车用醚类含氧替代燃料氧化过程和产物生成研究【字数：15523】
摘 要空中的颗粒物污染是主要的大气污染之一,汽车排放的颗粒已成为大气中被吸入的主要颗粒物,极大地危害了人类健康。车用醚类含氧燃料可以替换部分石化燃料，因此也减少了大气污染物的排放。鉴于国内汽车的数量不断增加，发展车用醚类含氧燃料不仅可以缓解未来的燃料压力，还能促进柴油机性能的改善。本文构建了异辛烷掺混二甲醚和乙醚燃烧的化学反应动力学机理，研究燃烧生成的芳香烃前驱物A1、OH、CH3、C2H2、C2H4和C3H3的变化过程。针对异辛烷掺混二甲醚和乙醚，研究不同当量比、二甲醚和乙醚比例情况下，生成A1、OH、CH3、C2H2、C2H4和C3H3的摩尔分数图，曲轴转角缸压图和曲轴转角温度图，分析异辛烷掺混二甲醚和乙醚燃烧芳香烃生成的影响。研究当量比、二甲醚和乙醚分别掺混不同比例对A1、OH、CH3、C2H2、C2H4和C3H3摩尔分数的影响及生成规律，结果表明，当量比从0.5变成1的过程，A1、OH、CH3、C2H2、C2H4和C3H3的摩尔分数峰值随之增加；当量比从1变成2的过程中，A1、OH、CH3、C2H2、C2H4和C3H3的摩尔分数曲线向高温方向移动。随着二甲醚和乙醚分别掺混不同比例的增加，A1、OH、CH3、C2H2、C2H4和C3H3的摩尔分数曲线随温度的升高先上升后下降，在一定区间温度达到峰值。
Key Words: Dimethyl ether Diethyl ether Oxidation product 目 录
1.绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 本文主要工作 2
2. 发动机用醚类燃料性质分析 3
2.1相关醚类含氧燃料分析 3
2.2 本章小结 4
3.汽油中添加二甲醚燃料对氧化过程和产物的影响分析 5
3.1 CHEMKIN软件的简介与使用 5
3.2不同二甲醚比例的研究 5
3.2.1对燃烧氧化过程的影响 5
3.2.2对生成产物的影响 7
3.3不同当量比的研究 10
3.3.1对燃烧氧化过程的影响 10
3.3.2对生成产物的影响 12
3.4本章小 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
结 15
4. 汽油中添加乙醚燃料的氧化过程和产物分析 16
4.1不同乙醚比例的研究 16
4.1.1不同乙醚比例下对燃烧氧化过程的影响 16
4.1.2不同乙醚比例下对生成物质的影响 17
4.2不同当量比的研究 19
4.2.1不同当量比下对乙醚燃烧氧化过程的影响 19
4.2.2 不同当量比下对乙醚燃烧生成产物的影响分析 20
4.3本章小结 23
5.全文总结与展望 24
5.1全文总结 24
5.2工作展望 24
参考文献 25
致 谢 26
1.绪论
1.1选题的背景和意义
伴随着国内汽车保有量的不断增加，汽车产业已经变成国家经济发展的重要产业，极大的带动了人们的消费欲望，同时促进了国民经济的发展。由于汽车产业的蓬勃发展，石油消耗量也急剧升高，紧随而来的即是能源问题。随着世界经济的飞速发展，人们对生活质量的要求也越来越高，拥有汽车的家庭数量每年都在加速增长。显而易见，汽车给人们的出行带来了极大的便利，但是，与此同时出现的还有一系列的问题，如交通事故、噪音污染以及汽车尾气污染物排放等问题。近年来，全世界汽车数量激增，尾气排放问题愈演愈烈，理所当然的成为了研究学者们越来越重视的问题。目前国内汽车主要采用柴油机和汽油机两类机型，然而其消耗的燃料却是不可再生资源[1]。燃料燃烧之后所生成的污染物，很大程度是由氮氧化合物和烟气微粒组成，排出的颗粒物已经极大地危害了人们的身体健康，给人们的生活带来了很多的不便。因为过多燃料的燃烧，大气中CO2 的含量不断增加，不仅破坏了环境，还加重了温室效应。
鉴于环境与能源的两重压力，为缓解石油压力和排放污染，发展醚类含氧燃料不但可以改善燃油的性能，而且减少了污染物的排放以及未来的车用能源压力。随着汽车尾气排放要求越来越高，车用醚类含氧燃料可以在发动机中单独作为燃料或以添加剂的形式与汽油、柴油混合使用，是实现高效清洁燃烧的重要途径之一，对于顶替化石燃料实现减排节能具有重大意义。
1.2国内外研究现状
