PODE对柴油/生物柴油混合燃料燃烧与排放特性的影响

作     者：斯涛 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈昊

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：聚甲氧基二甲醚 燃烧 排放 超细颗粒物 

摘      要：随着汽车保有量的不断增长,能源紧缺与环境污染问题日益突出。凭借热效率高、动力性好以及安全可靠的优点,柴油机广泛应用于商用车辆、农业机械和工程设备等领域当中。然而柴油机本身有较高的NOx和PM排放,使其大规模应用受到限制。为了实现重型柴油车节能减排,面对日益严苛的排放法规,必须寻求有效途径来减少和抑制柴油机尾气中的NOx和PM排放量。由于现有柴油机排气后处理技术自身缺陷以及在柴油机上使用中存在的问题,开发和使用清洁的柴油替代燃料是解决能源短缺和降低柴油机排放物的重要途径。聚甲氧基二甲醚(PODE)作为柴油的替代燃料,可以通过甲醇、二甲醚和甲缩醛等煤基燃料为原料制备获取,具有与柴油互溶稳定,较高的十六烷值和含氧量等特点,可以直接在柴油机上使用,不需要对柴油机的供油系统和喷射系统进行改造,能够有效的改善柴油机的燃烧性能和排放性能,应用前景十分广阔。本文以柴油/生物柴油燃料为基础燃料,标记为D100,选用PODE作为此基础燃料的掺混燃料,按照体积分数5%、10%和15%添加入基础燃料中,从而制备PODE/柴油/生物柴油混合燃料,分别标记为D95P5、D90P10、D85P15。研究不同掺混比例PODE/柴油/生物柴油混合燃料的理化特性,并基于一台涡轮增压、直列六缸共轨柴油机试验,对比研究混合燃料对柴油机燃烧过程和排放特性的影响。研究结果表明:(1)随着基础燃料中PODE掺混比例的增加,混合燃料的十六烷值和密度逐渐升高;馏程、凝点、运动粘度和低热值逐渐降低。(2)在小负荷和部分负荷时,与D100相比,燃料D95P5、D90P10和D85P15的燃烧始点提前,混合燃料的峰值燃烧压力和峰值放热率较D100高,此时柴油机喷射策略为预喷射加主喷射。中、大负荷时,柴油机只有主喷射,燃料D95P5、D90P10和D85P15的峰值燃烧压力降低。在整个负荷下,滞燃期随着发动机负荷的增加而逐渐缩短,负荷相同时,滞燃期随着PODE掺混比例的增加而逐渐缩短。(3)在小负荷和部分负荷时,混合燃料的CA10、CA50和CA90提前,并且快速燃烧期和后燃期缩短;中、大负荷时,混合燃料的CA10和CA90提前,而CA50基本保持不变,快速燃烧期增加,后燃期明显缩短。在整个负荷阶段,混合燃料的燃烧持续期均缩短。(4)柴油机在1400r/min和2000r/min运行时,整个负荷工况下,与D100相比,燃料D95P5、D90P10和D85P15的峰值燃烧温度和扩散燃烧阶段温度均高于D100,使得NOx排放量上升,碳烟排放量显著下降。(5)与D100相比,柴油机在1400r/min运行时,燃料D95P5、D90P10和D85P15的超细颗粒物数量和体积浓度明显下降,随着PODE掺混比例的增加,递减趋势越明显。在整个负荷下,燃料中掺混PODE以后,会使颗粒物的粒径分布向小粒径方向移动。