甲基四氢呋喃-异辛烷层流燃烧特性

利用纹影和高速摄像系统,在定容燃烧弹中研究了异辛烷掺混不同摩尔分数(0、20％、40％、60％及100％)的2-甲基四氢呋喃(2-MTHF)在不同初始温度(373、423和453 K)、不同初始压力(0.1、0.2和0.4 MPa)和不同当量比(0.7～1.6)下的层流燃烧特性.几种掺混比下的层流燃烧速度都是在当量比为...     

2-甲基呋喃/汽油发动机燃烧和排放特性

基于一台点燃式发动机,研究了燃用2-甲基呋喃(MF)及其体积分数为10%和20%低比例汽油混合燃料的发动机燃烧和排放特性,并与纯汽油进行对比.结果表明:MF及混合燃料抗爆性优于汽油,高负荷下允许发动机使用更加提前的点火时刻.单独燃用或掺混MF使滞燃期、燃烧持续期相对汽油缩短,循环波动系数降低,同时缸内峰值压力、最高平均温度相对升高.较高的燃烧温度及含氧量使MF及混合燃料HC和CO排放相对汽油降低,使用20%混合燃料时最高降低比例分别约为10%和3%.但燃用MF及混合燃料的NOx排放相对汽油升高.     

松油掺混燃料的喷雾及燃烧排放特性试验

为探究松油作为柴油机替代燃料的可行性,在定容弹中结合高速摄影技术对松油掺混比例为20%,、40%,和50%,的柴油/松油混合燃料在不同喷射压力及背压下的宏观喷雾特性进行可视化研究;同时基于一台4缸涡轮增压柴油机,研究掺混燃料在不同负荷下的燃烧和排放特性.结果表明:随喷射压力及背压的改变,4种燃料喷雾特性的变化规律一致;相同条件下松油掺混燃料的喷雾锥角、贯穿距及油束面积均比柴油大,且松油掺混比越大,雾化效果越好.在试验负荷范围内,松油掺混燃料的有效燃油消耗率、最大压力升高率比柴油略大;在全负荷工况下50%,掺混燃料的转矩较柴油仅降低2%,表明松油可提供与柴油相当的动力输出.掺混燃料在低负荷时的NO_x、CO和THC排放均高于柴油,中、高负荷时掺混燃料的CO及THC排放低于柴油,NO_x排放与柴油差别不大;通过增加松油掺混比例可以大幅降低碳烟的排放.     

2,5-二甲基呋喃的燃烧性能及排放特性的研究

目前由于一种新的合成方法的发明,国际上对于2,5-二甲基呋喃(DMF)作为代用燃料更为关注.在分析比较DMF与乙醇、商用汽油理化性能的基础上,全面地对比研究了各燃料在DISI汽油机( Direct - Injection Spark - Ignition Engine)上的工作特性.初步研究结果表明DMF是很有发展前景的生物燃料,它的一些理化性能与汽油相似且优于乙醇(体积能量密度、研究法辛烷值均高于乙醇等等),并且DMF的层流燃烧速度与汽油接近.在发动机性能试验中,DMF的指示热效率、最高缸内燃烧温度等特征参数以及排放特性大体与汽油相似,稍差于乙醇.     

2-甲基四氢呋喃-空气混合气层流燃烧特性

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像系统,研究了不同压力和温度下的2-甲基四氢呋喃-空气混合气的球形扩张火焰.使用了非线性方法对试验数据进行处理,最终得到了初始压力为0.1～0.4 MPa、初始温度为373～453 K及当量比为0.7～1.6的无拉伸火焰传播速度、层流燃烧速度和马克斯坦长度等层流燃烧特性,并使用详细反应机理进行了化学动力学分析.2-甲基四氢呋喃的无拉伸火焰传播速率和层流燃烧速度都在当量比为1.1左右达到峰值.随着初始温度的升高和初始压力的降低,无拉伸火焰传播速率和层流燃烧速度有大幅度的提升.使用反应动力学机理得到的计算值与试验值相吻合.在初始压力为0.4 MPa的试验中观测到了火焰面的不稳定现象,大当量比时的马克斯坦长度很小,流体力学不稳定性也随压力上升而大幅度升高.通过化学动力学分析,小分子物质之间的反应对燃烧过程起到了主要影响.燃料消耗最多的路径是通过在2、5号位脱氢,从而在氧化过程中产生了较高含量的乙烯、丙烯等中间产物.     

燃料特性对双燃料燃烧影响的可视化试验

通过一台改装而成的光学发动机,采用双燃料喷射系统,固定气道喷射异辛烷,缸内直喷燃料先后使用正十六烷、聚甲氧基二甲醚(PODE_(3-6))和正庚烷,研究缸内直喷燃料特性对双燃料发动机自燃着火、火焰发展和燃烧放热过程的影响.结果表明:缸内直喷正十六烷时,火焰由初期的蓝色迅速过渡到亮黄色,燃烧光强最大;直喷PODE_(3-6)工况下,火焰主要为均匀透明的蓝色,局部为亮黄色,燃烧光强最弱;直喷正庚烷工况下,CA 50之前主要为蓝色火焰,CA 50之后为亮白色火焰,光强介于直喷正十六烷与直喷正庚烷之间.直喷正十六烷的火焰初期发展类似传统柴油机燃烧,即从油束的下游先着火,然后火焰向油束上游迅速发展至喷孔;缸内分别喷射PODE_(3-6)和正庚烷时,火焰发展特性相似,火核在燃烧室边缘出现,然后向燃烧室中心铺展,火焰达到准稳态后,高温反应的明亮火焰很难传播到燃烧室中心区域.     

