柴油乙醇二元燃料燃烧特性及其机理研究.pdf

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1、柴油/乙醇二元燃料燃烧特性及其机理研究TheCombustionCharacteristicsandMechanismforDiesel/EthanolDualFuels一级学科：动力机械及工程热物理学科专业：动力机械及工程作者姓名：代乾指导教师：姚春德教授天津大学机械工程学院二零一三年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要化石燃料的日益枯竭以及越来越严峻的环境问题是内燃机界的巨大挑战。寻找合适的替代燃料已成

3、为研究热点，乙醇作为最有希望的可再生生物质燃料来源广泛，但是，乙醇具有较高的辛烷值，不易压燃，难以直接用于压燃式的柴油机。将柴油与乙醇二元燃料进行组合燃烧的模式，具有一定的经济性和环保性。然而对于此种燃烧的本质尚不清晰。因此本文对于这种燃烧模式分别进行了发动机台架实验、定容燃烧弹实验和低压层流预混火焰实验，并对二元燃料燃烧进行了化学反应动力学机理分析，在此基础上提出了二元燃料骨架机理，并进行了验证。利用定容燃烧弹研究了柴油在乙醇-空气混合气热氛围的着火特性。研究表明乙醇延长了柴油的滞燃期和火焰浮起长度。随着初始温度的升高，柴油滞燃期变短。

4、在本研究发动机台架实验中也发现乙醇有延长柴油滞燃期的现象。利用发动机台架实验研究乙醇与柴油掺烧对污染物排放影响。研究结果发现，乙醇对于NOx和碳烟的生成也有很大的抑制作用，但是HC和非常规排放乙醛较原机有较大幅度上升。利用低压层流预混火焰结合同步辐射真空紫外光电离质谱技术，对理论当量比下乙醇掺混正庚烷火焰和浓混合气条件下乙醇掺混表征柴油进行了实验研究。结果表明，乙醇的加入对正庚烷和表征柴油的氧化裂解速率并没有实质影响，对于醛类物质，尤其是乙醛的摩尔分数上升有显著的促进作用。乙醇可以显著降低表征柴油中碳烟前驱体PAH的摩尔分数。利用商用软件

5、CHEMKIN进行了柴油参比燃料正庚烷和乙醇混合燃料的机理分析。由计算结果可知，正庚烷低温冷焰反应及负温度系数区的时间均被延长，从而导致总反应延迟。通过反应路径和物质转化率分析得知，两种燃料的相互作用是靠自由基池为中介完成的，OH·和HO2·是池中最重要的自由基。乙醇的加入在低温下将活跃的OH·转化为相对不活跃的H2O2，对正庚烷第一步脱氢表现出强烈的抑制，对整个燃料的氧化进程表现出抑制作用，此即乙醇抑制正庚烷低温氧化的主要原因。在以上分析的基础上，建立了正庚烷乙醇二元燃料骨架机理。该机理包含50步反应和41种物质。并与详细机理在自燃和H

6、CCI发动机缸内燃烧进行了对比验证，结果表明，该机理与详细机理具有较高的一致性。关键词：柴油乙醇二元燃料；定容燃烧弹；化学反应动力学；机理分析ABSTRACTTheincreasingdepletionoffossilfuelsandincreasinglysevereenvironmentalproblemsisthegreatchallengefortheinternalcombustionengineindustry.Lookingforasuitablealternativefuelhasbecomearesearchhotspo

7、t.Ethanolasoneofthemostpromisingrenewablebio-fuelhasbeenusedasalternativefuelsworldwidesinceitcouldbeenblendedwithgasoline.Duetoethanol’shighoctanenumber,diesel/ethanoldualfuel,ratherthanpureethanolcouldbeusedinconventionaldieselenginetomaintainorevenreduceemissionandfuel

8、consumption.However,thenatureofsuchdualfuelcompoundcombustionhasnotbeenclearlyunderstood.Tofurth