生物柴油-生物油乳化油的燃烧排放特性

在一台未作改动的直喷式柴油机上研究了生物油质量分数分别为10%和20%的生物柴油生物油乳化油的燃烧与排放特性。结果表明:与生物柴油相比,燃用乳化油时燃烧始点推迟,预混燃烧放热峰值升高,扩散燃烧放热峰值、最高燃烧压力和燃烧温度降低,燃烧持续期缩短,且随着生物油含量增加以上趋势更明显。燃用含10%生物油的乳化油时燃油经济性较生物柴油略低,与0号柴油相当,而燃用含20%生物油的乳化油时燃油经济性则低于生物柴油和0号柴油。乳化油的NO_x排放明显低于生物柴油,而碳烟排放高于生物柴油,但低于0号柴油。     

多组分生物燃料液滴蒸发过程研究

生物乙醇和生物柴油是发展迅速且潜力巨大的两种生物燃料,在最近关于生物乙醇、生物柴油与常规柴油掺混的三组分燃料的研究中发现了许多良好的燃烧特性。然而,人们对于这种轻质+中质+重质组成的新燃料的蒸发和燃烧机理尚不清楚,其蒸发特性尚待研究。本文在建立的描述多组分液滴蒸发所需的气相模型、液相模型、气液界面耦合方程基础上,对多组分生物燃料液滴的蒸发过程进行了研究并得到液滴表面以及内部详细的组分和温度分布。     

基于激光诱导炽光法的生物柴油碳烟测量

生物柴油的原料多元化,制备出的生物柴油理化特性也大不相同,因此其污染物排放特性需进一步研究。本文利用基于消光法标定的激光诱导炽光技术来测量一系列生物柴油的碳烟体积分数,以探究含氧生物燃料与传统柴油掺混后的基础碳烟排放特性。结果表明,纯含氧生物燃料的碳烟体积分数峰值较低,仅为传统柴油的7.1%～30.5%。碳烟的形成随着生物柴油掺混比例增加而呈下降趋势,与含氧燃料掺混传统柴油的碳烟排放特性一致,而不饱和度较高的生物燃料更倾向于更多的碳烟排放。生物柴油产生的粒径颗粒相对较小,比传统柴油小了大约9.5%～41.3%。碳烟颗粒物形貌方面,生物柴油与传统柴油均呈现出团簇结构,而高饱和度的生物柴油产生的碳烟颗粒粒径相对较大,但数量密度较低。     

柴油机醛酮污染物排放规律的试验研究

采用DNPH衍生法和液相色谱(HPLC)技术对生物柴油发动机排气中的羰基化合物(醛、酮)进行了捕集和分离测定,通过燃用BD100,BD50,BDO三种不同调合比例的生物柴油,测量了标定转速,不同负荷下的醛、酮污染物.在此基础上,分析了燃料组分、燃烧参数、排气温度等因素对醛、酮污染物排放的影响.结果表明,根据衍生剂与羰基...     

混合时间对燃烧稳定性影响的实验研究

燃烧振荡是不稳定燃烧过程与燃烧室内声波耦合产生的一种现象,在燃气轮机的贫预混燃烧室中较为常见,其发生易损坏燃烧室结构及缩短运行寿命。本文通过模型燃烧室进行系列实验研究燃料与空气的混合时间对旋流预混燃烧稳定性的影响规律。实验中通过改变预混长度和空气流速来改变混合时间,通过变当量比获得燃烧振荡与稳定的范围。实验结果表明混合时间对燃烧稳定性有重要影响,仅当混合时间处于一定区间内时才有可能发生燃烧振荡,发生燃烧振荡的当量比范围也与混合时间有关。本文同时还研究了燃烧振荡频率、振幅与当量比和空气流速的关系。     

柴油引燃天然气的双燃料燃烧机理的研究

本文介绍在一台光学发动机上,利用高速数字摄像和数据采集技术,对柴油引燃天然气双燃料发动机的着火、火焰传播、气缸内压力、压力升高率等变化规律进行的研究。结果表明,采用双燃料的燃烧方式具有明显的多点着火型的预混燃烧特点,与采用纯柴油的燃烧方式相比,燃烧持续期短、产生的碳烟少,但爆发压力高、压力升高率大。     

