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西南交通大学学报 2015年第3期50卷 523-528,549页

作者：郑朝蕾覃炎忻重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

基于响应曲面法(response surface methodology,RSM),建立了用于预测甲苯掺比燃料(toluene reference fuel,TRF)替代汽油燃料的辛烷值和确定其组分比例的数学模型,并应用该模型的一阶模型(first order model,FOM)、二阶模型(second order model,SOM)和三阶模型(third order model,TOM)预测TRF辛烷值和确定TRF组分比例.结果表明:在已知组分比例下,用FOM模型和TOM模型在预测对应TRF法辛烷值和马达法辛烷值时,预测结果远优于FOM模型;在已知TRF法辛烷值和马达法辛烷值条件下,TOM模型预测TRF构成比例的相对误差在8%以内,优于SOM模型,表明基于RSM建立的TOM模型能够准确的预测TRF燃料辛烷值和确定TRF燃料的构成比例.

关键词：汽油替代物甲苯参比燃料辛烷值比例

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基于详细化学动力学的汽油替代物燃烧过程可用能损失分析

基于详细化学动力学的汽油替代物燃烧过程可用能损失分析

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作者：孙宏洁天津大学

学位级别：硕士

本文基于非平衡态热力学耦合化学动力学的方法对汽油机燃烧过程可用能损失机理进行了分析。采用迄今最详细的并经宽广范围内实验验证的美国LLNL的汽油替代物详细机理,选择的汽油表征燃料包含了正庚烷(16%)、异辛烷(57%)、甲苯(23%)、二... 详细信息

本文基于非平衡态热力学耦合化学动力学的方法对汽油机燃烧过程可用能损失机理进行了分析。采用迄今最详细的并经宽广范围内实验验证的美国LLNL的汽油替代物详细机理,选择的汽油表征燃料包含了正庚烷(16%)、异辛烷(57%)、甲苯(23%)、二-戊烯(4%)四种组分。研究表明,汽油替代物的可用能损失速率随时间变化存在三个峰值:第一个峰值的损失主要由大分子转化成小分子的反应构成,将其划分为第一阶段(Stage 1);第二个尖峰损失主要由H2O2-loop循环及其相关反应构成,将其划分为第二阶段(Stage 2);第三个尖峰损失主要由CO、H和O等氧化反应构成,将其划分为第三阶段(Stage 3)。当初始温度、当量比、氧浓度在本文研究的范围内增加时,三阶段的可用能损失速率均增加,而相应各个阶段的反应持续时间均减小,而后者起决定性作用,使可用能损失减少。增加初始温度后可用能损失的降低主要是源于第一阶段和第二阶段的可用能损失的降低,而增加当量比和氧浓度后可用能损失的降低是源于三个阶段可用能损失的同时降低。增加初始压力可以有效的降低不完全反应损失,但对可用能损失的影响不大。随着边界条件的变化,第一阶段的可用能损失来源始终是甲苯和异辛烷向小分子转化的反应。本文还给出了各个边界条件对汽油替代物燃烧过程总损失的综合影响。对于压缩比为10的传统汽油机,通过稀薄燃烧的方式可以把总损失由31.3%降低到24.3%。通过引入EGR(废气在循环)和进气增压技术,总损失可进一步降低到22.4%。将压缩比提高到17后,总损失可降低到20.4%,而当压缩比提到100时,总损失可近一步降低到16.8%。研究表明,将燃烧重整成结构简单的小分子可以减少燃烧过程的不可逆损失。进而,本文提出了一种低可用能损失的燃烧方式,即通过将汽油分子重整成小分子来进一步降低燃烧过程可用能损失。重整后的燃料燃烧过程可用能损失速率存在两个峰值:第一个尖峰损失主要由H2O2-loop循环及其相关反应构成,将其划分为第二阶段;第二个尖峰损失主要由CO、H和O等氧化反应构成,将其划分为第三阶段。重整后的大分子转化成小分子的反应划分为第一阶段。通过β-裂解将大分子转化成小分子的方法可以有效的降低第一阶段的可用能损失。增加重整温度时,可用能损失的降低主要是由于第一阶段可用能损失的降低,而增加重整时间,可用能损失降低主要来源于第二阶段可用能损失的降低。随着边界条件的变化,重整后的燃料燃烧的第一阶段的可用能损失来源始终是甲苯向小分子的转化的反应。

关键词：非平衡态热力学化学动力学汽油替代物边界条件可用能燃料重整

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PRF90+空气热流量法层流火焰速度测量与动力学分析

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燃烧科学与技术 2021年第6期27卷 585-590页

