F-T柴油掺混乙醇/正丁醇对柴油机燃烧排放的数值模拟及试验研究

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我国是一个“富煤少油”的大国，通过煤炭间接液化技术得到的 F-T 柴油以其硫含量和芳香烃含量低的优势，逐渐成为清洁燃料领域的研究热点。与传统柴油相比，F-T柴油的制取成本相对较高，且F-T柴油的十六烷值较大，在部分工况下会导致发动机燃烧和排放特性恶化。乙醇/正丁醇的十六烷值远低于F-T柴油，价格低廉，且因其自身含氧而能有效降低柴油机碳烟排放，与 F-T 柴油掺烧理论上可以改善发动机的燃烧性能、排放性能及经济性。为了直观研究 F-T 柴油的燃烧及排放特性，以喷油规律为研究变量，开展发动机燃烧和排放过程的三维模拟计算。模拟结果表明，与矩形喷油规律相比，梯形喷油规律喷油初期喷油量小，导致缸内压力峰值较低，缸内燃烧较为柔和。并且在梯形喷油规律下，滞燃期较长，预混阶段放热量小，Soot 排放低。与靴形喷油规律相比，梯形喷油规律喷油重心提前，导致缸内压力峰值较高，扩散燃烧阶段放热量小，燃烧温度相对较低，NO排放量少。开展了F-T柴油与乙醇/正丁醇的互溶性试验，结果表明，小比例乙醇与F-T柴油互溶性较好，当乙醇体积比升高至 10%时，互溶性较差，需加入少量助溶剂以提高混合燃料的稳定性。正丁醇与F-T柴油互溶性较好，且静置30天未出现分层现象。基于燃料互溶性试验，在发动机台架试验中，以 F-T 柴油为基础配制了五种燃料，分别为纯F-T柴油、乙醇体积比分别为5%和10%的F-T/乙醇混合燃料以及正丁醇体积比分别为8%和16%的F-T/正丁醇混合燃料，依次记作：FT、E5FT、E10FT、B8FT和B16FT。搭建了F-T柴油掺混乙醇/正丁醇的台架试验，结果表明，转速不变时，随着负荷降低，五种燃料缸内压力峰值均降低，且添加乙醇/正丁醇的混合燃料压力峰值明显高于F-T柴油。额定转速不同负荷时，混合燃料压力升高率峰值均比F-T柴油高，且压力升高率峰值随着混合燃料中醇类比例的增大而增大。额定转速不同负荷工况时，混合燃料瞬时放热率峰值比 F-T 柴油高，且瞬时放热率峰值随着醇类掺混比例增加而升高。F-T 柴油掺混乙醇/正丁醇后，NOX排放和烟度均有不同程度降低，额定转速全负荷工况时，相比F-T柴油，E10FT混合燃料对烟度降幅高达55.0%，额定转速50%负荷时，E10FT混合燃料降低NOX的幅度高达62.6%。CO和HC排放随着醇类添加比例增大而升高。发动机处于额定转速时，随着负荷增加，五种燃料有效燃油消耗率均降低，且混合燃料中乙醇/正丁醇添加比例越大，有效燃油消耗率越高。

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作者
单泳;
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作者单位

江苏大学;

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授予单位江苏大学;
学科动力工程
授予学位硕士
导师姓名叶丽华;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类大气污染及其防治;一般性问题;
关键词
柴油机; 掺混; 乙醇; 正丁醇; 燃烧排放; 数值模拟;

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