车用燃料主要还是汽油和柴油,醇醚类燃料会有适度发展,一些新兴燃料逐渐出现在车用燃料的可能范围内，多元化燃料将是未来的必然选择[2]。能源危机和环境污染推进汽车能源体系转变,可再生、节能、环保、清洁的新型汽车替代燃料变成汽车行业的新宠.根据燃料是否可再生,将汽车替代燃料分为不可再生汽车替代燃料和可再生汽车替代燃料,并对天然气、液化石油气、醇醚类燃料、氢能源、植物油燃料、生物质裂解气燃料[3]。郭和军和王煊军等人发现醚类燃料可以有效减少废气中CO和HC ,特别是极大地减少碳烟及PM[4]。 为了满足日渐严格的汽车排放法规,国内外学者不断地寻找着用于柴油机的含氧燃料添加剂。目前已有报道的醚类物质有：乙醚、二甲醚、丁醚、聚甲氧基二甲醚、乙二醇单丁醚等相关醚类。近来，DME二甲醚是应用较多的柴油机醚类燃料。王贺武和周龙保等人研究加入二甲醚的发动机滞燃期缩短，喷油延迟期变长，致使最大压力和最高的爆发压力的升高率均低于柴油机，由此可见发动机燃用二甲醚具有良好的燃烧特性[5] 。谢萌和马志杰等人发现PODE可以单独作为柴油的替代燃料[6]；与此同时，王志与刘浩业等人研究20%的PODE34[7] 添加到柴油中，指示的热效率能够提高2%，轻型柴油机在大负荷工况下碳烟的排放下降90%；重型柴油机在欧洲稳态循环的颗粒物排放下降36.2%,有效热效率上升0.8%。郑利和郭和军发现汽油中添加20%乙二醇二甲醚[8]，发动机的燃烧性能最佳。另外长安大学的彭小红和杨璐等人探究了添加乙醚对生物柴油性能的影响,在1台单缸柴油机上对BD100生物柴油、D2.5与D5三种燃料燃烧与排放特性进行了对比试验研究[9]，发现乙醚可以改善生物柴油的燃烧和排放特征。蔡艳平和李艾华等人发现添加体积分数为15%或者25%的乙二醇单丁醚[10]能够有效降低发动机的碳烟以及相关污染物排放。还有郭大鹏用二甘醇二甲醚和丁醚[11]两种含氧燃料分别与柴油混合,添加这两种燃料都可以同时降低氮氧化物与颗粒物的排放。李铭迪通过生物柴油中添加乙醇、二甲醚、碳酸二甲酯[12]等，研究了关于前驱体的形成机理、中间燃烧产物形成过程、颗粒的氧化特性及结构特征。对于潜在可利用的醚类含氧化合物的开发利用，国外学者发现DIPE是一种潜在的提高汽油机性能、减少汽油机排放的含氧物，与汽油燃料相比，双汽油混合物产生更高的制动热效率、缸内压力和热释放率[13]。不仅限于单独醚类作为含氧替代燃料的开发，同时含氧化合物甲基叔丁基醚(MTBE)作为汽油添加剂已引起人们的关注， MTBE共混提高了制动热效率，降低了制动比能耗[14]。在尾气排放方面，CO和HC的排放量随着混合燃料中MTBE含量的增加而减少，但HC排放量并没有CO的排放量减少那么多。清华大学学者提出聚甲醛二甲醚也是一个潜在的替代燃料为柴油发动机或绿色燃料添加剂][15]。
Key Words: Dimethyl ether Diethyl ether Oxidation product 目 录
1.绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 本文主要工作 2
2. 发动机用醚类燃料性质分析 3
2.1相关醚类含氧燃料分析 3
2.2 本章小结 4
3.汽油中添加二甲醚燃料对氧化过程和产物的影响分析 5
3.1 CHEMKIN软件的简介与使用 5
3.2不同二甲醚比例的研究 5
3.2.1对燃烧氧化过程的影响 5
3.2.2对生成产物的影响 7
3.3不同当量比的研究 10
3.3.1对燃烧氧化过程的影响 10
3.3.2对生成产物的影响 12
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结 15
4. 汽油中添加乙醚燃料的氧化过程和产物分析 16
4.1不同乙醚比例的研究 16
4.1.1不同乙醚比例下对燃烧氧化过程的影响 16
4.1.2不同乙醚比例下对生成物质的影响 17
4.2不同当量比的研究 19
4.2.1不同当量比下对乙醚燃烧氧化过程的影响 19
4.2.2 不同当量比下对乙醚燃烧生成产物的影响分析 20
4.3本章小结 23
5.全文总结与展望 24
5.1全文总结 24
5.2工作展望 24
参考文献 25
致 谢 26
1.绪论
1.1选题的背景和意义
