汽油替代模型燃料组分对芳香烃生成的影响研究【字数：22451】
为研究汽油替代燃料组分对芳香烃生成的影响，本文将替代燃料中的三种主要组分正庚烷、异辛烷和甲苯组合成替代模型燃料进行了分析。通过化学计算软件CHEMKIN分别计算出这三种物质以不同比例混合燃烧的数据。并将数据导出、处理，利用Origin绘图软件绘制出A1~A7摩尔分数随温度的变化曲线。研究结果表明，在温度、压力一定的条件下，随着当量比的增加，各类芳香烃生成的摩尔分数越大，说明当量比对芳香烃的生成有一定影响。在相同的条件下，正庚烷燃烧生成的芳香烃的量小于异辛烷和甲苯，且甲苯燃烧生成芳香烃的量最大，说明燃料中应尽量增大正庚烷所占比重，尽量减少异辛烷，特别是甲苯的比重。此外，还发现，在同一燃烧环境下，A1~A7开始生成的温度和被完全反应的温度逐渐增加；A1~A4可以在达到某一温度时被完全反应，而A5~A7不会被完全反应。
目 录
1绪论 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2国内外的研究现状 1
1.2.1对汽油替代模型燃料各组分的燃烧特性的研究 1
1.2.2对芳香烃生成的研究 2
1.3本文的主要研究工作 3
2机理的构建 4
2.1机理的构建 4
2.1.1燃烧机理 4
2.2.2模拟工况 5
2.2芳香烃机理 6
2.3本章小结 6
3汽油替代模型燃料各组分的燃烧分析 8
3.1正庚烷在不同当量比下燃烧生成芳香烃分析 8
3.1.1正庚烷燃烧时生成的A1分析 8
3.1.2正庚烷燃烧时生成的A2~A4分析 8
3.1.3正庚烷燃烧时生成的A5~A7分析 10
3.2异辛烷在不同当量比下燃烧生成的芳香烃分析 11
3.2.1异辛烷燃烧时生成的A1分析 11
3.2.2异辛烷燃烧时生成的A2~A4分析 12
3.2.3异辛烷燃烧时生成的A5~A7分析 14
3.3甲苯在不同当量比下燃烧生成的芳香烃分析 16
3.3.1甲苯燃烧时生成的A1分析 16
3.3.2甲苯燃烧时生成的A2~A4分析 16
3.3.3甲苯燃 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
烧时生成的A5~A7分析 18
3.4本章小结 20
4模型燃料组分比例对多环芳香烃形成的影响 21
4.1计算条件 21
4.1.1正庚烷和异辛烷不同比例混合的计算条件 21
4.1.2加入10%的甲苯后，正庚烷和异辛烷不同比例混合的计算条件 21
4.1.3加入20%的甲苯后，正庚烷和异辛烷不同比例混合的计算条件 21
4.2正庚烷与异辛烷以不同比例混合燃烧对芳香烃生成的影响研究 22
4.2.1正庚烷异辛烷以不同比例混合燃烧生成的A1分析 22
4.2.2正庚烷异辛烷以不同比例混合燃烧生成的A2~A4分析 23
4.2.3正庚烷异辛烷以不同比例混合燃烧生成的A5~A7分析 25
4.3混入甲苯的比例对多环芳香烃形成的影响 28
4.3.1混入10%和20%甲苯后燃烧生成A1分析 28
4.3.2混入10%和20%甲苯后燃烧生成A2~A4分析 29
4.3.3混入10%和20%甲苯后燃烧生成A5~A7分析 33
4.4本章小结 38
5全文总结 39
参考文献 40
致谢 41
1绪论
1.1选题的背景及意义
最近几年我国的空气质量不容乐观，雾霾已经成为很多大城市的常见现象，严重影响了人们的出行和健康。汽车排出的污染物是我国城市空气污染的重要来源之一，如：CO、NO2、HC、颗粒物等。其中，造成灰霾的重要原因是颗粒物排放。芳香烃作为形成颗粒物排放的重要前驱体，研究芳香烃的形成对于降低颗粒物排放具有重要的理论指导意义。除此之外，芳香烃自身就对人体有很多不良的影响，即使只有少数的芳香烃存在于空气中，但经过不断地生成、迁移、转化和降解，通过呼吸道、皮肤、消化道进入人体后，对人类的健康有着极大地威胁。多数多环芳香烃均具有致癌性，在目前已知的500多种致癌性化合物中，就有200多种为多环芳香烃[1]。
