,最大爆发压力升高,放热率峰值增大.

柴油机燃用柴油—碳酸二甲酯(DMC)混合燃料时缸内辐射传热的变化

研究了柴油机燃用柴油—DMC混合燃料后由于碳粒生成量减少而引起的缸内辐射传热量的变化以及发动机尾气烟度的变化。结果表明,添加DMC后排气烟度能够得到显著改善,并且存在一个最佳添加比例;同时随着添加比例的提高,缸内辐射传热量有所降低;对比尾气烟度和缸内辐射传热量,可以得到碳烟的生成量与缸内辐射传热量呈正比关系。

乙醇、柴油及其混合燃料的喷雾特性

为了研究乙醇、柴油及其混合燃料的喷雾特性,采用试验和计算的方法获得了乙醇-柴油混合燃料的物性,并将其用于Wave-KH破碎子模型来模拟混合燃料的喷雾过程.模拟结果能够较好地与纹影摄像结果相吻合.研究表明,乙醇及乙醇-柴油混合燃料的喷雾贯穿距小于柴油,喷雾锥角略大于柴油,喷雾形态的分布范围较大,与空气混合更好.

柴油机燃用丁醇-柴油燃料的非常规排放特性

对某共轨柴油机燃用国V柴油(简称D100)、丁醇-柴油混合燃料的CO2,CH4,N2O,SO2和醛类等非常规排放特性进行了研究.在未对原机做任何改动的情况下,分别燃用丁醇体积比为0,10%,20%,30%和50%的5种丁醇-柴油混合燃料,分析比较了不同丁醇-柴油配比对发动机非常规排放的影响.结果表明:共轨柴油机燃用丁醇-柴油混合燃料后,在外特性下,与D100相比,各掺混比的混合燃料CO2、N2O、醛类和SO2排放升高且均随着丁醇掺混比的增加呈升高趋势,CH4整体排放较低;在最大转矩转速1 400r·min-1和额定转速2 200r·min-1负荷特性下,与D100相比,随着负荷的增加,丁醇-柴油混合燃料CO2、N2O、醛类和SO2排放升高,CH4排放在1.0×10-6以内.