生物柴油替代混合物化学动力学模型构建及路径分析

以癸酸甲酯(C11H22O2)和正庚烷(nC7H16)作为生物柴油替代混合物,通过相对分子质量、低热值以及含氧量与实际生物柴油对比确定两种组分按摩尔比1:1混合,并在此基础上构建了一个由691种组分、3226个基元反应组成的生物柴油替代混合物的化学动力学机理.在激波管条件下该机理计算的着火延迟与实验数据吻合很好;在发动机条件下该机理计算的缸内压力与实验值吻合很好,CO、未燃碳氢和NOx与实验结果趋势一致.此外,本文还对替代混合物的低温反应动力学过程进行了分析,结果表明癸酸甲酯脱氢产物主要为MD2J和MDMJ.MD2J在低温阶段的主要消耗途径除了加氧之外,还有与正庚烷基(C7H15-1)第一次加氧产物(C7H15O2-3)进行交叉反应;发生分解反应生成MP2D及与氧发生脱氢反应生成MD2D.另一种主要脱氢产物MDMJ在低温阶段的主要消耗途径为通过同分异构转化为MD2J和MD3J.     

适用于HCCI燃烧的汽油替代燃料化学动力学简化模型

建立了一个适用于由正庚烷、异辛烷、甲苯和二异丁烯组成的汽油替代燃料均质压燃着火(HCCI)燃烧过程的简化机理模型, 包含103 种组分199 个反应. 二异丁烯主要通过燃料的脱氧反应消耗掉, 生成三种同分异构体, JC₈H₁₅-A、JC₈H₁₅-B和JC₈H₁₅-D; 燃料的分解反应也是二异丁烯的另外一条主要消耗路径, 生成两种重要的C₄产物, TC₄H₉和IC₄H₇. 这些产物是CH₂O的主要来源. 甲苯掺比燃料(TRF)机理主要是基于Andrae 等建立的TRF半详细机理, 甲苯和二异丁烯子机理是通过路径分析和敏感性分析得到. 简化机理能够很好地模拟激波管里的着火延迟和HCCI发动机实验, 由此可知, 本文提出的简化机理用来模拟HCCI燃烧是可靠的.     

适用于HCCI的生物柴油替代混合物简化机理的构建及验证

A simplified mechanism of methyl decanoate and n-heptane blend was developed for a homogeneous charge compression ignition engine built from a previously reported detailed mechanism of a methyl decanoate and n-heptane. The simplified mechanism with 113 species and 306 reactions was developed using path flux and temperature sensitivity analyses. The simplified mechanism was validated against the experimental data of ignition delay time, in-cylinder pressure, and CO emissions. Results show that the simplified mechanism not only coincides with the ignition delay time of the methyl decanoate and n-heptane, but also the CO emissions, and can reproduce the variation of in-cylinder pressure. The simplified mechanism can be further validated by comparison with the detailed mechanism, which shows that the simplified mechanism can coincide with the in-cylinder pressure and temperature, and can reproduce the variation tendency of the core components. Thus, the reduced mechanism is a reasonable one.     

游离脂肪酶NS81006催化油脂醇解制备生物柴油的酶促反应动力学

探究了游离脂肪酶NS81006催化油脂甲(乙)醇解制备生物柴油的反应历程,并对该体系进行了酶促反应动力学研究.结果表明,催化过程中油脂同时存在酯交换及先水解再酯化两种反应历程.在以甲醇或乙醇作为酰基受体的反应过程中,酯交换反应速率明显大于水解反应速率.进一步研究表明,油脂甲醇解反应速率常数大于乙醇解,揭示了以甲醇或乙醇为不同酰基受体时反应速率存在差异的主要原因在于乙醇解反应的酯交换过程较慢.     

生物柴油简介

介绍了生物柴油作为燃料的性质、制备生物柴油的原料和生产方法。     

化学改性生物柴油制备润滑油基础油

用生物柴油来制备环氧生物柴油,然后在D001树脂的催化作用下,环氧生物柴油和异辛醇进行异构醚化开环反应,合成的改性生物柴油即为润滑油基础油.通过红外光谱对原料和产物的结构进行表征,并对合成的润滑油基础油的性能与环氧生物柴油和150SN矿物润滑油进行了比较.结果表明,所合成的润滑油基础油热稳定性好、黏温性能好、黏度指数大、氧化稳定性良好、承载能力和抗磨性能较好.同时考察了D001树脂重复使用性,发现重复使用5次后仍具有较高催化活性.     