能源的消耗是人类生存和发展过程中的重大难题，随着我国汽车的普及，对能源的需求更大，所以为缓解我国石油资源匮乏和需求之间的矛盾，实现我国长期可持续的经济发展和环境保护。需要发展内燃机替代清洁燃料以部分取代石油基燃料即汽油和柴油[2]。为了减少对环境的污染，要开展汽油替代燃料组分对芳香烃生成的影响的研究[3]。
通过分析替代模型燃料中正庚烷、异辛烷和甲苯三种组分的理化性质，采用化学动力学计算软件CHEMKIN[4]，即可得到替代模型燃料组分的比例对芳香烃生成的影响规律。在实际应用中就可以通过调整替代燃料组分来减少芳香烃的生成，从而对于降低颗粒物的排放有益，进而减少空气的污染，保护我们赖以生存的生态环境。
1.2国内外的研究现状
1.2.1对汽油替代模型燃料各组分的燃烧特性的研究
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室的雒婧与河北工业大学能源环境工程学院的尧命发等人[5]提出了一个新的正庚烷/甲苯混合物燃烧化学动力学简化机理，来研究多环芳香烃的生成。他们分析了机理的敏感性,发现：甲苯反应路径中的C6H5及C6H4O2生成了乙炔,它们是PAH的重要前驱物，这说明在正庚烷中加入甲苯对碳烟的生成有很大的影响；在甲苯、正庚烷的分解反应及小分子烃的裂解和氧化反应中过氧化氢自由基HO2和羟自由基OH都起着非常重要的作用。
四川大学化学工程学院的华晓筱、谈宁馨等人[6]模拟了在不同条件下正庚烷的绝热火焰温度和点火延时，来探讨热力学数据的精度对正庚烷燃烧模拟结果的影响。同时也对燃烧反应的点火延时做了敏感度分析，探讨了是哪种物质对点火具有较大的影响。他们模拟的结果表明:核心机理的热力学数据精度对正庚烷燃烧的模拟结果具有较大影响，而C4以上物种的热力学数据精度对模拟的结果影响不大。
上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室的吉丽斌、吕兴才、马骏骏、黄震等人[7]在经改装过的单缸发动机上进行了双燃料分层充质压缩着火(SCCI)燃烧的试验研究。他们的研究表明：双燃料SCCI燃烧是一种既包含扩散燃烧又包含预混合燃烧的复合燃烧形式，ΦD不仅对SCCI燃烧中柴油自身的燃烧情况又影响，对异辛烷的着火状况也有一定的影响。在异辛烷的预喷射油量固定的情况下，就会有相应的最优柴油直喷当量比。在此ΦD条件下柴油燃烧充分，且异辛烷的着火状况最好，异辛烷的燃烧过程最接近均质压燃；同时，发动机的燃油经济性提高，整体上的排放量显著降低。随着给定的异辛烷当量比ΦP的增大，最优直喷当量比ΦD会逐渐减小。
目 录
1绪论 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2国内外的研究现状 1
1.2.1对汽油替代模型燃料各组分的燃烧特性的研究 1
1.2.2对芳香烃生成的研究 2
1.3本文的主要研究工作 3
2机理的构建 4
2.1机理的构建 4
2.1.1燃烧机理 4
2.2.2模拟工况 5
2.2芳香烃机理 6
2.3本章小结 6
3汽油替代模型燃料各组分的燃烧分析 8
3.1正庚烷在不同当量比下燃烧生成芳香烃分析 8
3.1.1正庚烷燃烧时生成的A1分析 8
3.1.2正庚烷燃烧时生成的A2~A4分析 8
3.1.3正庚烷燃烧时生成的A5~A7分析 10
3.2异辛烷在不同当量比下燃烧生成的芳香烃分析 11
3.2.1异辛烷燃烧时生成的A1分析 11
3.2.2异辛烷燃烧时生成的A2~A4分析 12
3.2.3异辛烷燃烧时生成的A5~A7分析 14
3.3甲苯在不同当量比下燃烧生成的芳香烃分析 16
3.3.1甲苯燃烧时生成的A1分析 16
3.3.2甲苯燃烧时生成的A2~A4分析 16
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烧时生成的A5~A7分析 18
3.4本章小结 20
4模型燃料组分比例对多环芳香烃形成的影响 21
4.1计算条件 21
4.1.1正庚烷和异辛烷不同比例混合的计算条件 21
4.1.2加入10%的甲苯后，正庚烷和异辛烷不同比例混合的计算条件 21
4.1.3加入20%的甲苯后，正庚烷和异辛烷不同比例混合的计算条件 21
