F-T柴油与正丁醇混合燃料的燃烧和排放特性研究

F-T柴油具有十六烷值高、几乎不含硫和芳香烃的特点,正丁醇是能量密度较高的可再生的生物质燃料。在增压中冷4缸柴油机上对比研究了0号柴油、F-T柴油和F-T柴油-正丁醇混合燃料的燃烧、排放特性。结果表明:与柴油相比,掺混丁醇后缸内压力峰值、压力升高率降低;燃用F-T柴油-正丁醇混合燃料可同时降低炭烟和NO_x排放,随着正丁醇掺混比例的提高炭烟排放显著降低,F-T柴油掺混20%正丁醇的炭烟排放降幅高达67.8%,NO_x排放降幅达20.9%。     

燃料改性与进气预处理降低甲醇-柴油 PA Hs 的数值模拟

通过构建由228种组分和1584个基元反应组成的甲醇‐柴油 PAHs计算模型,研究了燃料改性方案、空气稀释比以及过量空气系数、初始温度,初始压力对甲醇‐柴油PAHs的影响。结果表明,甲醇‐柴油PAHs模型能准确预测甲醇‐柴油燃烧过程中的反应温度,甲醇摩尔分数,反应中间产物CO ,CO2,O2浓度随时间的变化规律和着火延迟。通过进气预处理,降低空气稀释因子可以有效降低甲醇‐柴油燃烧过程中 PAHs的浓度;采用氢气、甲烷作为燃料添加剂进行燃料改性可以有效改善油气混合,提高火焰温度和火焰的绝热燃烧速度,有利于 PAHs的氧化分解。提高过量空气系数可以增加反应中间产物H和OH自由基的数量,降低芳香烃各组分的浓度;提高反应的初始温度,降低反应初始压力,使得燃烧化学反应始点提前,有利于降低PAHs的浓度。     

柴油-甲醇混合燃料多环芳香烃形成的影响因素研究

以柴油-甲醇燃料为研究对象,探究柴油-甲醇混合燃料燃烧对多环芳香烃(PAHs)生成的影响规律.将AVL-Fire和Chemkin耦合,构建正庚烷-甲苯-PAHs化学反应动力学机理并验证,采用Chemkin中的均质零维反应模型进行仿真模拟,研究了柴油-甲醇混合燃料不同掺混比、初始温度、初始压力、当量比对多环芳香烃苯、萘、...     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油的试验研究

在1台电控高压共轨柴油机和装有该型号发动机的轿车上,进行不同掺混比生物柴油—柴油混合燃料的性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放性。研究结果表明:生物柴油与柴油相比,在2 200 r/min负荷特性下,有效能耗率减少,NOx排放增加较多,中小负荷炭烟排放基本相同,大负荷炭烟排放明显降低,中小负荷HC排放明显降低,大负荷HC排放基本一致,CO排放基本不变;在外特性下,功率略有增加,HC排放和炭烟排放均有所降低,CO排放和NOx排放增加。     

共轨柴油机燃用生物柴油-汽油混合燃料的性能与排放研究

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台6缸高压共轨柴油机上进行生物柴油与汽油混合燃料的性能试验。研究结果表明:随着汽油掺混比的增加,生物柴油-汽油混合燃料的黏度、凝点和馏程温度降低,热值有所提高;在部分负荷和中等负荷下,生物柴油-汽油混合燃料的峰值燃烧压力、峰值放热率和燃烧温度都会升高;在大负荷下,3种燃料的缸内压力、瞬时放热率和燃烧温度相差不大。发动机转速为1 400 r/min时,与生物柴油相比,BD90G10和BD83G17的NO_x排放分别增加4.2%和6.7%,而炭烟排放显著降低。对于超细颗粒物(D<220 nm)而言,混合燃料的峰值数浓度对应的直径小于生物柴油;在低负荷和中等负荷下,汽油掺混能够有效降低超细颗粒物排放,但在大负荷下,BD90G10和BD83G17的颗粒数浓度相差不大,表明汽油掺混比的进一步增大对超细颗粒物排放的减少影响较小。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

柴油掺混二甲醚喷雾粒子尺寸分布特性试验研究

为确定二甲醚掺入柴油后对燃料雾化性能的改善效果,利用阴影成像与数字图像处理技术,对不同掺混比、喷射压力以及喷孔直径等条件下的二甲醚-柴油混合燃料喷雾粒子尺寸分布特性进行了对比试验研究.结果发现:由于柴油中二甲醚的闪急沸腾作用,随着二甲醚掺混比的增加,混合燃料粒子尺寸分布曲线整体向小颗粒方向偏移,较大粒子数目较柴油明显减少,有助于降低发动机炭烟排放;喷孔直径、喷射压力等喷射参数对混合燃料雾化粒子分布有较大影响,减小喷孔直径使燃油粒子更加细化,降低喷射压力则使混合燃料雾化效果有变差的趋势.     

