柴油机燃用醇酯混合燃料的燃烧特性研究【字数：16949】
进入21世纪以来，全世界都在往环境问题和能源问题上靠，这两大问题困扰着整个世界，因此寻找石油的替代燃料越来越得到了广泛的重视。目前来说，各个国家在汽油机上的研究已经算比较成熟；但是在柴油机上的研究就比较少了。醇/酯混合燃料作为一种代用燃料，在减轻能源危机及环境污染方面发挥着一定作用。本文列举了醇类、酯类含氧混合燃料的特性，包括理化特性，氧化过程和燃烧特性，以确定醇/酯混合燃料对发动机相关性能的影响。本文根据生物柴油燃料，加入5%和10%的乙醇，形成生物柴油/乙醇混合燃料；加入3%和6%浓度的甘油酯，形成生物柴油/甘油酯混合燃料，对生物柴油、生物柴油/乙醇、生物柴油/甘油酯三种醇/酯混合燃料进行试验，得出记录并分析试验结果。
目录
1. 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 醇/酯类燃料特点 2
1.3 含氧混合燃料的研究 4
1.3.1 醇类燃料的应用研究 4
1.3.2 酯类燃料的应用研究 5
1.4 本章小结 6
2. 醇/酯类燃料理化特性分析 7
2.1 理化指标测量 7
2.1.1 密度 7
2.1.2 运动粘度 8
2.1.3 表面张力 9
2.2 燃料的组成和分子结构 10
2.3 着火试验 11
2.3.1 试验设备与方案 11
2.3.2 着火温度及着火延迟 11
2.4 本章小结 12
3. 醇/酯类燃料氧化过程分析 14
3.1 醇/酯类燃料热重试验特性参数 14
3.2 试验设备与方案 14
3.3 结果分析 15
3.3.1 挥发特性 15
3.3.2 氧化特性 17
3.4 本章小结 19
4. 醇/酯类燃料燃烧特性分析 21
4.1 数值模拟基础 21
4.2 仿真模型及边界条件 22
4.3 温度场 23
4.4 O2浓度和燃料浓度 24
4.5 自由基浓 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
度 27
4.6 本章小结 28
5. 全文总结与展望 29
5.1 全文总结 29
5.2 展望 30
参考文献 31
致谢 32
1. 绪论
1.1 引言
多年来，环境的问题日益严重，全球日渐变暖，臭氧层遭到了损坏，海洋和湖水被垃圾，重金属覆盖，空气中多出了大量超出人体承受范围的气体和颗粒等等问题，这就是我们现在生活的家园，其中空气污染算是最严重的，其中汽车尾气排放造成的空气污染已经成为特别重要的一部分。因此生活在地球上的各个国家只有不断更新对汽车尾气排放的标准，才能够让汽车厂家生产低排放的汽车，才能够让科研人员研究降低尾气排放的方法。现在，中国正在执行“国五标准”，是按照欧盟正在执行的第五阶段排放标准置定的，该标准规定对NOX、CXHX、CO和颗粒物等机动车排放物的限制更加严格。而对于汽车行业更加严苛的“国六”标准于2020年开始走向我们。从国Ⅰ至国Ⅳ，每当标准改进提高一次，一辆车的污染就能够减少30%至50%，在柴油机中，颗粒物粒子数量的限制是仅针对柴油机的要求，NOX排放限值上涨了28%， CXHX与NOX总的排放限值上升到了23%，最重要的是颗粒物浓度限值严格了82%，是非常大的一个限制。
汽车尾气造成的环境问题日益严重，汽车必不可少的能源（石油）短缺问题也不甘落后。汽车的能源短缺就体现在汽车的需求量不断攀升，最少每家每户都能有一辆汽车，富裕人家还有两辆汽车及以上，导致石油消耗日益升高，石油对外依存度也不断增高，石油储备明显枯竭，世界石油的价格一直在创新高。就因为石油燃料的减少，石油的供应越来越紧张，所以找出石油的替代品就越来越急迫。