4.2正庚烷与异辛烷以不同比例混合燃烧对芳香烃生成的影响研究 22
4.2.1正庚烷异辛烷以不同比例混合燃烧生成的A1分析 22
4.2.2正庚烷异辛烷以不同比例混合燃烧生成的A2~A4分析 23
4.2.3正庚烷异辛烷以不同比例混合燃烧生成的A5~A7分析 25
4.3混入甲苯的比例对多环芳香烃形成的影响 28
4.3.1混入10%和20%甲苯后燃烧生成A1分析 28
4.3.2混入10%和20%甲苯后燃烧生成A2~A4分析 29
4.3.3混入10%和20%甲苯后燃烧生成A5~A7分析 33
4.4本章小结 38
5全文总结 39
参考文献 40
致谢 41
1绪论
1.1选题的背景及意义
最近几年我国的空气质量不容乐观，雾霾已经成为很多大城市的常见现象，严重影响了人们的出行和健康。汽车排出的污染物是我国城市空气污染的重要来源之一，如：CO、NO2、HC、颗粒物等。其中，造成灰霾的重要原因是颗粒物排放。芳香烃作为形成颗粒物排放的重要前驱体，研究芳香烃的形成对于降低颗粒物排放具有重要的理论指导意义。除此之外，芳香烃自身就对人体有很多不良的影响，即使只有少数的芳香烃存在于空气中，但经过不断地生成、迁移、转化和降解，通过呼吸道、皮肤、消化道进入人体后，对人类的健康有着极大地威胁。多数多环芳香烃均具有致癌性，在目前已知的500多种致癌性化合物中，就有200多种为多环芳香烃[1]。
能源的消耗是人类生存和发展过程中的重大难题，随着我国汽车的普及，对能源的需求更大，所以为缓解我国石油资源匮乏和需求之间的矛盾，实现我国长期可持续的经济发展和环境保护。需要发展内燃机替代清洁燃料以部分取代石油基燃料即汽油和柴油[2]。为了减少对环境的污染，要开展汽油替代燃料组分对芳香烃生成的影响的研究[3]。
通过分析替代模型燃料中正庚烷、异辛烷和甲苯三种组分的理化性质，采用化学动力学计算软件CHEMKIN[4]，即可得到替代模型燃料组分的比例对芳香烃生成的影响规律。在实际应用中就可以通过调整替代燃料组分来减少芳香烃的生成，从而对于降低颗粒物的排放有益，进而减少空气的污染，保护我们赖以生存的生态环境。
1.2国内外的研究现状
1.2.1对汽油替代模型燃料各组分的燃烧特性的研究
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室的雒婧与河北工业大学能源环境工程学院的尧命发等人[5]提出了一个新的正庚烷/甲苯混合物燃烧化学动力学简化机理，来研究多环芳香烃的生成。他们分析了机理的敏感性,发现：甲苯反应路径中的C6H5及C6H4O2生成了乙炔,它们是PAH的重要前驱物，这说明在正庚烷中加入甲苯对碳烟的生成有很大的影响；在甲苯、正庚烷的分解反应及小分子烃的裂解和氧化反应中过氧化氢自由基HO2和羟自由基OH都起着非常重要的作用。
四川大学化学工程学院的华晓筱、谈宁馨等人[6]模拟了在不同条件下正庚烷的绝热火焰温度和点火延时，来探讨热力学数据的精度对正庚烷燃烧模拟结果的影响。同时也对燃烧反应的点火延时做了敏感度分析，探讨了是哪种物质对点火具有较大的影响。他们模拟的结果表明:核心机理的热力学数据精度对正庚烷燃烧的模拟结果具有较大影响，而C4以上物种的热力学数据精度对模拟的结果影响不大。
上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室的吉丽斌、吕兴才、马骏骏、黄震等人[7]在经改装过的单缸发动机上进行了双燃料分层充质压缩着火(SCCI)燃烧的试验研究。他们的研究表明：双燃料SCCI燃烧是一种既包含扩散燃烧又包含预混合燃烧的复合燃烧形式，ΦD不仅对SCCI燃烧中柴油自身的燃烧情况又影响，对异辛烷的着火状况也有一定的影响。在异辛烷的预喷射油量固定的情况下，就会有相应的最优柴油直喷当量比。在此ΦD条件下柴油燃烧充分，且异辛烷的着火状况最好，异辛烷的燃烧过程最接近均质压燃；同时，发动机的燃油经济性提高，整体上的排放量显著降低。随着给定的异辛烷当量比ΦP的增大，最优直喷当量比ΦD会逐渐减小。
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