乙醇-生物柴油燃燒過程試驗研究與理論分析.pdf

1、乙醇和生物柴油作為柴油機的替代燃料，得到了越來越廣泛的關注和應用。乙醇、生物柴油與柴油的組成、分子結構不同，理化特性存在差異。這些燃料的理化特性也會影響燃燒過程和燃燒產物。論文圍繞含氧燃料和石化燃料的燃燒過程及其生成的顆粒物開展了研究工作，針對乙醇、生物柴油與柴油的組分和分子結構特點，采用分子雜化軌道理論，運用相似相溶和溶劑化觀點，對生物柴油可以提高乙醇與柴油互溶的機理進行了解釋;從極性作用力的角度，探討了乙醇、生物柴油對柴油機橡膠燃油

2、管的腐蝕機理。在含氧燃料燃燒過程的的研究中，采用同步輻射燃燒試驗裝置、預混燃燒器、柴油機臺架裝置，研究含氧燃料不同燃燒方式的燃燒速率、溫度、產物，示功圖等的變化規(guī)律;針對含氧燃料燃燒方式的不同，建立了仿真模型，研究含氧燃料燃燒過程中自由基的變化特征、中間產物的生成特性及含氧燃料中氧元素的遷移路徑;開展了含氧燃料分子結構特征與燃燒產物形成機理的研究;采用掃描電鏡和同步輻射小角X散射裝置表征了乙醇和生物柴油燃燒顆粒物的幾何尺寸和微區(qū)結構。主

3、要結論如下:
　　 對不同溫度、不同比例的乙醇在柴油中的溶解進行了試驗研究，采用生物柴油做為助溶劑，探討了生物柴油增大乙醇在柴油中的溶解機理，結果表明:生物柴油分子一方面與柴油分子中的烴分子通過范德華力作用結合，另一方面通過極性分子作用與乙醇分子結合，結果表明生物柴油具有兩向親和作用，可以增大乙醇在柴油中的溶解能力。
　　 對柴油機燃油供給系中主要材料丁腈橡膠的腐蝕溶脹進行了研究，采用浸泡和電鏡掃描的試驗方法，考察了橡膠

4、管在乙醇、生物柴油中浸泡672小時前后的質量、體積、硬度等參數(shù)的變化，拍攝了橡膠管內表面照片，并與柴油進行了對比，分析分子極性作用力在燃油和橡膠中的作用過程。結果表明:含氧燃料對丁腈橡膠有腐蝕溶脹作用。乙醇的極性最強，對丁腈橡膠的腐蝕最為強烈，提出了燃料分子的極性力是造成含氧燃料腐蝕柴油機燃油橡膠管的觀點。
　　 應用同步輻射燃燒試驗、常溫常壓預混和柴油機臺架的試驗方法，研究了不同壓力、不同當量比、不同摻混比乙醇、生物柴油的燃燒

5、過程，并與燃用柴油的燃燒過程進行了比較;分析了添加乙醇、生物柴油對柴油機燃油過程及產物的影響，通過試驗研究得到:燃料和空氣混合的方式不同，當量比不同，燃燒速率就有區(qū)別，乙醇可以增大乙醇/柴油燃燒速率;乙醇的預混燃燒外焰、中焰、內焰溫度分別是擴散燃燒的1.8、1.5、1.96倍，乙醇、生物柴油在柴油機上燃燒降低顆粒物的效果明顯，對NOx的影響較小。
　　 運用層流預混火焰反應器模型，提出了從化學反應動力學角度，采用反應生成率和敏感

6、性分析方法，考察了柴油、乙醇和生物柴油的主要反應路徑、自由基和中間體的生成特性，重點研究了含氧燃料中o元素的遷移途徑，探討了生物柴油燃燒過程中甲酯基的裂解路徑。結果表明:燃料燃燒產物中烯烴的摩爾分數(shù)大于同類的烷烴和炔烴，提出了乙醇燃燒過程中，乙醇分子經(jīng)過脫氫、裂解，最終生成H2o、CO的觀點;也提出了大分子生物柴油甲酯基在自由基的進攻下，不同位置失去氫原子轉化為不同的甲酯基，進一步失去C2H4生成奇數(shù)碳和偶數(shù)碳的裂解產物，奇數(shù)碳甲酯基燃

7、燒產物摩爾分數(shù)大于偶數(shù)碳甲酯基的觀點。
　　 考察了不同含氧量混合燃料的HCCI燃燒，探討了溫度、自由基摩爾分數(shù)隨含氧量的變化規(guī)律。研究表明:曲軸轉角上止點附近，自由基迅速生成并快速消耗，反應放出大量的熱，溫度迅速升高。隨摻混含氧燃料比例的增大，缸內溫度下降，自由基摩爾分數(shù)峰值依次后移。
　　 研究了乙醇和其同分異構體二甲醚的預混燃燒過程，確定了燃燒過程中乙醇和二甲醚的反應速率，烯烴、炔烴的關鍵生成反應，結合了乙醇和二甲

8、醚的分子結構特點，確定了乙醇可以直接裂解生成C2H4，二甲醚先經(jīng)過脫氫，碳氧鍵斷裂，最終聚合為C2H4的衍生過程，對乙醇和二甲醚中影響C2H4的敏感性進行了詳細的解釋。
　　 通過分析生物柴油裂解的路徑、芳香烴苯的形成過程，結合生物柴油分子的結構特點，提出了從化學動力學方面，考察生物柴油芳香烴物質形成過程的影響因素，探討了生物柴油的含氧量、飽和度、碳鏈長度對苯的影響規(guī)律。
　　 采集了常溫常壓下的不同比例的乙醇/生物柴油