玉米秸秆生物油-柴油乳化油的燃烧特性

试验用生物油是玉米秸秆快速热解液化的产物,主要成分为含氧有机混合物和水,不宜直接作为燃料使用,但与柴油乳化后可实现其在发动机中应用.在一台未作改动的直喷式柴油机上研究了玉米秸秆生物油质量分数分别为10%(B10)和20%(B20)的生物油-柴油乳化油的燃烧特性.结果表明:与0号柴油相比,乳化油的滞燃期延长,预混燃烧放热...     

航空煤油火焰传播速度实验与动力学研究

航空煤油火焰传播特性对航空动力装置的研发与设计均具有重要意义。本文在液体燃料对冲火焰实验台上,使用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)在较宽的当量比范围内,测量了三种煤油表征燃料与空气掺混气的层流火焰传播速度。在标准大气压下,初温378 K时正癸烷、甲基环己烷和初温388 K时甲苯与空气预混气燃烧时能够达到的最大火焰传播速度为64.2 cm/s、58.3 cm/s和52.4 cm/s。在实验数据的基础上,进一步采用Chemkin软件对预混火焰进行了动力学分析,探讨了造成三种燃料火焰传播性质差异的动力学原因。     

基于AdapChem方法的甲烷预混和非预混燃烧数值计算

采用自适应化学理论AdapChem的方法对两种CH4/空气部分预混、非预混火焰的燃烧过程开展了数值模拟工作.计算得到了两种燃烧工况下,几种重要的主量成分、非主量成分的浓度值;同时对反应放热和HCO之间的潜在关系进行了分析.通过对两种工况下模拟结果的比较,AdapChem方法合理预报了甲烷预混和非预混燃烧过程的各种物理化学特性,并达到了节约计算时间的目的.     

准二维狭缝ODPP/OESC的研究分析

针对准二维狭缝燃烧系统,进行了扩散燃烧、预混燃烧、空气部分预混燃烧以及稀氧部分预混/富氧补燃(ODPP/OESC)等燃烧技术的排放特性对比;并进行了稀氧部分预混/富氧补燃技术中不同预混氧浓度、不同补燃氧浓度、不同预混当量比以及不同补燃位置火焰的燃烧特性以及污染物的生成特性的对比分析。研究结果表明,ODPP/OESC的燃烧工艺,能够有效地实现燃烧过程中高效率和低排放的双优化,随着预混当量比的增大以及后期补燃位置的增大,快速型NO_x生成比重明显增大。     

掺混PODE对汽油–柴油双燃料发动机燃烧及碳烟生成特性研究

本文针对清洁燃料替代传统燃料,在光学发动机上,利用高速成像技术结合双色法采集了柴油掺混聚甲氧基二甲醚(PODE)-汽油反应活性控制压燃模式下的缸内燃烧特性及碳烟生成过程。试验结果表明：相同预混比下随着PODE的掺混增加,缸内压力峰值、放热率峰值、压力升高率都随之降低,着火延迟期延长,燃烧持续期增加,燃烧相位后移,燃烧趋于平缓。在预混比为50%时,直喷P20D80及P50D50的单循环燃烧总放热量分别为直喷P0D100总放热量的97.89%和95.39%,单循环碳烟生成总量分别为直喷P0D100的55.22%和36.55%,碳烟高温区域分别减少了52.9%和73.32%,碳烟平均温度的稳定值分别降低了6.65 K和20.25 K,碳烟平均KL因子的稳定值分别降低了10.35%和16.12%。相较而言P50D50作为直喷燃料既能保证较高燃烧热效率,又能有效抑制碳烟的生成。     

大分子碳氢燃料层流预混火焰相似性研究

在广泛的压力、温度、当量比、已燃气体掺混率和热损失率状况下,对大分子碳氢燃料/空气层流预混火焰的相似性进行理论和计算研究,成功地将层流预混火焰相似性研究和S2FT方法推广到了大分子碳氢燃料,数据压缩率至少为两个数量级以上.     

