柴油机燃用柴油—碳酸二甲酯(dmc)混合燃料时缸内辐射传热和热效率的试验研究

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1、含氧添加剂碳酸二甲酯（DMC）对柴油机缸内辐射传热和热效率的影响摘要：分析了含氧燃料添加剂碳酸二甲酯（DMC）对柴油机缸内辐射传热量以及发动机热效率的影响，DMC含氧量高、沸点低、与柴油在一定比例下能很好的混合，是一种理想的柴油添加剂。结果表明：添加DMC能大幅度降低柴油机的碳烟排放，缸内辐射传热量也因此有所降低，同时发动机的热效率有所提高，添加15%DMC时，燃用混合燃料与燃用纯柴油相比，发动机热效率提高3%左右。关键字：柴油机；含氧添加剂；碳酸二甲酯；辐射传热；热效率引言近几年来，作为城市交通主要动

2、力机械的汽油机的发展潜力已经是十分的有限，而柴油机以其较高的热效率和CO2排放低的特性越来越受到人们的重视。同时，研究发现，在柴油中添加DMC后，能有效改善柴油机的性能和排放[1][2]，其中碳烟/颗粒排放降低效果尤为明显，同时也对柴油机的传热产生了影响[3]。碳酸二甲酯（DimethylCarbonate）具有高的含氧量（53.3%），在一定的比例下不需助溶剂就能与柴油很好的混合（但不能互溶）。含氧燃料的添加能够改善燃烧，使燃烧更充分，特别在燃油浓度高的区域,提高了氧的含量,促进燃料燃烧，碳烟的生成及

3、排放也随之大大降低，从而使缸内辐射传热量减少，提高了发动机热效率。本文测试了纯柴油和含添加剂DMC的柴油机的尾气排放，并通过辐射传感器测量了柴油机燃用DMC柴油混合燃料后缸内辐射传热量的变化，研究了发动机热效率和辐射传热量变化之间的关系。81.DMC的物化特性碳酸二甲酯（DMC）是二甲醚（DME）的下游产品，是由H2和CO合成的：3H2+3COCH3OCH3+CO2CH3CO3CH3（DME）（DMC）表1几种常见的含氧燃料的物化特性燃料物化特性柴油DMC甲醇甲缩醛乙醇分子式C10-21C3H6O3CH

4、3OHC3H8O2CH3CH2OH分子量190-220903276.1046含氧量（%）053.35042.134.73密度（kg/m3）83-8601079792859.3789.3沸点（℃）180-3608064.542.378.4自燃温度（℃）250-350-470237434理论空燃比14.3-14.64.596.45-8.45可燃极限（%vol）0.6-6.5-7.3-36.9-3.5-18.0十六烷值40-5535-363-5308低热值（MJ/kg）42.515.7819.9222.426

5、.78气化潜热（J/kg）250-3003691088385854从表１中可以看出DMC的特性如下：1）含氧量高达53.3%，能较大幅度的降低柴油机的碳烟排放；2）沸点低，易挥发，有助于燃料的物化和混合；3）十六烷值低，但研究表明，混合燃料的十六烷值对DMC的含量并不敏感；4）低热值比柴油低，在相同工况下需要加大循环供油量。81.试验装置和设备实验是在一台TY1100型柴油机上进行的，其主要技术参数为：缸径100mm；行程115mm；压缩比18；ω型燃烧室；标定转速为2300r/min；12小时功率为1

6、1kw。图1为实验测量装置图。TY1100发动机稳压箱燃油箱冷却水箱上止电信号传感器Cs22125动态测试分析仪电力测功机FC2010发动机测控仪FC2020油门励磁驱动单元排气道图1试验台架简图压力传感器热辐射传感器冷却水系统电位差计进气道3.辐射传感器1冷却水管2热电偶导线3冷却水腔4探测体5石英玻璃6窗口图2辐射传感器机构示意图辐射是电磁波传递能量的现象，由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射，内燃机气缸内的一般分为气体辐射和火焰辐射，相对于火焰辐射，气体辐射可以忽略不计，而火焰辐射的大小又与缸

7、内的碳粒浓度成正比关系[4]。8图2示出了辐射传感器的结构示意图，图中石英玻璃厚度1mm,在有效隔绝探测体与缸内气体对流换热的同时，保证了辐射传热的顺利进行。热辐射透过石英玻璃传到测温元件上，测温元件与石英玻璃窗之间留有的一小空隙可以进一步减弱导热的影响。为使测温元件所吸收的辐射热量能够沿轴向传播，减少热量散失，在其四周有空气包围。探测体四周有空气包围，上部有冷却水冷却，这是为了保证探测体下表面所吸收的辐射热量能够沿着探测体的轴向传播，减少热量损失。测温元件上下表面的中心位置各布置有一对镍铬-镍硅热电偶

8、，测得温度后利用导热公式算出辐射热流量。式中t1，t2为测量元件测得的上下表面的温度，δ为二对热电偶之间的距离,为导热系数。由于本次实验的主要研究内容是针对不同的DMC添加比例做定性的分析，因此实验过程中的一些整体测量误差对结论影响不大。3.实验结果与分析实验选取了5%，10%，15%和20%DMC体积添加比例以及纯柴油五种燃油。由于DMC与柴油物化特性的不同，添加之后燃油的性质也随之发生了改变，具体见表2。表2不同DMC添加比例下燃料的物