聚甲氧基二甲醚对轻型柴油机排放特性的影响

为了降低柴油机的颗粒排放,将聚甲氧基二甲醚(PODE)按照体积分数10%,20%和30%掺混于柴油中,制备出柴油-PODE混合燃料(记为P10,P20和P30),在一台轻型柴油机上对柴油-PODE混合燃料进行了燃烧和排放特性试验研究,并采用热重方法分析了混合燃料的挥发性与氧化特性。结果表明:P10,P20和P30在常温下都具有良好的稳定性,在0~5℃区间PODE掺混比例高于20%将出现浑浊现象,混合燃料的黏度随着掺混比例增加与温度升高而逐渐下降;随PODE掺混比例的增加,混合燃料的活化能下降,综合燃烧指数提高,P10,P20和P30的起始失重温度相对于柴油分别降低了3.3,4.3,5.3℃,起始燃烧温度分别降低了9.4,17.8,24.2℃;柴油机燃用柴油-PODE混合燃料时,随着PODE掺混比例的增加,滞燃期缩短,放热率曲线和压力升高率曲线向前偏移,缸内最高压力提高;在标定工况下,燃用P10,P20和P30的烟度较燃用柴油分别降低了26.1%,31.2%和34.8%,颗粒物较柴油在各粒径下的质量浓度均有不同程度降低,且分布峰值向小粒径偏移。     

煤基燃料燃烧颗粒物对颗粒捕集器沉积过程的影响

探讨了柴油机燃用代用燃料后,排气颗粒物结构特征的变化规律。依据柴油机台架试验,使用0%、5%、15%甲醇掺混比的F-T(Fischer–Tropsch)合成柴油,在标定工况下采集颗粒。用同步辐射小角散射分析方法测量颗粒物摩擦力、粒径等参数。基于实验数据,在EDEM软件中建立颗粒模型,模拟了颗粒碰撞沉积过程。结果表明：随甲醇掺混比的增加,甲醇、F-T柴油燃烧颗粒间摩擦力增加0.6 N,平均粒径增加2.44 nm。沉积过程中,颗粒捕集器（DPF）单元体非迎风面的沉积量急剧增加;颗粒沉积效率随沉积时间的增加而增加;随摩擦力增大、粒径增大,颗粒层厚度及颗粒链长度也随之增加。甲醇掺混比的改变使得颗粒整体向更多、更细的方向变化,燃料类型及掺混比的改变显著影响了颗粒在DPF载体上的沉积状态。     

甲醇与柴油互溶性试验研究

助溶剂和温度是影响甲醇/柴油混合燃料稳定性的重要因素。对甲醇/柴油混合燃料进行了临界互溶温度测试,得出了掺混甲醇比例、助溶剂比例与临界互溶温度的关系。结果表明,在甲醇/柴油混合燃料中加入一定量的助溶剂可以使其形成稳定且性能良好的替代燃料。对甲醇/柴油混合燃料的成本估算表明,该混合燃料具有良好的市场前景。     

Investigation of soot formation in Diesel-GTL fuel blends under quiescent conditions

In this study, a visual investigation of sprays and flames is performed, and soot formation in Diesel-GTL fuel blends is studied in a specially designed quiescent constant-volume chamber under various ambient gas temperatures and O₂ concentrations. Similar to the case of soot formation during diesel fuel combustion, the sooting zone during the mixing-controlled combustion of Diesel-GTL blends is located in the leading portion of the jet boundaries. Auto-ignition delay and soot concentration decrease with an increase of GTL content in the fuel blend. Soot also decreases with lower O₂ concentration, higher injection pressure, and lower ambient gas temperature. The lack of soot formation at lower O₂ concentrations and lower temperatures suggests that Diesel-GTL fuel blends can be successfully utilized in low-temperature diesel combustion technologies that are currently being developed. Furthermore, this mixing controlled combustion method with Diesel-GTL blends can be used to modulate various engine operation parameters, and therefore to simultaneously reduce the formation of soot and NOx within a wide range of diesel engine loads.     