双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟

对双层多孔介质燃烧器内丙烷/空气预混燃烧进行实验和数值研究.实验对多孔介质燃烧器内固体温度场分布进行测量分析;数值计算利用商业软件FLUENT6.2,通过添加用户自定义标量方程和用户自定义函数,对有壁面散热的双层多孔介质内预混燃烧进行了二维模拟,并与实验结果进行了比较.结果表明,双层多孔介质燃烧器具有良好的稳定燃烧范围和较低的污染物排放;壁面散热对多孔介质燃烧的影响不可忽视.     

生物柴油发动机非常规排放的FTIR检测

采用傅里叶变换红外光谱FTIR,研究了汽车发动机燃用生物柴油的非常规排放物。所用燃料分别为纯柴油、纯生物柴油、生物柴油掺混比为20%的B20混合燃料。结果表明,该机燃用纯柴油和B20燃油的甲醛排放差别不大,纯生物柴油的甲醛排放则明显高于柴油。燃用B20燃油的乙醛排放略低于纯柴油;纯生物柴油的乙醛排放在中低负荷低于纯柴油,在高负荷时高于柴油及B20燃油。燃用B20燃油和纯生物柴油的丙酮排放要高于柴油,但排放量均较低。随着生物柴油掺混比例的增加,发动机甲苯和二氧化硫均呈逐渐下降趋势,纯生物柴油的二氧化硫排放大幅降低。燃用生物柴油后,发动机的二氧化碳排放有所降低,表明了生物柴油有利于温室气体的控制。     

堆积床内甲烷/空气预混燃烧的理论分析

在多孔介质内组织预混燃烧,燃气与多孔介质有强烈的换热作用,燃烧过程伴随着化学反应和热输运的强烈耦合。本文以惰性氧化铝球堆积床内的甲烷/空气预混燃烧为例,提出解析模型,对燃烧过程进行理论分析,给出温度分布的解析解,发现了超绝热火焰温度燃烧现象。     

柴油掺混正丁醇对火焰发展及光谱的影响

正丁醇是一种很有前景的柴油替代燃料,针对缸内火焰发展和燃烧中间产物的自发光光谱开展研究,有助于深入理解柴油掺混正丁醇混合燃料对柴油机燃烧过程的影响规律。因此,在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究纯柴油与柴油掺混不同比例正丁醇后对发动机缸内火焰发展和自发光光谱的影响。试验过程中,光学发动机转速为1 200 r·min~(-1),喷油压力为600 bar,进气加热到398 K,使上止点附近达到约900 K温度。纯柴油、柴油掺混20%正丁醇燃料和柴油掺混40%正丁醇燃料分别用D100, DB20和DB40表示,三种燃料在每个着火循环喷入的油量分别为17.5, 18.7和19.2 mg,从而保证发动机输出功相同。试验结果表明:冷却水温不变时,喷油时刻推迟,滞燃期缩短,初始火核形成时刻推迟,蓝色预混火焰比例减小;喷油时刻不变时,提高冷却水温度,滞燃期缩短,初始火核形成时刻提前,蓝色预混火焰比例减小。随着正丁醇掺混比例增加,呈现局部混合气率先着火的特征且着火时刻推迟,蓝色预混火焰比例增加,火焰亮度降低,火焰亮度从大到小依次为:D100DB20DB40。D100燃料随喷油推迟,整体光谱的峰值向长波方向移动,碳烟辐射增强, OH谱带的光强峰值先增大后减小, OH和CH_2O谱带出现的时刻推迟,表明高温和低温反应时刻推迟;喷油时刻不变时,提高冷却水温,整体光谱的光强增加, OH和CH_2O谱带的出现时刻提前,表明高温和低温反应时刻提前。掺混正丁醇后的DB40燃料随喷油推迟,光谱的整体光强增加, OH和CH_2O谱带的光强峰值提高,表明推迟喷油对DB40燃料也是有助于促进高温和低温反应。DB40燃料光谱的整体光强低于D100燃料,其OH和CH_2O的谱带出现的时刻迟于D100燃料,表明掺混正丁醇后燃料的高温和低温反应时刻都相对D100燃料推迟。SOI-15、冷却水温95℃工况下, D100燃料的谱线经过2℃A就呈现出了类似碳烟黑体辐射谱的特征,而DB40燃料先呈现出CO氧化连续谱的特征,经过15℃A才呈现碳烟黑体辐射谱的特征。     

