环境温度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力,并同时降低碳烟和NOx排放.利用定容燃烧弹台架,对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性,并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:相比于纯柴油,掺水乳化柴油能明显降低燃烧过程中碳烟的生成量;掺水乳化柴油中水的蒸发和微爆作用随环境温度的升高逐渐增强,能有效促进喷雾雾化和油、气混合过程;随着环境温度的升高,掺水乳化柴油的滞燃期及火焰升举长度均减小,燃烧火焰亮度增大.高环境温度工况下,碳烟前期生成速率和后期氧化速率均增大,使得不同环境温度工况下掺水乳化柴油最终碳烟的排放量相差较小.     

掺混比例对航空煤油/柴油的着火和碳烟排放影响

航空煤油/柴油掺混作为一种典型的宽馏程燃料，具有提升着火能力、改善低温冷起动并对柴油机结构可靠性影响较小等潜在性能．基于电加热定容燃烧弹，耦合纹影法、广域低通化学发光法和高频背光消光法等光学诊断方法，研究了不同航空煤油掺混比例对航空煤油RP-3/柴油掺混燃油喷雾、着火和碳烟排放特性的影响．结果表明：在航空煤油中掺烧柴油，有利于提高掺混燃油的着火能力，但同时也会提高碳烟排放，产生明显的红外信号．随着柴油掺混比例的增加，冷态喷雾体积几乎没有变化，但在高温蒸发环境下，喷雾锥角及体积均略微下降．添加25%(体积分数)的柴油可明显缩短着火滞燃期，且碳烟面积和碳烟质量规律与纯煤油相近，随着柴油组分的进一步增加，碳烟面积和碳烟质量都相应明显增加．此外，掺混25%柴油的航空煤油掺混燃油，可大幅提高燃油的着火性能，且碳烟排放维持在较低水平；航空煤油中添加较少比例的柴油适合在航空发动机中使用，从而成为一种比纯航空煤油更有潜力的单一燃料．     

丁醇柴油喷雾火焰碳烟颗粒采样与形貌分析

在定容燃烧弹内,实现纯柴油与体积比为30%,的丁醇柴油燃料的喷雾燃烧,研究了燃烧火焰的基本特征,设计了定容弹内喷雾燃烧火焰中碳烟颗粒物直接采样台架,利用高分辨透射电镜(HRTEM)对这两种燃料燃烧生成的碳烟颗粒样本进行观测、统计和分析,研究掺混丁醇对喷雾火焰和碳烟生成的影响.研究结果表明:掺混丁醇延长了喷雾火焰的滞燃期,缩短了燃烧持续期,丁醇柴油混合燃料(B30)的碳烟数密度和质量明显小于纯柴油(B00),在柴油中掺混丁醇,能够抑制碳烟生成,降低碳烟排放,同时降低了碳烟的基本颗粒粒径和平均直径,使排放碳烟颗粒物更加细微化;B00与B30的碳烟基本颗粒内部结构以无序的不定形碳为主,表面晶化不明显.     

柴油含水乙醇乳化燃料物性及喷雾燃烧特性研究

试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。     

DMF/柴油和汽油/柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放特性的影响

在一台共轨柴油机上,通过向柴油分别掺混30%体积比的2,5-二甲基呋喃(DMF)和汽油,研究了含氧燃料和低十六烷值燃料对柴油机燃烧过程和排放特性的影响机理。研究结果表明:D30的滞燃期最长,G30次之,纯柴油最短,表明十六烷值是影响着火滞燃期的关键因素。混合燃料的挥发性、硫和芳香烃含量对碳烟排放影响较小,扩展的着火延迟期和增加的燃料氧(原子氧)是降低低温燃烧过程中碳烟生成的两个关键因素。柴油掺混DMF,通过采用中等强度EGR率(低于40%),能显著扩展低排放区域(NOx排放0.4g/(kW·h),碳烟排放0.01g/(kW·h))并保持较好的燃油经济性。相比汽油/柴油混合燃料,DMF/柴油混合燃料对碳烟的降低效果更显著,表明DMF作为一种低十六烷值的新型生物质含氧燃料,其与柴油混合后的理化特性更适合于柴油机低温燃烧的排放控制。多次喷射试验表明:在柴油中掺混DMF或汽油,喷油控制策略对碳烟生成影响减小。综合来看,石化柴油与低十六烷值含氧燃料混合,通过燃料改性与中等强度EGR率(低于40%)耦合并合理控制CA50,是在简化喷油控制策略下实现现代柴油机高效、清洁低温燃烧的一项有效技术途径。     

