lpg2f柴油混合燃料的喷雾与燃烧特性研究

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1能源危机与环保危机随着我国经济的迅速发展，能源问题日益凸现，国内的能源已经远远不能满足经济快速发展的需要，而进口国外的传统化石能源也开始面临巨大的压力。石油资源贮量有限，而石油消耗量却逐年增加，从现在起全球的石油资源估计还可以用40年左右的时间[1]，面对石油资源枯竭的危机逐日逼迫，发展内燃机替代燃料有利于缓解石油能源供应的紧张状况。中国从1993年开始成为石油净进口国,每年石油进口量递增1000万吨左右,而且呈逐年增加的趋势。2000年石油进口量为7000万吨，2

2、002年约为8000万吨，2003年达到创记录的9000万吨。据预测，中国未来能源供需的缺口将越来越大，到2020年石油进口量将突破3亿吨。在采用先进技术加速可再生能源开发利用以及依靠市场力量优化资源配置的条件下，2010年约短缺能源8%，到2040年将短缺24%左右，其中石油短缺额可能多达数亿吨。石油进口依赖度由1995年的6.6%上升为2000年的25%，预计2020年将上升到50%以上。能源的大量进口不仅需要大量的外汇，影响国家的正常收支平衡，严重时影响到国家安全乃至全球的战略稳定性。随着世界范

3、围内汽车保有量的不断增加，汽车排放对生态环境、人类健康和经济发展所造成的严重影响，己经受到世界各国政府和人民的普遍关注。国家环保局提供的数据表明，全世界20个大气质量最差的城市中，中国占了10个。因此，汽车发动机所带来的环境污染是我国城市和社会经济可持续发展中必须解决的重大问题。内燃机排放是城市大气环境的主要污染源。有害排放量约占60%以上，是我国城市环境治理中的重中之重。相对汽油机，柴油机具有油耗低，扭矩特性好，可靠性高，使用寿命长等优点，使内燃机的发展趋于柴油机化。但是柴油机的柴油是直接喷入气缸，

4、依靠发动机的活塞压缩到接近终点时的高温使混合气自燃着火，由于喷雾与空气混合的时间很短，燃料与空气混合严重不均匀，NOX与微粒排放大量生成。研究表明，汽车的排放物质达140种之多[2]，如碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化合物(NOX)、醚、甲醛(HCHO)等，其中有些是易挥发的有机物(VOC)。这些易挥发的有机物与氮氧化合物(NOX)发生光化学反应形成地面臭氧，1华中科技大学硕士学位论文对人体和动植物造成危害。并且，柴油机排放微粒中的多环芳烃(PAHs)，如苯并a花(Be

5、nzo(a)pyrene)，是致癌物质，直接威胁人的生命，所以车辆排放问题也就成了人们不能回避的问题。如果解决得好，可获得巨大的效益，解决得不好，则需付出昂贵的代价。以美国洛杉矶地区为例，虽然在控制空气污染方面花费了27.9亿美元，但获得了节约医药费94亿美元的效益。60年代，在美国、欧洲、日本，相继确立了汽车排放法规，最著名的是美国加州大气保护局(CARB)制定的车辆排放法规，经过严格实施这一法规，已经逐步取得了净化空气的显著成绩。今后，随着人们对生态环境和健康水平的要求日益提高，需要制定更严格的排

6、放标准和法规，车辆制造业和燃料部门也正在研究进一步的达标技术。表1-1欧洲轻型车排放限值(柴油车)(g/km)法规生效日期COHCNOXPT欧11992年2.720.970.141.12○10.50○10.08○1欧21995年1.0○20.90○20.10○2欧32000年0.640.560.500.05欧42005年0.50.300.250.025①非直喷式柴油机,②直喷式柴油机表1-2欧洲重型柴油机现在和将来的排放标准（g/km）法规生效日期COHCNOXPM欧21998.104.01.17.0

7、0.15欧32000.102.10.665.00.10欧42005.101.50.463.50.02欧52008.101.50.462.50.02我国也对柴油机制订了较严格的排放标准，第一阶段从2000年9月1日起实施，相当于欧I号排放法规;第二阶段将从2003年9月1日起实施，相当于欧II号排放法规；2010年左右达到与世界水平基本接轨的目标。在部分城市，如北京为了迎接2008年的国际奥运会，上海迎接2010年的世界博览会，已经提前实施更严格的排放标准。为了满足新的、更严格的排放法规要求，必须采取可

8、能的各种措施来降低柴油机的NOX和PM(particulatematter)排放。2华中科技大学硕士学位论文为了解决能源短缺和环境污染的问题，世界各国采用了许多措施。一方面改进原油的提炼技术，产生更多的汽油、柴油；另一方面，加大勘探投资的力度，找到更多、更大的油气田。在环境污染方面，采用电控喷射、三元催化转化、混合动力等先进技术，最大限度地降低发动机的排放；同时制定严厉排放法规，限制汽车尾气的排放。所有这些措施，都取得了很好的效果，但远远解决不了问题，采