作者：韩昕璐朱燕群季然王式兴何勇刘颖祖王智化浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

使用热流量法测量了汽油替代物PRF90燃料(包含体积分数90%异辛烷+10%正庚烷)与空气在0.1 MPa,不同初始温度和不同当量比下的层流火焰速度.测得实验结果与反应动力学模拟进行了对比,发现使用的两个反应动力学机理中,Luong等人机理更接近... 详细信息

使用热流量法测量了汽油替代物PRF90燃料(包含体积分数90%异辛烷+10%正庚烷)与空气在0.1 MPa,不同初始温度和不同当量比下的层流火焰速度.测得实验结果与反应动力学模拟进行了对比,发现使用的两个反应动力学机理中,Luong等人机理更接近实验结果.使用实验与模拟结果推测了层流火焰速度的温度系数α,发现此系数在富燃区当量比1.5附近有一明显拐点;以此温度系数还推算了总包反应的活化能,并外插得到了更高初始温度下的层流火焰速度.

关键词：层流火焰速度温度依赖性汽油替代物热流量法

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重整燃料分子组分分布及燃料特性的研究

重整燃料分子组分分布及燃料特性的研究

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作者：林章磊天津大学

学位级别：硕士

本文基于燃料绝热定容燃烧过程可用能损失机理,提出了燃料重整的思路。为探索燃料重整条件,分析重整燃料分子组分分布,设计搭建了一个主动式高温流动反应实验系统。通过外源气体流量的调节,该系统可以实现任意氧浓度的实验需求;通过载... 详细信息

本文基于燃料绝热定容燃烧过程可用能损失机理,提出了燃料重整的思路。为探索燃料重整条件,分析重整燃料分子组分分布,设计搭建了一个主动式高温流动反应实验系统。通过外源气体流量的调节,该系统可以实现任意氧浓度的实验需求;通过载气流速的调节配合分段式采样设计,可以实现反应时间的灵活调节;通过温度控制模块可以实现各反应段的智能温度控制。该实验系统还创新性的使用了压力自适应的压差供油,喷油嘴使用单个微孔的喷嘴,实现连续供油。为验证实验结果的,以及分析燃料重整后小分子的特性,本文还基于燃料详细化学动力学对重整过程以及重整燃料的特性进行了模拟计算。以正庚烷为基础探索了燃料有氧重整的条件以及重整小分子分布。氧浓度、重整时间和重整温度是影响正庚烷有氧重整效果的主要因素,在相同的重整温度和重整时间下,氧浓度越高,正庚烷的重整率越高。有氧重整反应初始阶段,主要是正庚烷大分子转化为C的过程,其中CH、CH和H是其主要有氧重整产物。重整一段时间后,氧气会将部分重整产物氧化,造成CH等主要小分子浓度降低,且氧浓度越大,小分子损耗量越大。为实现较高的正庚烷重整率以及较高的C产量,正庚烷有氧重整温度应高于1000 K,氧浓度应低于5%,重整时间应低于50 ms。研究发现,氧气参与重整会造成燃料可用能的损耗。以正庚烷、正丁醇和汽油替代物为基础探讨了燃料无氧重整条件。重整温度高于1050 K,重整时间大于100 ms时,正庚烷和正丁醇的燃料重整率大于90%。燃料高温无氧重整过程按照温度可分为三个过程:燃料的缓慢重整过程,C大量生成过程和CH向CH转化过程。重整温度在1050 K200 K,重整时间在200 ms内,燃料无氧重整有很好的效果。在1100 K下重整100 ms,正庚烷、正丁醇无氧重整后的燃料分子中C成分体积比高于90%。汽油替代物重整后的燃料分子中C03体积比高于70%。实验研究了实际汽油无氧重整后主要小分子组分分布。在1100 K,100 ms重整条件下,将实际汽油重整后小分子分布与汽油替代物进行了对比。实际汽油重整后CH浓度明显高于汽油替代物,而H2浓度明显低于汽油替代物。实际燃料重整后C体积比达到74.65%。验证了实际燃料高温无氧的可行性。以正庚烷和汽油替代物为基础,研究了高温无氧燃料重整对燃料分子的化学可用能分布、滞燃期以及燃烧过程可用能损失的影响。高温无氧重整,可以提高燃料化学可用能,延长滞燃期,降低燃烧过程可用能损失。

关键词：正庚烷汽油替代物有氧重整无氧重整可用能可用能损失

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