柴油一甲醇微乳化燃料的制备及燃烧特性

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1、柴油一甲醇微乳化燃料的制备及燃烧特性柴油掺醇燃料一般采用乳化的方法配置。乳化燃料的历史较长：2O世纪40年代出现；2O世纪60年代开始对柴油一水乳化燃料进行广泛研究；20世纪90年代，国内外学者开始研究柴油一甲醇一水乳化燃料。这两类乳化柴油燃料都使发动机热效率有所提高，同时降低了微粒排放；但也引发功率下降和缸套生锈腐蚀等问题。为了克服上述两种柴油乳化燃料的缺点，作者对甲醇柴油混合燃料的制取及在柴油机上的应用进行了研究。甲醇柴油微乳化燃料配制的试验研究：经过理论分析之后，选定多种表面活性剂进行试验，根据试验结果的比较，选定油酸为主要助溶剂。油酸、甲醇和柴油的互溶

2、三相图如图1所示。此主题相关图片如下：如图显示，曲线左上方是不能共溶区域，右下方是可以共溶的区域，中间为临界线，属于透明混合液的区域还有三条坐标轴。可以看出，沿临界线，在柴油体积分数从零增大到0．4时，油酸的体积分数基本保持不变；大于0．4后，随着柴油体积分数的增加，油酸的体积分数开始减小，甲醇的体积分数也在减小，并且其减小速度较油酸快。当油酸和甲醇的体积分数比接近1：1后，两者的体积分数比不再随柴油的体积分数变化而变化。试验中发现，当油酸与甲醇以1：1混合后，该混合液能够与柴油以任意比值互溶。但在与异丁醇助溶对比时发现，异丁醇的助溶能够在温差变化较大的情况下

3、能保持很好的溶解特性，其混合液均匀、透明。而油酸、甲醇和柴油的混合液在同样的条件下持续2周左右开始分层。上层很薄，颜色较深。在刚混合好时，异丁醇的助溶液均匀、稳定。而对于油酸助溶液用肉眼可以看见，有类似微小气泡的东西由混合液内部升至液体表面的现象，并且观察液体内部时，发现有透明絮状物在游移。鉴于异丁醇有助溶作用，在油酸、甲醇和柴油的混合液中加入异丁醇，并试图减小助溶剂(油酸，异丁醇)所占的体积分数，结果发现：每减小一个体积单位的油酸，需要加入很多体积单位的异丁醇，加入异丁醇后，混合液中的絮状漂浮物减少，并且稳定期增长。试验所用1号、2号和3号油分别是在图中1、

4、2、3点的基础上加入其它助溶剂后得到的。选这三点靠近临界线是为了尽量减小油酸的用量。其配方、理论空燃比、低热值见下表(并与柴油对比)：此主题相关图片如下：试验装置及试验方法：将制备好的甲醇柴油微乳化燃料在TY1100柴油机上进行试验。由于试验中采用了不同配比的混合燃料，燃料配比不同，则热值、燃空当量比都不相同。为了方便不同燃料间试验结果的对比，本文采用等过量空气系数法试验。根据各混合油的配比及各成份的低热值，得到柴油及1#、2#和3#混合燃料在理论空燃比下消耗每千克空气的燃料所释放的热量分别为3007k3、301lkJ、30161d、30191d，相互之间最大

5、差别仅为2‰。这说明采用等过量空气系数试验方法是可行的动力性和经济性分析：图2和图3分别为发动机燃用各混合燃料和纯柴油时的平均有效压力和热效率的对比。结合图2和图3可以看出，燃料不同，其平均有效压力和热效率曲线却显示了类似的趋势：平均有效压力高，则热效率也高，反之亦然。综上分析，等过量空气系数意味着所喷油的放热量是近似相等的。在转速一定时，平均有效压力、功率和热效率都呈正比关系，因而平均有效压力高，则热效率也高。此主题相关图片如下：在转速为2000r／min、过量空气系数为2．2、3．2和4．6时，燃用混合燃料的平均有效压力和热效率均高于燃用纯柴油；而在转速为

6、1500r／rain、过量空气系数为2．0时，1号油的平均有效压力和热效率均高于柴油，2号和3号油相比1号油为依次降低。这种结果是由甲醇的性质所造成的。由于甲醇的气化潜热大、十六烷值低使得滞燃期变长；同时甲醇是一种含氧燃料，燃烧开始后能够加快燃烧。在高速时，由于发动机缸内温度较高，能抵消部分甲醇引起的滞燃期延长，表现出甲醇对燃烧的促进作用。而在低速时，由于缸内温度低，随着混合燃料中甲醇含量超过某一定值时(1号油，1O)，随甲醇含量的增加，将导致滞燃期的延长，放热率重心相对于上止点后移。因而在转速为1500r／min时，1号油的燃烧得到了明显改善，2号、3号油平

7、均有效压力和热效率依次降低。排放特性：柴油机的主要排放物为NO和微粒排放，本文针对这两种排放情况加以分析。图4为发动机燃用各混合燃料和纯柴油时的NO和烟度的对比。由图可以看出，在低负荷时，燃用混合燃料与燃用柴油时的NOx和碳烟排放水平都很低，差别不大。随着负荷增加，NO和碳烟排放均逐步增加，差别也逐渐趋于明显。在中高负荷时，混合燃料的NO排放高于柴油，NOx排放在1号油达到最大，然后随甲醇含量的增大而逐渐减少。另一方面，在中高负荷时，随燃料中甲醇含量的增加碳烟排放单调减少。此主题相关图片如下：NOx的生成主要取决于氧的浓度、反应温度和高温持续时间。图5为在大负

8、荷(过量空气系数2．2)时，燃用不同燃