混合比对正丁醇/柴油混合燃料HCCI发动机燃烧特性的影响

以1台水冷、自然吸气双缸柴油机的2#缸改造成的HCCI发动机为试验对象,研究混合比对正丁醇/柴油混合燃料HCCI发动机燃烧特性的影响.利用发动机台架,采用不同混合比燃料依次进行试验,对比分析了正丁醇/柴油混合燃料HCCI发动机在转速为1 000r/min、过量空气系数为2.5、进气温度为140℃下的缸内压力、压力升高率、燃烧放热率、缸内温度、循环变动系数等参数.结果表明:混合比对HCCI发动机燃烧特性影响很大;随混合比升高,峰值缸内压力、峰值压力升高率和最大燃烧放热率先升高后降低且峰值出现时刻滞后;缸内温度下降,峰值压力循环变动系数先降低后升高,指示热效率升高但不显著.

正丁醇/生物柴油混合燃料的中低温着火特性

通过一台新开发的超高压快速压缩机,进行了不同比例的正丁醇/生物柴油混合燃料在当量比为0.3~1.0、压力为1~6MPa以及温度为700~975 K条件下的自着火特性研究.结果表明:混合燃料的着火延迟时间随着温度、压力和当量比的升高而减小.此外,混合燃料的着火延迟时间随着正丁醇比例的增加而增大,但随着温度的升高,着火延迟时间对正丁醇的比例不敏感.采用已有的详细动力学模型进行了模拟研究并与试验结果进行了对比.通过对正丁醇/生物柴油自着火特性的化学动力学分析,研究了自着火过程中正丁醇和生物柴油之间的化学相互作用.结果表明:正丁醇的加入极大程度抢夺了生物柴油低温反应产生的自由基,削弱了生物柴油的低温反应路径.

EGR技术对生物柴油混合燃料发动机性能的影响研究

为缓解柴油掺烧生物柴油导致的NO_(x)排放过高问题,将4190ZLC船用中速柴油机作为试验台架,通过AVL_FIRE软件建立燃烧室模型,并验证该模型准确性。设置生物柴油掺混比0~40%等4组变量,EGR率0~12.5%等4组变量,进行柴油机燃烧、性能和排放分析。结果表明,掺烧适量生物柴油能够降低柴油机缸内温度,降低Soot排放,但同时会导致NO_(x)排放明显升高;EGR的引入能够实现低温燃烧,显著降低NO_(x)排放,但EGR率过高会增加Soot排放。生物柴油掺混比B40、EGR率12.5%组合NO排放比原机降低47.7%,Soot排放质量分数比原机降低98.13%。本文结果将为柴油掺混生物柴油燃烧并结合EGR技术提供一定的研究方向。

柴油、正丁醇及其混合燃料单液滴蒸发特性的试验

为了探明添加正丁醇对柴油蒸发特性的影响,采用石英丝挂滴技术研究了不同温度下正丁醇、柴油及其混合燃料的蒸发特性,并利用高速摄像技术记录了液滴蒸发过程中直径和形态的变化.研究表明:与柴油两阶段蒸发特性相比,正丁醇瞬态加热阶段较短,正丁醇比柴油蒸发快,且提高环境温度可以降低正丁醇与柴油蒸发特性的差异性.正丁醇/柴油混合燃料比柴油蒸发快,正丁醇添加主要影响柴油蒸发过程的前阶段.高温下,与柴油相比,正丁醇/柴油混合燃料的蒸发特性发生根本变化,其蒸发过程呈现三阶段蒸发特性,液滴出现气泡生成、膨胀和喷气现象,液滴直径波动剧烈,这是由于正丁醇/柴油混合燃料沸点差异性导致的.

生物柴油-乙醇和生物柴油-甲醇混合燃料排放特性

为实现双碳目标,国家加大了汽车尾气治理力度,在此环境下生物质燃料开始和柴油进行混合,成为降低柴油发动机尾气污染排放的主要举措。文章将通过对生物柴油基本情况的介绍,对生物柴油-乙醇以及生物柴油-甲醇基本情况展开分析,进而通过实验,对生物柴油-甲醇和生物柴油-乙醇混合燃料排放特性展开深层次探讨。旨在明确混合燃料排放特性,为混合燃料生产以及后续使用等提供支持。