径向微通道中甲烷/空气预混燃烧的实验研究

对底部加热、间距为2 mm、半径为25 mm的径向微通道中甲烷/空气的预混燃烧进行了系统的实验研究,通过高速数码摄像机发现了圆形的稳定火焰和非稳定火焰、透平叶片形旋转火焰、移动式火焰以及三分叉旋转火焰等多种火焰形态,在此基础上得到了以预混气进口速度和当量比为坐标的火焰形态谱图,表明火焰形态的形成与预混气进口速度和当量比之间有着密切的关系。对燃烧产物的测试和分析证实了燃烧效率的高低与火焰形态之间有着直接的联系。     

柴油/甲醇组合燃烧特性及道路试验研究

在一台单缸增压中冷试验发动机上,研究了高转速下柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式的缸内燃烧特性,结果表明DMCC模式具有预混燃烧比例成倍增加,燃烧持续时间大大缩短的特点;另外,DMCC模式的放热中心时刻提前,排气温度降低,热效率相比纯柴油模式得到大比例提高。在一辆重型卡车上进行了DMCC模式的道路试验,发现DMCC模式甲醇对柴油的替代率达到了28.28%,替换比仅为1.36,百公里平均燃料效率提高了11.15%。     

生物柴油/柴油颗粒的拉曼光谱分析

为了进一步降低柴油机燃用生物柴油的颗粒排放,利用激光拉曼光谱技术,研究了柴油机应用废气再循环(EGR)前后,燃烧柴油(B0)、生物柴油(B100)及其调和油(B50)的颗粒微观结构,采用五带拟合法对一阶拉曼光谱进行拟合,并计算了颗粒石墨微晶尺寸和石墨晶格C—C键长。结果表明：随着生物柴油掺混比的增加,颗粒D1带的半高宽增加,颗粒化学异相性增强;I_D1/I_G逐渐减小,颗粒中有序石墨结构含量增加,石墨化程度提高。引入EGR会使得颗粒D1带的半高宽增加,颗粒化学异相性增强;I_D1/I_G升高,颗粒有序石墨结构含量减少,石墨化程度降低,B0,B50和B100颗粒的I_D1/I_G在应用EGR前后分别降低了约8.5%,10.6%和11.8%。六种颗粒的缺陷类型主要属于石墨烯层边缘缺陷,掺混生物柴油和引入EGR均会使得颗粒碳层边缘缺陷浓度增加,颗粒中挥发性有机物的官能团含量增加,增强了颗粒氧化活性。掺混生物柴油使得颗粒石墨微晶尺寸增加,EGR使得颗粒石墨微晶尺寸减小,生物柴油和EGR对柴油机颗粒石墨晶格C—C键长影响不大,C—C键长约为0.142 nm。     

DLN燃烧室的燃料-空气预混均匀性研究

参照国产燃机DLN燃烧室的燃料-空气预混机构,模化设计了相应的试验装置,并在冷态条件下,测量了燃料-空气的预混预均匀性,发现无论在径向还是周向的燃料分空间布都极不均匀,这对控制燃烧时的NOx排放显然是十分不利的。为此,本文进一步分析了影响预混均匀性的各种因素,指出该燃烧室的预混不均的主要原因是燃料-空气射流动量比偏小,预混长度短和燃料径向喷射不匀,并通过实验验证了上述分析,提出了改进的措施和方向。