为了满足日益严格的排放测试法规要求，为了解决不可避免的能源短缺问题，学者们都在研究发动机的结构，不管是机内净化和还是机外净化的技术都已经越来越成熟。但是机内净化或机外净化技术的应用大多会改变发动机的结构，一些发动机厂商会因为成本的问题，这些技术一般不会应用到发动机上，所以大家就开始在燃料的选择上想办法。替代燃料包括气体燃料和含氧燃料这两类。
因此，为了解决能源危机（石油危机）和减少大气中的有害排放物（机动车的尾气污染）这两大难题，从而寻找柴油机的清洁并且合适的替代燃料是非常有意义且困难的的事情。
1.2 醇/酯类燃料特点
醇类燃料简单来说就是指含醇的液体燃料。甲醇和乙醇是我们经常能听到且知道它是醇类燃料的两种酒精燃料，而汽油竟然也属于醇类燃料，还有少量甲基叔丁基醚也包括其中。低浓度混合燃料就是醇含量加的少，在小于10%的界限；燃料醇就得加多一点的醇含量，至少得到达85%。目前，甲醇燃料和乙醇燃料是使用最多的酒精燃料。甲醇和乙醇都是亲水性高于亲油性的液体。其中甲醇燃料在汽油中的溶解度与温度有关，当甲醇含量较低时，二者完全可以通过控制含水量来达到互溶。但是多数情况下，甲醇的比例并不能达到自发互溶的地步，往往都需要添加助溶剂，从而达到效果。而在控制含水量的情况下，乙醇与汽油的互溶性要比甲醇来的稳定，如图1.1所示，含水量越高，乙醇在汽油中的互溶临界温度就会越高，也就越难进行互溶[1]。
/
图1 .1 乙醇温度与含水率的关系图
甲醇燃料是一种透明的有毒液体，具有很强的毒性，易挥发、易燃，沸点在64.7℃，空气中体积比着火极限根据浓度的不同有着明显的差别，如表1所示，甲醇的详细理化性质与汽油、柴油进行了比较[2]。
/
图1.2 柴油、汽油、甲醇、乙醇四种燃料的比较
甲醇燃料的资源较为丰富，可以从很多物质中提取，汽车用甲醇燃料作为替代燃料，有利于能源的安全；有利于减少空气污染，保护环境，甲醇燃料是国际公认的清洁燃料，减少碳氢和一氧化碳的排放；甲醇不但使用方便，储运也非常方便；甲醇的辛烷值很高，因此可以使用较高的压缩比，以此来提高发动机的动力性能；与石油燃料作比较的话，甲醇的经济性还好，成本比石油燃料低很多。
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1. 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 醇/酯类燃料特点 2
1.3 含氧混合燃料的研究 4
1.3.1 醇类燃料的应用研究 4
1.3.2 酯类燃料的应用研究 5
1.4 本章小结 6
2. 醇/酯类燃料理化特性分析 7
2.1 理化指标测量 7
2.1.1 密度 7
2.1.2 运动粘度 8
2.1.3 表面张力 9
2.2 燃料的组成和分子结构 10
2.3 着火试验 11
2.3.1 试验设备与方案 11
2.3.2 着火温度及着火延迟 11
2.4 本章小结 12
3. 醇/酯类燃料氧化过程分析 14
3.1 醇/酯类燃料热重试验特性参数 14
3.2 试验设备与方案 14
3.3 结果分析 15
3.3.1 挥发特性 15
3.3.2 氧化特性 17
3.4 本章小结 19
4. 醇/酯类燃料燃烧特性分析 21
4.1 数值模拟基础 21
4.2 仿真模型及边界条件 22
4.3 温度场 23
4.4 O2浓度和燃料浓度 24
4.5 自由基浓 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
度 27
4.6 本章小结 28
5. 全文总结与展望 29
5.1 全文总结 29
5.2 展望 30
参考文献 31
致谢 32
1. 绪论
1.1 引言