稀燃条件下甲醇汽油混合燃料颗粒物排放特性

在1台GDI增压汽油机上,进行了稀燃发动机燃用M0,M10和M20(其中M0为汽油,M10为甲醇体积分数10%、汽油体积分数90%的混合燃料,以此类推)甲醇汽油混合燃料的试验,研究了在稀燃条件下甲醇汽油混合燃料对GDI发动机颗粒粒径分布特性、数量浓度特性和质量浓度特性的影响。试验结果表明:在稀燃条件下,随着甲醇比例的增加颗粒数量浓度峰值逐渐增大,颗粒数量浓度随粒径分布呈现出双峰分布;颗粒中的核态颗粒和积聚态颗粒的总数量都随甲醇比例的增加而增加,其中M20的积聚态和核态颗粒数量浓度最大;颗粒粒径峰值都随着甲醇比例的增加逐渐增大,并且核态颗粒粒径峰值主要集中在20.54~31.62nm,积聚态颗粒粒径峰值主要集中在56.23~100nm;颗粒质量浓度随甲醇比例的增加而增大,粒径分布在316~700nm的积聚态颗粒明显增多,积聚态颗粒质量浓度随粒径分布的范围明显增加,质量浓度也相应增加,而粒径分布在56.23~316nm范围内的颗粒质量浓度却在降低。     

汽油机掺醇燃烧甲醛排放及后处理适应性研究

进行了电喷汽油机燃用汽油和多种不同掺混比例甲醇汽油的试验研究,使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)测量了普通三元催化器前后的甲醛排放。试验结果表明:甲醛排放量随掺醇比例、转速的增加而增大,随扭矩的增加先减少后增加;三元催化器对甲醛排放的催化转化效率随着掺醇比例的增加而减小;燃用M30以下低比例甲醇汽油时,催化器对甲醛排放的催化转化效率在多数工况都能达到85%以上,受工况影响并不明显;燃用M50以上中高比例甲醇汽油时催化器对甲醛排放的催化转化效率受工况影响较大,随着发动机转速、扭矩的增加而增加,在低转速低负荷下催化效率下降明显。     

正庚烷掺烧甲醇时炭烟和PAHs生成的数值模拟

利用Chemkin—Pro软件中的均质压燃模型,采用正庚烷详细化学动力学机理和炭烟生成氧化机理,模拟了甲醇对正庚烷燃烧时炭烟生成的影响。模拟结果表明:随着甲醇含量的增加,炭烟生成量减少,炭烟颗粒直径变小;掺入少量甲醇时,炭烟颗粒平均直径明显变小;当含甲醇量达到15%时,平均颗粒直径稍有变小;正庚烷中加入甲醇后,燃料中含氧量增加,有更多的炭烟气态前驱物和PAH被氧化,从而抑制了炭烟的生成。     

Morphological Change and Number-Size Distributions of Particulate Matter (PM) from a Diesel Generator Operated with Wood Pyrolysis Oil-Butanol Blended Fuel

This report details our experimental study investigating particulate matter (PM) emissions from a diesel generator fueled with wood pyrolysis oil (WPO)–butanol blended fuel for electricity generation. Particle number-size distributions and PM mass concentrations from diesel, n-butanol, and WPO-butanol blended fuels were investigated via aerosol measurements using a fast mobility particle sizer and an aerosol monitor with three generator outputs (0, 3.3, and 6.6 kWe). For the n-butanol and WPO-blended fuels, the total number concentrations of exhaust particles were higher than that of conventional diesel combustion; however, the PM mass was observed to be nearly zero for all the engine operating conditions due to the higher number concentration in the nuclei mode. The morphology of the exhaust particles was investigated by analyzing transmission electron microscopy (TEM) micrographs. The morphology of the particles was drastically changed according to the test fuels and engine loads. Two types of particles were observed, including soot and coke shaped particles. These results were directly related to the immaturity of incipient soot particles due to the different physical properties and chemical compositions of the fuels.     