固定化脂肪酶催化合成生物柴油

固定化脂肪酶催化合成生物柴油;转酯反应;固定化脂肪酶;菜籽油;甲醇;生物柴油     

大豆油生物柴油低温流动性能影响的研究

以大豆油为原料采用碱催化酯交换法合成生物柴油,测定了其酸值、游离甘油、总甘油、灰分、黏度和磷含量等指标。实验表明,共存的甲醇、水分和甘油酯对生物柴油的低温流动性能影响极少,饱和脂肪酸甲酯的同时析出对生物柴油低温流动性能起关键作用。考察了5种柴油降凝剂、0号和20号柴油以及乙醇对生物柴油低温流动性能的影响。0号柴油有效地改善生物柴油黏度,但对其低温流动性能影响不大。20号柴油和乙醇能显著降低生物柴油的凝点、倾点、冷滤点和黏度。其中3种降凝剂有效降低生物柴油的凝点和倾点,1种降凝剂能小幅度改善冷滤点,5种降凝剂都能使生物柴油的黏度小幅上升。     

废茶油的精制及其合成生物柴油的研究

本文以废茶油为原料,经过脱胶脱酸等预处理后与甲醇进行酯交换反应制取生物柴油.探讨了反应时间、反应温度、醇-油摩尔比和催化剂用量等因素对废茶油-甲醇酯交换反应的影响,并且采用正交实验优化合成条件,确定了反应的最佳操作条件以及影响反应的关键因素.研究结果表明,酯交换反应进行的最佳反应条件为:醇油摩尔比为25:1、催化剂用量为油重的1.0%、反应时间为30min、反应温度为60℃,茶油酸甲酯产率77.34%.     

废油脂催化转化制取生物柴油的研究

随着世界经济的发展,石化燃料已经不能满足世界经济发展的需要.以天然油脂为原料生产的生物柴油,作为一种可再生的清洁能源,目前已经受到世界各国的普遍关注.但是目前生产生物柴油使用最广泛的原料是纯菜籽油,生产成本较高,不具有与石化柴油竞争的能力.因此,本实验提出了利用餐     

异辛烷/正庚烷/乙醇三组分燃料着火的化学动力学模型

提出一个包括异辛烷、正庚烷和乙醇的三组分燃料的着火动力学模型, 该机理包括50 个组分和193 个反应. 通过路径分析和灵敏度分析, 给出了基础燃料在高低温条件下的不同反应路径和影响氧化过程的重要基元反应. 该机理预测的单组分(异辛烷、正庚烷、乙醇)燃料、双组分基础燃料和三组分燃料的点火延迟时间与实验值有很高一致性. 本文机理包含较少的组分数与反应数, 因而可适用汽油掺烧乙醇的多维计算流体动力学(CFD)数值模拟.     

RP-3航空煤油替代燃料及其化学反应动力学模型

本文提出了40%(摩尔分数, 下同)正癸烷、42%正十二烷、13%乙基环己烷和5%对二甲苯的四组分RP-3 航空煤油替代燃料模型, 并通过实验充分验证了替代燃料模型与实际RP-3 航空煤油在理化特性上的相似性. 采用对冲火焰实验台架, 测量了RP-3航空煤油以及四组分替代燃料的层流火焰传播速度. 对比结果表明本文提出的替代燃料能够准确描述实际RP-3航空煤油的燃烧速率. 进一步发展了包含168组分、1089反应的半详细反应动力学模型, 验证结果表明本文机理能够准确预测RP-3航空煤油着火延迟时间和火焰传播速度.     

汽油替代燃料燃烧过程中多环芳烃生成的化学动力学模型

提出了一个包含103组分和395个基元反应, 能够较好描述多组分汽油替代燃料多环芳烃(PAHs)生成的化学动力学机理模型. 计算结果与实验数据的对比表明, 该机理能够准确地计算乙烯、甲苯、正庚烷预混火焰和正庚烷部分预混对冲火焰中PAHs及其前驱物组分分布. 虽然本文机理目前还无法直接应用于汽油燃烧过程的PAHs多维数值模拟, 但与现有的汽油替代燃料PAHs机理相比, 本文提出的机理规模更小, 距离实际应用的目标更近.     