EGR率对乙醇/生物柴油混合燃料燃烧及排放特性的影响

在一台经过深度改装的四缸直喷水冷柴油机上,燃用乙醇与生物柴油的混合燃料,研究了EGR率与燃料特性对柴油机燃烧及排放的影响.结果表明:EGR系统的介入以及乙醇的掺混均可减小燃烧过程中缸内压力和放热率峰值.燃用同种掺混比的燃料,随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期出现了不同程度的延长,当量燃油消耗率升高,有效热效率降低.EGR率不变时,燃用不同掺混比的混合燃料,随乙醇质量分数的增加,滞燃期与燃烧持续期逐渐延长,当量燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高.NO_x的排放量在EGR引入后出现了显著下降,HC排放量升高.相同EGR率下,随着乙醇掺混比的提高NO_x排放量略微下降,HC排放量表现出先减小后升高的趋势.相比纯生物柴油,乙醇的掺混可以显著减少大粒径颗粒物的数量.EGR率的变化对核模态粒子的数量影响不明显,但聚集态粒子的数量会随着EGR率的提高出现较为明显的增多.将乙醇、生物柴油和EGR系统三者相耦合可改善柴油机的燃烧及排放特性.     

CLZ微乳化乙醇柴油混合燃料的发动机性能研究

基于亲油-亲水平衡(HLB值)理论和乳化原理,研究了单试剂和复合试剂作为乳化剂对乙醇柴油混合燃料体系的乳化效果和稳定性的影响,开发了一种以生物油、蓖麻油以及其他几种单试剂复配而成的CLZ复配型乳化剂,结果表明:CLZ复配型乳化剂较好地解决了E10乙醇柴油体系在较宽广温度范围内的物理稳定性问题,对E15乙醇柴油混合体系有较强的乳化能力,能使乙醇柴油混合燃料长期保持良好的物理稳定性.通过试验对比研究了乙醇柴油燃料对柴油机性能的影响,结果表明:燃用乙醇柴油混合燃料后,当量燃油消耗率降低,有效热效率提高,CO排放量低负荷时升高、高负荷时下降;NOx排放量略低于燃用纯柴油水平;THC排放量高于燃用纯柴油水平,碳烟排放量相比纯柴油大幅度下降.     

燃料结构和醇类含氧燃料对碳烟生成过程影响的多维数值模拟

采用多维数值模拟研究方法系统研究了燃料结构和不同醇类燃料对定容燃烧弹中正庚烷喷雾燃烧过程中碳烟生成过程的影响.研究结果表明:在高温高压条件下,燃料物性对喷雾破碎和蒸发过程影响较小,滞燃期和含氧量是影响混合过程和碳烟排放的主要因素;正十二烷的碳烟生成量远高于正庚烷,PRF20(80%,正庚烷+20%,异辛烷,质量比)的碳烟生成量与正庚烷接近;甲醇、乙醇和正丁醇燃料的含氧与促进混合共同作用可显著降低正庚烷/醇类掺混燃料的碳烟体积分数;与正庚烷和PRF20燃料相比,含氧作用是B20(80%,正庚烷+20%,正丁醇)燃料降低碳烟排放的主要因素;M20(80%,正庚烷+20%,甲醇)和E20(80%,正庚烷+20%,乙醇)的滞燃期和火焰浮起长度长,含氧量也相对较高,与此对应其碳烟生成量也较低,M20燃料的碳烟最少;在E20的滞燃期和火焰浮起长度均比M20略长的情况下,得益于甲醇较高的含氧量和C—O分子结构,相同质量掺混比例条件下正庚烷/甲醇掺混燃料降低碳烟的效果更明显.     

喷油参数对丁醇/柴油混合燃料燃烧及排放影响

针对高压共轨柴油机,研究了不同喷油压力和主预喷间隔角度下,正丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及颗粒物排放的影响规律.结果表明:柴油中掺混正丁醇后,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧持续期缩短,碳烟及颗粒物排放大幅降低,微粒粒径减小,核态微粒比例增加,NO_x排放变化不大.喷油压力由80MPa提高至100MPa,混合燃料消光烟度明显降低,继续提高喷油压力不但对碳烟排放降低作用减弱,还会进一步造成NO_x排放增加,同时核态微粒数量明显增加.主预喷间隔角度过小会造成主预喷燃油燃烧重叠,使碳烟排放增加,随主预喷间隔角度增加,总微粒、积聚态微粒数量浓度明显降低,核态微粒比例增加,当主预喷间隔角度增大到20°CA后,继续增大主预喷间隔角度对碳烟排放降低作用不明显.     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时的性能与排放