甲醇-生物柴油对发动机循环变动的影响

在单缸柴油机上通过测量得到了燃用不同掺混比甲醇-生物柴油时的燃烧示功图,对不同柴油机工况下甲醇-生物柴油燃烧的循环变动进行了研究,分析了最大压力升高率循环变动系数(COV_((dp/dφ)max))、平均指示压力循环变动系数(COV_(pmi))、最高燃烧压力的变动系数(COV_(pmax))、最高燃烧压力对应曲轴转角的标准偏差(SD_(φpmax))等循环变动的评价参数。研究结果表明:工况一定时,随着甲醇掺混比增加,COV_((dp/dφ)max),COV_(pmi)等循环变动系数均有所增大;与生物柴油相比,甲醇掺混比为10%和20%时循环变动系数变化较小,当甲醇掺混比为30%时,COV_((dp/dφ)max)增加了6.2%,COV_(pmi)增加了24.2%,COV_(φpmax)增加了8.4%;当甲醇掺混比不变时,随着转速的增加,COV_((dp/dφ)max)降低,COV_(pmi)以及COV_(pmax)先降低后增高;负荷增加时,各压力参数的循环变动系数均降低,SD_(φpmax)略微上升。     

甲醇汽油机怠速稀燃特性的试验研究

为改善传统汽油机怠速稀燃的燃烧与排放特性,在1台加装了电控甲醇喷射系统的汽油机上对燃用汽油(M0)、50%质量比例甲醇汽油(M50)和纯甲醇(M100)3种燃料的发动机的怠速稀燃特性进行了试验研究。试验先后在过量空气系数a=1.1和a=1.3两组稀燃工况下进行,怠速转速稳定在800r/min左右。试验结果表明:添加甲醇后,两组稀燃工况下指示热效率均有所提升;发动机的火焰发展期、快速燃烧期和平均指示压力的循环变动系数随着甲醇比例的增加而降低;甲醇能够显著降低发动机怠速稀燃工况下的HC和NOx排放,CO2排放随着甲醇含量的增加也略有降低。     

柴油机进气预混微量甲醇裂解气的试验研究

在不改变6300ZC柴油机结构和参数的基础上,开发了柴油机进气管预混甲醇裂解气的试验系统,研究了预混微量裂解气时柴油机的燃油经济性与排放特性。研究结果表明,当柴油机进气预混甲醇裂解气的质量分数为2.5%~5.0%时,各负荷下节油率可达5%~8%,综合有效热效率明显提高,且随着裂解气掺烧浓度的增加,油耗呈下降趋势。与原机相比,NOx与炭烟排放大幅度改善,HC排放也有明显降低,CO排放略有上升。在高负荷时,NOx排放可降低37.6%,炭烟排放可降低43.5%。     

Experimental and numerical investigation of fuel mixing effects on soot structures in counterflow diffusion flames

Experimental and numerical analyses of laminar diffusion flames were performed to identify the effect of fuel mixing on soot formation in a counterflow burner. In this experiment, the volume fraction, number density, and particle size of soot were investigated using light extinction/scattering systems. The experimental results showed that the synergistic effect of an ethylene-propane flame is appreciable. Numerical simulations showed that the benzene (C₆H₆) concentration in mixture flames was higher than in ethylene-base flames because of the increase in the concentration of propargyl radicals. Methyl radicals were found to play an important role in the formation of propargyl, and the recombination of propargyl with benzene was found to lead to an increase in the number density for cases exhibiting synergistic effects. These results imply that methyl radicals play an important role in soot formation, particularly with regard to the number density.     

进气滚流强度对直喷发动机燃烧特性的影响

以光学单缸直喷汽油发动机作为试验平台,通过在进气法兰处安装不同的滚流导流板调节进气截面积来获得不同强度的滚流气流。利用Converge软件对缸内滚流强度和湍动能进行评估,采用高速彩色相机拍摄不同滚流强度下火焰状态随曲轴转角的变化,同时采用燃烧分析仪采集缸压数据。通过图像处理分离蓝色火焰和黄色火焰,其中,蓝光被认为主要来自火焰中CH释放的化学荧光,而黄光被认为主要来自炭烟颗粒的辐射。试验发现:随着滚流强度的提高,蓝色火焰面积增加,缸内燃烧速率得以提升,缸内平均指示有效压力增强,相关性分析表明,蓝色火焰面积和燃烧放热率有很好的正相关性。同时,黄色火焰随滚流强度增加而减少,表明炭烟生成量降低。此外,燃烧的循环波动也随滚流强度的增加而降低。