伴随着国内汽车保有量的不断增加，汽车产业已经变成国家经济发展的重要产业，极大的带动了人们的消费欲望，同时促进了国民经济的发展。由于汽车产业的蓬勃发展，石油消耗量也急剧升高，紧随而来的即是能源问题。随着世界经济的飞速发展，人们对生活质量的要求也越来越高，拥有汽车的家庭数量每年都在加速增长。显而易见，汽车给人们的出行带来了极大的便利，但是，与此同时出现的还有一系列的问题，如交通事故、噪音污染以及汽车尾气污染物排放等问题。近年来，全世界汽车数量激增，尾气排放问题愈演愈烈，理所当然的成为了研究学者们越来越重视的问题。目前国内汽车主要采用柴油机和汽油机两类机型，然而其消耗的燃料却是不可再生资源[1]。燃料燃烧之后所生成的污染物，很大程度是由氮氧化合物和烟气微粒组成，排出的颗粒物已经极大地危害了人们的身体健康，给人们的生活带来了很多的不便。因为过多燃料的燃烧，大气中CO2 的含量不断增加，不仅破坏了环境，还加重了温室效应。
鉴于环境与能源的两重压力，为缓解石油压力和排放污染，发展醚类含氧燃料不但可以改善燃油的性能，而且减少了污染物的排放以及未来的车用能源压力。随着汽车尾气排放要求越来越高，车用醚类含氧燃料可以在发动机中单独作为燃料或以添加剂的形式与汽油、柴油混合使用，是实现高效清洁燃烧的重要途径之一，对于顶替化石燃料实现减排节能具有重大意义。
1.2国内外研究现状
车用燃料主要还是汽油和柴油,醇醚类燃料会有适度发展,一些新兴燃料逐渐出现在车用燃料的可能范围内，多元化燃料将是未来的必然选择[2]。能源危机和环境污染推进汽车能源体系转变,可再生、节能、环保、清洁的新型汽车替代燃料变成汽车行业的新宠.根据燃料是否可再生,将汽车替代燃料分为不可再生汽车替代燃料和可再生汽车替代燃料,并对天然气、液化石油气、醇醚类燃料、氢能源、植物油燃料、生物质裂解气燃料[3]。郭和军和王煊军等人发现醚类燃料可以有效减少废气中CO和HC ,特别是极大地减少碳烟及PM[4]。 为了满足日渐严格的汽车排放法规,国内外学者不断地寻找着用于柴油机的含氧燃料添加剂。目前已有报道的醚类物质有：乙醚、二甲醚、丁醚、聚甲氧基二甲醚、乙二醇单丁醚等相关醚类。近来，DME二甲醚是应用较多的柴油机醚类燃料。王贺武和周龙保等人研究加入二甲醚的发动机滞燃期缩短，喷油延迟期变长，致使最大压力和最高的爆发压力的升高率均低于柴油机，由此可见发动机燃用二甲醚具有良好的燃烧特性[5] 。谢萌和马志杰等人发现PODE可以单独作为柴油的替代燃料[6]；与此同时，王志与刘浩业等人研究20%的PODE34[7] 添加到柴油中，指示的热效率能够提高2%，轻型柴油机在大负荷工况下碳烟的排放下降90%；重型柴油机在欧洲稳态循环的颗粒物排放下降36.2%,有效热效率上升0.8%。郑利和郭和军发现汽油中添加20%乙二醇二甲醚[8]，发动机的燃烧性能最佳。另外长安大学的彭小红和杨璐等人探究了添加乙醚对生物柴油性能的影响,在1台单缸柴油机上对BD100生物柴油、D2.5与D5三种燃料燃烧与排放特性进行了对比试验研究[9]，发现乙醚可以改善生物柴油的燃烧和排放特征。蔡艳平和李艾华等人发现添加体积分数为15%或者25%的乙二醇单丁醚[10]能够有效降低发动机的碳烟以及相关污染物排放。还有郭大鹏用二甘醇二甲醚和丁醚[11]两种含氧燃料分别与柴油混合,添加这两种燃料都可以同时降低氮氧化物与颗粒物的排放。李铭迪通过生物柴油中添加乙醇、二甲醚、碳酸二甲酯[12]等，研究了关于前驱体的形成机理、中间燃烧产物形成过程、颗粒的氧化特性及结构特征。对于潜在可利用的醚类含氧化合物的开发利用，国外学者发现DIPE是一种潜在的提高汽油机性能、减少汽油机排放的含氧物，与汽油燃料相比，双汽油混合物产生更高的制动热效率、缸内压力和热释放率[13]。不仅限于单独醚类作为含氧替代燃料的开发，同时含氧化合物甲基叔丁基醚(MTBE)作为汽油添加剂已引起人们的关注， MTBE共混提高了制动热效率，降低了制动比能耗[14]。在尾气排放方面，CO和HC的排放量随着混合燃料中MTBE含量的增加而减少，但HC排放量并没有CO的排放量减少那么多。清华大学学者提出聚甲醛二甲醚也是一个潜在的替代燃料为柴油发动机或绿色燃料添加剂][15]。
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