开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时性能与排放的研究,试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油。结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,滞燃期缩短,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,最高燃烧压力略微降低,发动机的燃油消耗率和有效热效率得到改善。在负荷特性上,发动机的CO_2、HC、CO、NO_x和碳烟排放随着F-T柴油的加入而降低,其中CO和碳烟在中高负荷时降低幅度最为显著。当F-T柴油掺混比例由0增至25%时,碳烟排放降低效果最为明显,此后随着F-T柴油的继续增加,碳烟排放降低幅度减少。     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时的性能与排放研究

开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时性能与排放的研究,试验用燃料为O号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油.结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,滞燃期缩短,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,最高燃烧压力略微降低,发动机的燃油消耗率和有效热效率得到改善.在负荷特性上,发动机的CO2、HC、CO、NOx和碳烟排放随着F-T柴油的加入而降低,其中CO和碳烟在中高负荷时降低幅度最为显著.当F-T柴油掺混比例由0增至25%时,碳烟排放降低效果最为明显,此后随着F-T柴油的继续增加,碳烟排放降低幅度减少.     

添加高比例丁醇对柴油机燃烧和排放的影响

通过试验结合数值模拟的方法,研究了1,400,r/min、平均指示压力1.0,MPa工况下柴油机采用丁醇/柴油混合直喷和双喷射两种方式的燃烧和排放特性.结果表明,双喷射方式的指示热效率降低且指示比油耗明显升高;混合直喷方式具有最长的滞燃期,而丁醇高的汽化潜热是滞燃期明显延长的主要原因.两种喷射方式的燃烧持续期均比纯柴油的短,混合直喷方式的燃烧持续期最短.与纯柴油相比,混合直喷和双喷射的NOx排放分别增长了28%和9%,燃烧过程中具有更宽的高温区域是混合直喷方式NOx排放升高的原因.混合直喷方式的碳烟排放比纯柴油方式降低约40%,其原因是掺混丁醇后降低了燃烧总体当量比和改善了局部当量比分布均匀性.双喷射由于局部当量比过浓,造成燃烧过程中碳烟峰值较高,而对碳烟最终排放的改善效果不如混合直喷方式.     

海拔对柴油喷雾和附壁燃烧过程的影响

随着海拔升高,缸内气体密度减小,喷雾液相长度增加,高海拔环境下液态喷雾油滴会直接撞击活塞表面,形成柴油的附壁燃烧.结合具体的发动机参数,利用定容燃烧弹模拟发动机缸内喷雾和燃烧过程,通过高速摄像研究海拔对喷雾撞壁和燃油附壁燃烧过程的影响.结果表明:随着海拔升高,3000 m以上会出现较明显的液态燃油撞壁,并发生燃油的附壁着火燃烧;海拔越高,附壁油雾面积越大,滞燃期越长,着火核心距离壁面越近.燃烧前期,在低海拔下,温度较低的壁面主要对碳烟氧化阶段起到了冷却作用;而在高海拔下,此冷却效果主要作用于滞燃期之前的蒸发和焰前反应过程.燃烧中期,壁面被喷雾火焰加热,冷却作用减弱;低海拔环境下的喷雾和燃烧过程在壁面附近不再形成低温碳烟层;高海拔环境下的喷雾过程则由于壁面附近的过浓混合气燃烧产生大量低温低亮度碳烟,且海拔越高,低亮度碳烟层越厚.燃烧后期,海拔的升高会导致壁面附近火焰的厚度和铺展范围增加,燃烧放热重心后移,对柴油机做功和热效率产生不利影响.     

用在线乳化技术实现柴油机低温燃烧的研究

使用自制在线乳化装置,在单缸135型试验机上进行了在线乳化台架试验,探索出不同负荷下掺水比对燃烧特性、燃油耗率、NOx及碳烟排放的影响;在相同掺水比下进行了与乳化油柴油、进气道喷水方式的性能对比试验。研究表明：在线乳化具有与乳化柴油方式的同样效果,并且可获得燃油耗率、NOx和碳烟排放同时降低的综合性能。     

柴油-甲醇微乳化燃料的制备及燃烧特性研究

本文根据乳化和微乳化理论选择油酸作为表面活性剂配制了多种配比的柴油 甲醇微乳化燃料。微乳化燃料获得了与柴油相近的发动机动力性和热效率,NOX排放比燃用柴油时高,碳烟排放比燃用柴油时低。随供油提前角的推迟,NOX排放快速下降,碳烟排放变化不大,推迟供油可使甲醇混合油获得更好的排放水平。由于甲醇汽化潜热大、乳化燃料具有微爆效应,故在小负荷时混合燃料滞燃期比柴油时大,而在大负荷时两者较接近。随混合油含醇率的增加,预混燃烧峰值也随之增加。     

