柴油一甲醇微乳化燃料的制備及燃燒特性

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1、柴油一甲醇微乳化燃料的制備及燃燒特性柴油摻醇燃料一般采用乳化的方法配置。乳化燃料的歷史較長(zhǎng)：2O世紀(jì)40年代出現(xiàn)；2O世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)柴油一水乳化燃料進(jìn)行廣泛研究；20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始研究柴油一甲醇一水乳化燃料。這兩類(lèi)乳化柴油燃料都使發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率有所提高，同時(shí)降低了微粒排放；但也引發(fā)功率下降和缸套生銹腐蝕等問(wèn)題。為了克服上述兩種柴油乳化燃料的缺點(diǎn)，作者對(duì)甲醇柴油混合燃料的制取及在柴油機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。甲醇柴油微乳化燃料配制的試驗(yàn)研究：經(jīng)過(guò)理論分析之后，選定多種表面活性劑進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的比較，選定油酸為主要助溶劑。油酸、甲醇和柴油的互溶

2、三相圖如圖1所示。此主題相關(guān)圖片如下：如圖顯示，曲線(xiàn)左上方是不能共溶區(qū)域，右下方是可以共溶的區(qū)域，中間為臨界線(xiàn)，屬于透明混合液的區(qū)域還有三條坐標(biāo)軸?？梢钥闯觯嘏R界線(xiàn)，在柴油體積分?jǐn)?shù)從零增大到0．4時(shí)，油酸的體積分?jǐn)?shù)基本保持不變；大于0．4后，隨著柴油體積分?jǐn)?shù)的增加，油酸的體積分?jǐn)?shù)開(kāi)始減小，甲醇的體積分?jǐn)?shù)也在減小，并且其減小速度較油酸快。當(dāng)油酸和甲醇的體積分?jǐn)?shù)比接近1：1后，兩者的體積分?jǐn)?shù)比不再隨柴油的體積分?jǐn)?shù)變化而變化。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)油酸與甲醇以1：1混合后，該混合液能夠與柴油以任意比值互溶。但在與異丁醇助溶對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)，異丁醇的助溶能夠在溫差變化較大的情況下

3、能保持很好的溶解特性，其混合液均勻、透明。而油酸、甲醇和柴油的混合液在同樣的條件下持續(xù)2周左右開(kāi)始分層。上層很薄，顏色較深。在剛混合好時(shí)，異丁醇的助溶液均勻、穩(wěn)定。而對(duì)于油酸助溶液用肉眼可以看見(jiàn)，有類(lèi)似微小氣泡的東西由混合液內(nèi)部升至液體表面的現(xiàn)象，并且觀(guān)察液體內(nèi)部時(shí)，發(fā)現(xiàn)有透明絮狀物在游移。鑒于異丁醇有助溶作用，在油酸、甲醇和柴油的混合液中加入異丁醇，并試圖減小助溶劑(油酸，異丁醇)所占的體積分?jǐn)?shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：每減小一個(gè)體積單位的油酸，需要加入很多體積單位的異丁醇，加入異丁醇后，混合液中的絮狀漂浮物減少，并且穩(wěn)定期增長(zhǎng)。試驗(yàn)所用1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)油分別是在圖中1、

4、2、3點(diǎn)的基礎(chǔ)上加入其它助溶劑后得到的。選這三點(diǎn)靠近臨界線(xiàn)是為了盡量減小油酸的用量。其配方、理論空燃比、低熱值見(jiàn)下表(并與柴油對(duì)比)：此主題相關(guān)圖片如下：試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法：將制備好的甲醇柴油微乳化燃料在TY1100柴油機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。由于試驗(yàn)中采用了不同配比的混合燃料，燃料配比不同，則熱值、燃空當(dāng)量比都不相同。為了方便不同燃料間試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，本文采用等過(guò)量空氣系數(shù)法試驗(yàn)。根據(jù)各混合油的配比及各成份的低熱值，得到柴油及1#、2#和3#混合燃料在理論空燃比下消耗每千克空氣的燃料所釋放的熱量分別為3007k3、301lkJ、30161d、30191d，相互之間最大

5、差別僅為2‰。這說(shuō)明采用等過(guò)量空氣系數(shù)試驗(yàn)方法是可行的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析：圖2和圖3分別為發(fā)動(dòng)機(jī)燃用各混合燃料和純柴油時(shí)的平均有效壓力和熱效率的對(duì)比。結(jié)合圖2和圖3可以看出，燃料不同，其平均有效壓力和熱效率曲線(xiàn)卻顯示了類(lèi)似的趨勢(shì)：平均有效壓力高，則熱效率也高，反之亦然。綜上分析，等過(guò)量空氣系數(shù)意味著所噴油的放熱量是近似相等的。在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，平均有效壓力、功率和熱效率都呈正比關(guān)系，因而平均有效壓力高，則熱效率也高。此主題相關(guān)圖片如下：在轉(zhuǎn)速為2000r／min、過(guò)量空氣系數(shù)為2．2、3．2和4．6時(shí)，燃用混合燃料的平均有效壓力和熱效率均高于燃用純柴油；而在轉(zhuǎn)速為

6、1500r／rain、過(guò)量空氣系數(shù)為2．0時(shí)，1號(hào)油的平均有效壓力和熱效率均高于柴油，2號(hào)和3號(hào)油相比1號(hào)油為依次降低。這種結(jié)果是由甲醇的性質(zhì)所造成的。由于甲醇的氣化潛熱大、十六烷值低使得滯燃期變長(zhǎng)；同時(shí)甲醇是一種含氧燃料，燃燒開(kāi)始后能夠加快燃燒。在高速時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度較高，能抵消部分甲醇引起的滯燃期延長(zhǎng)，表現(xiàn)出甲醇對(duì)燃燒的促進(jìn)作用。而在低速時(shí)，由于缸內(nèi)溫度低，隨著混合燃料中甲醇含量超過(guò)某一定值時(shí)(1號(hào)油，1O)，隨甲醇含量的增加，將導(dǎo)致滯燃期的延長(zhǎng)，放熱率重心相對(duì)于上止點(diǎn)后移。因而在轉(zhuǎn)速為1500r／min時(shí)，1號(hào)油的燃燒得到了明顯改善，2號(hào)、3號(hào)油平

7、均有效壓力和熱效率依次降低。排放特性：柴油機(jī)的主要排放物為NO和微粒排放，本文針對(duì)這兩種排放情況加以分析。圖4為發(fā)動(dòng)機(jī)燃用各混合燃料和純柴油時(shí)的NO和煙度的對(duì)比。由圖可以看出，在低負(fù)荷時(shí)，燃用混合燃料與燃用柴油時(shí)的NOx和碳煙排放水平都很低，差別不大。隨著負(fù)荷增加，NO和碳煙排放均逐步增加，差別也逐漸趨于明顯。在中高負(fù)荷時(shí)，混合燃料的NO排放高于柴油，NOx排放在1號(hào)油達(dá)到最大，然后隨甲醇含量的增大而逐漸減少。另一方面，在中高負(fù)荷時(shí)，隨燃料中甲醇含量的增加碳煙排放單調(diào)減少。此主題相關(guān)圖片如下：NOx的生成主要取決于氧的濃度、反應(yīng)溫度和高溫持續(xù)時(shí)間。圖5為在大負(fù)

8、荷(過(guò)量空氣系數(shù)2．2)時(shí)，燃用不同燃