多年来，环境的问题日益严重，全球日渐变暖，臭氧层遭到了损坏，海洋和湖水被垃圾，重金属覆盖，空气中多出了大量超出人体承受范围的气体和颗粒等等问题，这就是我们现在生活的家园，其中空气污染算是最严重的，其中汽车尾气排放造成的空气污染已经成为特别重要的一部分。因此生活在地球上的各个国家只有不断更新对汽车尾气排放的标准，才能够让汽车厂家生产低排放的汽车，才能够让科研人员研究降低尾气排放的方法。现在，中国正在执行“国五标准”，是按照欧盟正在执行的第五阶段排放标准置定的，该标准规定对NOX、CXHX、CO和颗粒物等机动车排放物的限制更加严格。而对于汽车行业更加严苛的“国六”标准于2020年开始走向我们。从国Ⅰ至国Ⅳ，每当标准改进提高一次，一辆车的污染就能够减少30%至50%，在柴油机中，颗粒物粒子数量的限制是仅针对柴油机的要求，NOX排放限值上涨了28%， CXHX与NOX总的排放限值上升到了23%，最重要的是颗粒物浓度限值严格了82%，是非常大的一个限制。
汽车尾气造成的环境问题日益严重，汽车必不可少的能源（石油）短缺问题也不甘落后。汽车的能源短缺就体现在汽车的需求量不断攀升，最少每家每户都能有一辆汽车，富裕人家还有两辆汽车及以上，导致石油消耗日益升高，石油对外依存度也不断增高，石油储备明显枯竭，世界石油的价格一直在创新高。就因为石油燃料的减少，石油的供应越来越紧张，所以找出石油的替代品就越来越急迫。
为了满足日益严格的排放测试法规要求，为了解决不可避免的能源短缺问题，学者们都在研究发动机的结构，不管是机内净化和还是机外净化的技术都已经越来越成熟。但是机内净化或机外净化技术的应用大多会改变发动机的结构，一些发动机厂商会因为成本的问题，这些技术一般不会应用到发动机上，所以大家就开始在燃料的选择上想办法。替代燃料包括气体燃料和含氧燃料这两类。
因此，为了解决能源危机（石油危机）和减少大气中的有害排放物（机动车的尾气污染）这两大难题，从而寻找柴油机的清洁并且合适的替代燃料是非常有意义且困难的的事情。
1.2 醇/酯类燃料特点
醇类燃料简单来说就是指含醇的液体燃料。甲醇和乙醇是我们经常能听到且知道它是醇类燃料的两种酒精燃料，而汽油竟然也属于醇类燃料，还有少量甲基叔丁基醚也包括其中。低浓度混合燃料就是醇含量加的少，在小于10%的界限；燃料醇就得加多一点的醇含量，至少得到达85%。目前，甲醇燃料和乙醇燃料是使用最多的酒精燃料。甲醇和乙醇都是亲水性高于亲油性的液体。其中甲醇燃料在汽油中的溶解度与温度有关，当甲醇含量较低时，二者完全可以通过控制含水量来达到互溶。但是多数情况下，甲醇的比例并不能达到自发互溶的地步，往往都需要添加助溶剂，从而达到效果。而在控制含水量的情况下，乙醇与汽油的互溶性要比甲醇来的稳定，如图1.1所示，含水量越高，乙醇在汽油中的互溶临界温度就会越高，也就越难进行互溶[1]。
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图1 .1 乙醇温度与含水率的关系图
甲醇燃料是一种透明的有毒液体，具有很强的毒性，易挥发、易燃，沸点在64.7℃，空气中体积比着火极限根据浓度的不同有着明显的差别，如表1所示，甲醇的详细理化性质与汽油、柴油进行了比较[2]。
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图1.2 柴油、汽油、甲醇、乙醇四种燃料的比较
甲醇燃料的资源较为丰富，可以从很多物质中提取，汽车用甲醇燃料作为替代燃料，有利于能源的安全；有利于减少空气污染，保护环境，甲醇燃料是国际公认的清洁燃料，减少碳氢和一氧化碳的排放；甲醇不但使用方便，储运也非常方便；甲醇的辛烷值很高，因此可以使用较高的压缩比，以此来提高发动机的动力性能；与石油燃料作比较的话，甲醇的经济性还好，成本比石油燃料低很多。
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