柴油机燃用柴油/正丁醇混合燃料的经济性与排放特性

针对日益严峻的能源及环境污染问题,通过发动机台架试验,在一台增压电控高压共轨柴油机上,研究了正丁醇体积掺混比分别为0%、5%、10%、15%和20%的柴油/正丁醇混合燃料对柴油机经济性和排放特性的影响。研究结果表明:当转速为2 000 r/min时,相同负荷下油耗率随着正丁醇掺混比的增加而增加;转速为3 200 r/min时,正丁醇体积掺混比为5%时的燃油消耗率最低,当体积掺混比大于5%时,相同负荷下油耗率随着正丁醇体积掺混比的增加而增加;在相同转速下,排气温度随着正丁醇体积掺混比的增加而降低;当正丁醇体积掺混比小于15%时,随着正丁醇体积掺混比的增加,HC排放明显降低,CO排放在大负荷时降低、中小负荷时增加,但NOX排放量在高速及大负荷时增加,低速小负荷时略有降低。

柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性试验研究

在高压共轨燃油喷雾试验台上对正丁醇体积掺混比分别为0%,5%,10%和20%的柴油-正丁醇混合燃料的宏观喷雾特性进行了研究。结果表明:在相同共轨压力下,随着背压的增加,喷雾锥角增大,喷雾贯穿距减小;在相同背压下,随着共轨压力的增加,喷雾贯穿距和喷雾锥角均逐渐增大,但当共轨压力增大到110 MPa时,二者不再增大;在相同背压和相同共轨压力下,喷雾贯穿距和喷雾锥角随着正丁醇比例的增加逐渐增大,说明在柴油中混合一定比例的正丁醇可以提高燃料的雾化质量。

Fischer-TroPsch柴油与正丁醇混合燃料的非常规排放特性

为了分析F-T柴油及其与正丁醇混合燃料对柴油机非常规排放特性的影响,以0~#柴油、F-T柴油及F-T柴油正丁醇混合油为燃料,在增压中冷四缸柴油机上进行了外特性试验;并利用FTIR多组分气体测试仪检测柴油机的甲醛、1,3-丁二烯、二氧化碳(CO_2)、一氧化二氮(N_2O)和甲醇等非常规排放特性。分析结果表明:与柴油相比F-T柴油及其混合燃料可以降低甲醛、1,3-丁二烯、CO_2和N_2O四种非常规排放,甲醇排放略有升高未超过3.11×10^(-6)(ppm),随着正丁醇掺混比例的增加甲醛、1,3-丁二烯、CO_2、N_2O降低的幅度增大,甲醇排放降低。F-T柴油及其混合燃料可以降低柴油机的非常规排放,是煤基和生物质燃料组成的新型替代燃料。

EGR对正丁醇-柴油混合燃料燃烧和排放的影响

依据发动机台架试验数据,利用Fire软件建立计算模型,并验证了模型的准确性,研究了不同比例的正丁醇-柴油混合燃料在不同EGR率下的燃烧和排放特性。研究结果表明:通过向柴油中掺混正丁醇可以加快燃烧速率,改善EGR对燃烧过程带来的负面影响;采用较高的EGR率,可以抑制NO_x的生成,但混合燃料携氧燃烧,对NO_x的生成有促进作用,但总体来说NO_x的最终生成略有降低;Soot的最终生成量随着EGR率的增大而增加,通过添加含氧燃料可以有效地降低Soot的最终生成。

室温下正丁醇作为乙醇-柴油混合燃料助溶剂的试验研究

通过对正丁醇作助溶剂的乙醇-柴油混合燃料的相关试验研究,力求找到合适的助溶剂配比比例,为乙醇—柴油混合燃料的稳定性及推广做贡献。试验证明,以正丁醇为助溶剂的乙醇—柴油的混合燃料可以用做柴油机的代用燃料。

乙醇-正丁醇-柴油混合燃料的互溶性试验研究

选择正丁醇作为助溶剂添加到乙醇-柴油中进行相溶性试验,绘制乙醇-正丁醇-柴油在不同温度下的溶解度曲线,研究正丁醇添加量和含水体积分数对混合燃料稳定性的影响。研究得到正丁醇作为乙醇-柴油混合燃料添加剂的合理添加范围:若要满足十六烷值大于40,乙醇的体积掺混比极限值为20%,此时为保持燃料混合均匀,只需加入5%的正丁醇即可。混合燃料中每多溶解0.1%体积的水,需要使温度升高20℃左右或者多添加2%正丁醇。