RP-3替代燃料自点火燃烧机理构建及动力学模拟

通过对RP-3 航空煤油成分的分析, 以及对8 组替代模型的对比实验, 选取了73.0%(质量分数)正十二烷, 14.7% 1,3,5-三甲基环己烷, 12.3%正丙基苯作为RP-3 航空煤油的替代模型. 使用本课题组自主研发的机理自动生成程序ReaxGen, 构建了RP-3 替代燃料的高温燃烧详细机理, 用该机理模拟了激波管点火延时, 并与实验数据进行比较. 用物质产率分析和近似轨迹优化算法(ATOA)简化方法简化了详细机理. 最后对燃烧机理在不同化学计量比及压力条件下的点火延时做了敏感度分析, 考察了燃烧机理在不同化学计量比下关键反应的异同. 结果表明, 该替代模型的燃烧机理能很好地描述RP-3煤油的高温点火特性.     

航空煤油替代燃料模型构建方法及HEF航空煤油替代燃料模型

本文在完善燃烧化学特性参数,发展更准确的混合物特性参数计算方法的基础上,提出一套完整的、精确的航煤替代燃料模型构建方法。并采用定容燃烧弹实验系统首次测量了初始温度420和460 K、压力0.1 MPa,实际HEF航煤以及代表性组分十氢萘的层流火焰传播速度,为本文发展和验证替代燃料模型提供充分的实验数据。依据该方法提出了摩尔分数为65%正十二烷、10%正十四烷、25%十氢萘三组分HEF航煤替代燃料模型。充分的的实验和计算结果验证表明,替代燃料模型与实际HEF航煤在物理特性和燃烧化学特性方面有很高的相似性。本文提出的HEF航煤替代燃料模型和实验测量的层流火焰传播速度,为后续化学反应机理的发展与验证奠定了基础。     

汽油多组分表征燃料简化动力学模型的系统化构建及验证

提出了一套系统化多级机理简化策略,包含基于误差传播的直接关系图法、峰值浓度分析法、线性同分异构体集总法、主组分分析法、温度敏感性分析和产率分析法,并将其应用于汽油四组分表征燃料详细反应机理的简化,构建了适用于HCCI发动机燃烧边界下的简化机理模型,包含149个物种、414个反应。通过与激波管、快速压缩机、增压HCCI发动机实验数据的对比验证表明,新机理可以准确地预测较宽范围条件下的着火滞燃期,在HCCI发动机的单区模型计算中,该机理对缸内燃烧和排放的预测结果是令人满意的。放热率分析表明, R + O₂反应是控制中间温度区放热的关键基元反应,在高压低温下,异辛烷的放热起到决定性作用。添加2-戊烯之后,使得四组分模型相较于三组分模型更为准确,尤其是对于第一阶段着火滞燃期有显著影响,为进一步探索调和燃料组分比例控制HCCI燃烧提供了一条新思路。     

适用于HCCI燃烧研究的甲苯参比燃料化学动力学简化模型

提出了一个适用于均质压燃着火(HCCI)燃烧过程的甲苯参比燃料简化机理模型, 包含70种组分和196个反应. 低温简化机理选用Tanaka等人构建的基础燃料氧化机理中的部分反应, 加入本文构建的甲苯简化子机理中. 高温简化机理主要利用到Patel等人的研究成果, 同时加入关键反应[H+O₂+M=O+OH+M]. 简化机理分别对替代混合物中的单组分、双组分、三组分物质进行了着火延迟期的预测计算, 预测结果与实验结果较为吻合. 与HCCI发动机实验的验证表明, 对于各工况下甲苯参比燃料的缸内计算, 该机理的预测能力是令人满意的. 由此可知, 本文提出的TRF简化机理在HCCI燃烧方面的预测性能是可靠的. HCCI发动机工况下最大放热率时刻的敏感性分析表明, 随着压力的升高, C₆H₅与O₂的反应变得更加重要; 甲醛是非常重要的中间产物, 是不应当被忽略的.     

NOFBX新型绿色推进剂燃烧化学反应动力学模型

本文以具有绿色无毒、高性能、低成本等诸多优势的N_2O-C_2烃类燃料单元复合推进剂(即NOFBX)为对象,首先发展了包含52组分、325反应的燃烧化学反应机理模型。该机理不仅能够准确计算N_2O热解过程中重要组分的分布,而且能够在较宽的温度、压力、化学计量比范围内准确预测N_2O-C_2烃类燃料体系的着火延迟时间和层流火焰传播速度。鉴于本文提出的N_2O-C_2烃类燃料反应机理具有机理规模小、实验验证充分的特点,有望在NOFBX发动机的多维燃烧数值模拟中得到广泛应用。