正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响

通过一台V6发动机研究了柴油中掺混正丁醇和异丁醇在不同转速、不同EGR率和喷油时刻下对燃烧与排放性能的影响.结果表明:正丁醇-柴油燃料比异丁醇-柴油混合燃料着火滞燃期短,异丁醇缸内峰值压力和预混放热率比正丁醇高.柴油中掺混正丁醇和异丁醇可以明显降低碳烟排放,使得碳烟随着EGR率变化变得平缓.同时掺混正丁醇对碳烟降低的效果更明显,而且掺混丁醇对NOx排放影响不大,一氧化碳与碳氢排放保持在较低水平.最后柴油机燃用丁醇可以达到同时降低碳烟和NOx的效果.     

高原地区不同配比生物柴油的排放特性

本文在高原环境（81kpa）下,对4100QBZL柴油机燃用不同配比生物柴油混合燃料后NOx与碳烟的排放进行了试验研究。试验结果表明：与柴油相比,纯生物柴油的NOx排放上升了0%~0.22%,而掺混比为30%以内的混合燃料的NOx排放则下降了2.9%~4.5%;碳烟的排放明显降低,且随掺混比的增加而降低,纯生物柴油的碳烟排放下降了33%~53%,掺混比为30%以内的混合燃料的碳烟排放下降了10%~31%。综合考虑,燃用掺混比为30%以内的生物柴油混合燃料,能同时有效地降低NOx与碳烟的排放。     

重型车用柴油机燃用乳化柴油的燃烧与排放特性试验研究

在不改变发动机任何参数的情况下,对高压共轨重型车用柴油机分别燃用柴油和乳化柴油的燃烧与排放特性进行了对比试验研究。试验结果表明:与纯柴油相比,乳化柴油在试验工况下着火滞燃期延长,瞬时放热率峰值提高,燃烧持续期变短;缸内最高压力在低负荷时较柴油高,但在高负荷时较柴油低;在全负荷下,相比于柴油,燃用乳化柴油有效功率平均降低了16.90%,但发动机有效热效率平均提高了2.42%;燃用乳化柴油在常用转速1 800 r/min的负荷范围内时,NOx和碳烟排放分别比柴油平均降低了12.77%和58.90%,改善了NOx和碳烟排放的权衡曲线关系;高负荷时,燃用乳化柴油的CO排放减少,但HC排放增加。     

EGR对正戊醇-生物柴油混合燃料的燃烧排放性能影响研究

通过构建的一个新的包含79种组分和234个反应的正戊醇简化机理耦合已有的生物柴油简化机理,得到了正戊醇-生物柴油简化机理,该组合机理经过了滞燃期以及収动机缸压、放热率和排放验证,可以用作収动机燃用正戊醇生物柴油时的燃烧及排放特性分析.在一台高压共轨柴油机上,基于Converge仿真软件研究了EGR条件对正戊醇-生物柴油混合燃料的燃烧排放性能影响.结果表明:在不同的正戊醇掺混比例下,随着EGR率的增大,正戊醇-生物柴油混合燃料的缸压和放热率峰值都有所降低,滞燃期和燃烧持续期增加.相同EGR率时,随着正戊醇掺混比例的提高,燃料的雾化特性得到改善,燃烧持续期缩短,放热率峰值升高;添加正戊醇和增大EGR率可显著降低混合燃料的NO_x排放,在EGR率为30%、正戊醇掺混比例为40%时,NOx最低排放可达0.08 g/(k W·h),与EGR率为0时相比降低了71%;混合燃料具有较大的的碳烟氧化潜力,碳烟排放都处于较低水平,在较小的EGR率下(20%)碳烟排放增加并不明显,EGR率增加到30%时,燃烧恶化,碳烟的氧化受到了抑制,碳烟排放显著增加.     

柴油机燃用混合替代燃料的燃烧与排放特性

将生物柴油和F-T柴油(F-T diesel)进行掺混,并将其混合燃料应用于4100QBZL柴油机上.在未对原机做任何改动的情况下,研究了该机燃用不同体积配比混合燃料时的燃烧特性及NOx和碳烟排放性能.研究表明,与0#柴油相比,该机的预混燃烧放热峰值降低、扩散燃烧放热峰值升高、燃烧更柔和;NOx排放随着生物柴油掺混比例的增大而升高;碳烟排放显著下降,较0#柴油的降低幅度高达37%;低比例的混合燃料对NOx排放和碳烟排放的trade-off关系有明显改善.生物柴油与F-T柴油混合燃料宜在较低的生物柴油掺混比例范围内使用.