柴油-甲醇-正丁醇混合燃料对柴油机排放性能的影响

以正丁醇作为助溶剂,形成柴油甲醇正丁醇混合燃料,并将混合燃料在单缸四冲程柴油机上进行试验研究,探究混合燃料对柴油机排放特性的影响。试验所用的混合燃料中醇类的体积比为5.09%、9.82%、14.66%和19.35%,其中甲醇在混合燃料中所占体积比为2.51%、5.01%、7.53%和10.08%,正丁醇在混合燃料中所占体积比为2.67%、4.81%、7.13%和9.27%。研究表明:燃用混合燃料柴油机有效燃油消耗率、热效率分别增加0.18%~4.08%和0.28%~3.54%;输出功率、输出转矩分别下降0.75%~11.37%和1.42%~25.03%;CO、NO、NO x等常规气体排放、PM 2.5排放分别下降2.76%~45.15%、3.55%~29.21%和3.55%~20.03%;但柴油中添加醇类燃料会导致甲醛、乙醛及挥发性有机化合物等非常规排放分别上升2.78%~60.53%、5.15%~63.81%和3.75%~45.49%;柴油机燃用混合燃料PM 2.5排放降低7.09%~48.94%。综上所述,柴油机燃用柴油与醇类燃料形成的混合燃料可以实现在降低NO x排放的同时降低PM 2.5排放。

地沟油生物柴油与正丁醇/乙醇混合燃料燃烧火焰特性

为研究不同配比下生物柴油混合燃料燃烧特性,设计了一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统,该系统可产生生物柴油及其混合燃料层流预混火焰,结合OH-PLIF平面激光诱导荧光技术测定并分析燃烧火焰的高度和锋面面积以及层流预混火焰的传播速度和OH-PLIF总信号强度等燃烧特性.结果表明随着正丁醇或乙醇添加比例的增大,两种混合燃料燃烧火焰高度、火焰锋面面积呈下降趋势;火焰传播速度呈上升趋势.在混合燃料中,正丁醇的体积分数越大,燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越大,而乙醇的体积分数越大,混合燃料燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越小.

掺混含氧燃料对混合燃料喷射特性的影响研究

为探究添加含氧燃料对燃料喷射特性的影响,将体积分数均为50%的聚甲氧基二甲醚(PODE)和正丁醇掺混于柴油制得PODE-柴油混合燃料和正丁醇-柴油混合燃料,标记为P50和B50。在高压共轨试验台上使用基于冲量法的喷射特性测试系统,研究了柴油、PODE-柴油混合燃料、正丁醇-柴油混合燃料三种燃料在多种工况下的喷射特性差异。结果表明,掺混含氧燃料对喷油速率有较大的影响:P50的体积流量小于柴油,而质量流量则相反;B50和柴油的喷油速率在低压下差异很小,但当压力升高至130 MPa时,二者的喷油速率差异明显;相同脉宽及喷射压力时与柴油相比,循环喷油量以体积计,B50大于柴油且差距随压力上升而增大,而P50则低于柴油且差距随压力上升而缩小;循环喷油量以质量计,P50和B50均高于柴油且差异率随压力上升而增大,但B50和柴油差异率的上升幅度比P50小;以喷射能量计,除小脉宽工况外,B50和P50的喷射能量均小于柴油,喷射能量由大到小排序为柴油、B50、P50。

正丁醇燃料特性对柴油机低温燃烧影响的机理

在一台单缸柴油机上,将20%体积分数的正庚烷、异辛烷和正丁醇分别与柴油进行掺混燃烧,研究了正丁醇沸点、燃料组分、十六烷值和含氧特性等理化特性对柴油机低温燃烧(LTC)的影响机理.结果表明,十六烷值是影响LTC燃烧特性的主导参数,柴油+正庚烷和柴油+异辛烷的燃烧特性分别与纯柴油和柴油+正丁醇接近.碳烟排放上,柴油+正庚烷与纯柴油差别很小,表明在20%掺混条件下,物理特性和燃料组分对LTC碳烟排放影响较小;柴油+异辛烷的碳烟排放较纯柴油降低明显,表明十六烷值是影响LTC碳烟排放的重要因素;柴油+正丁醇的碳烟排放比柴油+异辛烷有较大降低,表明正丁醇含氧特性对改善LTC碳烟排放具有重要作用.燃料理化特性对NOx、CO和HC等气体污染物排放影响较小.

