lpg2f柴油混合燃料的噴霧與燃燒特性研究

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1.1能源危機(jī)與環(huán)保危機(jī)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源問題日益凸現(xiàn)，國(guó)內(nèi)的能源已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，而進(jìn)口國(guó)外的傳統(tǒng)化石能源也開始面臨巨大的壓力。石油資源貯量有限，而石油消耗量卻逐年增加，從現(xiàn)在起全球的石油資源估計(jì)還可以用40年左右的時(shí)間[1]，面對(duì)石油資源枯竭的危機(jī)逐日逼迫，發(fā)展內(nèi)燃機(jī)替代燃料有利于緩解石油能源供應(yīng)的緊張狀況。中國(guó)從1993年開始成為石油凈進(jìn)口國(guó),每年石油進(jìn)口量遞增1000萬(wàn)噸左右,而且呈逐年增加的趨勢(shì)。2000年石油進(jìn)口量為7000萬(wàn)噸，2

2、002年約為8000萬(wàn)噸，2003年達(dá)到創(chuàng)記錄的9000萬(wàn)噸。據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)未來(lái)能源供需的缺口將越來(lái)越大，到2020年石油進(jìn)口量將突破3億噸。在采用先進(jìn)技術(shù)加速可再生能源開發(fā)利用以及依靠市場(chǎng)力量?jī)?yōu)化資源配置的條件下，2010年約短缺能源8%，到2040年將短缺24%左右，其中石油短缺額可能多達(dá)數(shù)億噸。石油進(jìn)口依賴度由1995年的6.6%上升為2000年的25%，預(yù)計(jì)2020年將上升到50%以上。能源的大量進(jìn)口不僅需要大量的外匯，影響國(guó)家的正常收支平衡，嚴(yán)重時(shí)影響到國(guó)家安全乃至全球的戰(zhàn)略穩(wěn)定性。隨著世界范

3、圍內(nèi)汽車保有量的不斷增加，汽車排放對(duì)生態(tài)環(huán)境、人類健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展所造成的嚴(yán)重影響，己經(jīng)受到世界各國(guó)政府和人民的普遍關(guān)注。國(guó)家環(huán)保局提供的數(shù)據(jù)表明，全世界20個(gè)大氣質(zhì)量最差的城市中，中國(guó)占了10個(gè)。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所帶來(lái)的環(huán)境污染是我國(guó)城市和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中必須解決的重大問題。內(nèi)燃機(jī)排放是城市大氣環(huán)境的主要污染源。有害排放量約占60%以上，是我國(guó)城市環(huán)境治理中的重中之重。相對(duì)汽油機(jī)，柴油機(jī)具有油耗低，扭矩特性好，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展趨于柴油機(jī)化。但是柴油機(jī)的柴油是直接噴入氣缸，

4、依靠發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞壓縮到接近終點(diǎn)時(shí)的高溫使混合氣自燃著火，由于噴霧與空氣混合的時(shí)間很短，燃料與空氣混合嚴(yán)重不均勻，NOX與微粒排放大量生成。研究表明，汽車的排放物質(zhì)達(dá)140種之多[2]，如碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化合物(NOX)、醚、甲醛(HCHO)等，其中有些是易揮發(fā)的有機(jī)物(VOC)。這些易揮發(fā)的有機(jī)物與氮氧化合物(NOX)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成地面臭氧，1華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)人體和動(dòng)植物造成危害。并且，柴油機(jī)排放微粒中的多環(huán)芳烴(PAHs)，如苯并a花(Be

5、nzo(a)pyrene)，是致癌物質(zhì)，直接威脅人的生命，所以車輛排放問題也就成了人們不能回避的問題。如果解決得好，可獲得巨大的效益，解決得不好，則需付出昂貴的代價(jià)。以美國(guó)洛杉磯地區(qū)為例，雖然在控制空氣污染方面花費(fèi)了27.9億美元，但獲得了節(jié)約醫(yī)藥費(fèi)94億美元的效益。60年代，在美國(guó)、歐洲、日本，相繼確立了汽車排放法規(guī)，最著名的是美國(guó)加州大氣保護(hù)局(CARB)制定的車輛排放法規(guī)，經(jīng)過嚴(yán)格實(shí)施這一法規(guī)，已經(jīng)逐步取得了凈化空氣的顯著成績(jī)。今后，隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境和健康水平的要求日益提高，需要制定更嚴(yán)格的排

6、放標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，車輛制造業(yè)和燃料部門也正在研究進(jìn)一步的達(dá)標(biāo)技術(shù)。表1-1歐洲輕型車排放限值(柴油車)(g/km)法規(guī)生效日期COHCNOXPT歐11992年2.720.970.141.12○10.50○10.08○1歐21995年1.0○20.90○20.10○2歐32000年0.640.560.500.05歐42005年0.50.300.250.025①非直噴式柴油機(jī),②直噴式柴油機(jī)表1-2歐洲重型柴油機(jī)現(xiàn)在和將來(lái)的排放標(biāo)準(zhǔn)（g/km）法規(guī)生效日期COHCNOXPM歐21998.104.01.17.0

7、0.15歐32000.102.10.665.00.10歐42005.101.50.463.50.02歐52008.101.50.462.50.02我國(guó)也對(duì)柴油機(jī)制訂了較嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，第一階段從2000年9月1日起實(shí)施，相當(dāng)于歐I號(hào)排放法規(guī);第二階段將從2003年9月1日起實(shí)施，相當(dāng)于歐II號(hào)排放法規(guī)；2010年左右達(dá)到與世界水平基本接軌的目標(biāo)。在部分城市，如北京為了迎接2008年的國(guó)際奧運(yùn)會(huì)，上海迎接2010年的世界博覽會(huì)，已經(jīng)提前實(shí)施更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足新的、更嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，必須采取可

8、能的各種措施來(lái)降低柴油機(jī)的NOX和PM(particulatematter)排放。2華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文為了解決能源短缺和環(huán)境污染的問題，世界各國(guó)采用了許多措施。一方面改進(jìn)原油的提煉技術(shù)，產(chǎn)生更多的汽油、柴油；另一方面，加大勘探投資的力度，找到更多、更大的油氣田。在環(huán)境污染方面，采用電控噴射、三元催化轉(zhuǎn)化、混合動(dòng)力等先進(jìn)技術(shù)，最大限度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放；同時(shí)制定嚴(yán)厲排放法規(guī)，限制汽車尾氣的排放。所有這些措施，都取得了很好的效果，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)解決不了問題，采