丁醇柴油混合燃料在轻型车模拟工况试验研究

通过模拟2种整备质量柴油轻型车在整车运转循环中的运行,计算出典型发动机工况并进行了丁醇柴油混合燃料影响的台架试验。试验结果表明:柴油轻型车可以燃烧30%丁醇体积比例的丁醇柴油混合燃料,其燃油经济性所受影响不超过7%;轻型车整备质量明显影响发动机运行工况,导致其排放受丁醇比例的影响呈现不同的变化规律;丁醇柴油混合燃料的使用不会导致柴油轻型车HC的过度排放,但使CO排放恶化,特别对质量较小的轻型车。此外,丁醇的加入虽然使有些工况NOx排放小幅度增加,但柴油机烟度排放明显降低,为采用EGR手段降低柴油轻型车原始NOx排放腾出了更大的EGR率提升空间。

直喷汽油机燃用高比例正丁醇-汽油混合燃料的燃烧特性

在一台增压直喷汽油机上,进行了不同调和比例正丁醇-汽油混合燃料的燃烧特性研究,特别针对高比例正丁醇-汽油混合燃料(丁醇体积分数为40%,)进行燃烧特性研究.结果表明,在相同负荷下,与汽油和低比例正丁醇-汽油混合燃料(丁醇体积分数为15%,)相比,高比例混合燃料的滞燃期和燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和瞬时放热率峰值升高,同时主放热时刻提前,燃烧反应速度加快;此外,高比例正丁醇-汽油混合燃料的燃烧稳定性增强,但抗爆震能力减弱;尽管其燃油消耗率有所升高,但有效热效率得到改善.

正丁醇/柴油调和燃料的蒸发雾化特性研究

将正丁醇和柴油以一定比例进行调和,测定了燃料的运动黏度、馏程、密度、闭口闪点、十六烷值、热值等蒸发雾化特性,并根据试验数据及三维数值模拟,分析了燃料射流在内燃机燃烧室内的雾化液滴直径、喷雾穿透距离及射流的湍流动能和耗散率,并进行了雾化特性之间的相关性分析。研究结果表明:调和燃料的蒸馏特性中10%馏点出现大幅提前,95%馏点相差不大,密度、低热值与掺混比例呈现线性下降趋势,运动黏度、闭口闪点、十六烷值在掺入少量正丁醇时下降明显,随着掺混比增大下降趋势趋于平缓。雾化特性的雾化液滴直径和湍流动能随掺混比例增加呈现减小趋势,而射流的高速扩展区面积及平均耗散率增大。蒸发雾化特性中运动黏度、密度和50%蒸馏点对燃料的雾化结果影响较大,而雾化结果中的液滴直径受燃料特性的影响较大,闭口闪点、十六烷值、热值对雾化的影响相对较弱。

废气再循环对丁醇/柴油混合燃料发动机的影响

对按特定比例混合制得的具有不同着火性的丁醇/柴油混合燃料的燃烧及排放特性进行了试验研究,分析了丁醇掺混比例、废气再循环量等参数对发动机燃烧和排放的影响规律。试验结果表明:随着丁醇比例的增大,发动机滞燃期延长,预混合燃烧量增大,燃烧定容性有所改善;混合燃料配合使用废气再循环能够实现NOx和烟度的同时降低,但在一定程度上会导致发动机的动力性和燃油经济性变差。通过合理调整燃烧相位与废气再循环(EGR)率的匹配关系,能够在较低的总体排放水平下,恢复因燃用醇类燃料造成的动力性损失,提高发动机效率及燃油经济性。

混合正丁醇对生物柴油低温流动性的影响

通过碱催化酯交换法合成了菜籽油甲酯和菜籽油丁酯.合成的菜籽油甲酯和或者菜籽油丁酯分别和不同比例正丁醇混合作为混合燃料,评价正丁醇含量对混合燃料低温流动性的影响.分别考察了浊点、凝点、冷滤点、粘度等影响生物柴油低温流动性的指标.实验表明,正丁醇能够和菜籽油生物柴油以任意比例调和,菜籽油丁酯和正丁醇混合比菜籽油甲脂和正丁醇混合具有更好的低温流动性.