烟煤与石油焦掺混燃烧特性研究

以小型试验台上煤焦混粉燃烧试验为基础,对烟煤与石油焦的燃烧特性,混合粉的着火性能,燃烧特性,以及煤粉细度,配风条件和热负荷强度对燃烧过程的影响进行了分析研究。     

异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的试验研究和分析

在一台改制的发动机上进行了异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的研究。发动机性能用缸内压力评估,研究用的参数包括放热率、平均指示压力和热效率。试验结果表明,乙醇着火时刻早于异辛烷;在乙醇中加入异辛烷可以推迟着火,并导致平均指示压力和热效率的降低;对某种特定燃料,HCCI燃烧的发生主要取决于进气充量温度,初始充量温度的增加将导致HCCI燃烧提前;充量温度低或发动机转速低时,混合气形成质量差,对HCCI燃烧有不良影响;指示热效率为30%~43%,其值高于火花点火发动机;预燃室的存在有利于稳定的HCCI燃烧;超稀充量运行可以显著降低NOx排放。     

2,5-二甲基呋喃对柴油机低温燃烧与排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上研究了柴油掺入2,5-二甲基呋喃(DMF)后对燃烧、性能和排放的影响。研究结果表明:柴油中加入DMF后着火滞燃期延长,预混合比例增加,缸内最高燃烧压力及最大压升率增大,碳烟排放明显降低,其中加入DMF比例为40%(DMF40)时,在试验的EGR率区间内碳烟排放几乎为零;但NOx排放有所增加,若增大EGR率可保证在不增加碳烟的前提下明显减小NOx排放,当EGR率大于50%时,DMF40的碳烟和NOx接近于零排放。与纯柴油相比,混合燃料的THC和CO排放有一定增高,通过对混合燃料燃烧相位的优化,可以在保证高热效率的同时,有效降低最大压升率和NOx排放,但会导致THC和CO排放升高。     

CO_2掺混比对甲烷HCCI燃烧特性的影响

基于微型均质充量压燃(HCCI)自由活塞动力装置内自由活塞单次冲击过程,通过试验与数值模拟的方法,对比分析了甲烷掺混不同比例的CO_2时,混合气着火时刻、微燃烧室内的温度、压力以及装置做功能力的变化.结果表明:在初始当量比为0.5时,甲烷中CO_2的掺混使混合气着火时刻延迟、燃烧速率变慢,微燃烧室内的压力与温度峰值后移且降低,混合气体的爆燃现象得到改善.随着甲烷中CO_2掺混比的增加,混合气的着火与燃烧不断恶化,装置的做功能力不断减弱,同时装置所需的启动能量不断增加;当CO_2掺混比达到40%时,自由活塞的速度增量减少2.67 m/s,平均有效指示压力减少0.584 MPa,同时装置所需的启动能量增加至0.182 4 J.当CO_2掺混比达到58%时,混合气无法被压燃,微动力装置不对外做功.在保证装置做功能力的基础上,甲烷掺混一定比例的CO_2,微燃烧室内平均温度能够降低30～100 K,微动力装置可以降低对微燃烧室材料的依赖,实现低温燃烧.     

异辛烷燃烧过程的声场激励调控特性

从宏观与微观层面分析了超声波对异辛烷燃烧的调控作用机理,利用发动机台架试验验证了原机三维燃烧数值模拟模型,基于燃烧室内物理嵌入动网格声源面方法,实现将20 kHz振幅为300μm超声波成功馈入燃烧室．将有、无超声波馈入燃烧室的工作缸压差值作为超声辐射压力扰动,研究了超声场激励对异辛烷的着火延迟期、中间反应组分及敏感性的影响特性．通过对比分析超声馈入方案S₁～S₃及无超声馈入方案S₀,结果表明：S₁～S₃方案均使燃烧相位得以提前,S₂和S₃中C₃H₆、IC₄H₈和C₂H₄的峰值摩尔分数分别提升42.1%、24.7%、27.5%和21.5%、9.6%、5.3%,且两者异辛烷燃尽时间均提前0.18 s．当量比为1且初始温度分别为1 300 K和1 700 K时,着火延迟期分别缩短31.8%和6.4%,且均促进了...     

汽油与异辛烷/正庚烷的燃烧特性分析

利用定容燃烧弹系统,研究了相同辛烷值的两种燃料-标准汽油和异辛烷/正庚烷在化学当量比条件下的预混燃烧过程.通过高速摄像系统拍摄了标准汽油和异辛烷/正庚烷的层流预混阶段火焰传播过程,着重分析、比较了两种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度.结果表明,虽然两者辛烷值相同,但是异辛烷/正庚烷拉伸和无拉伸层流火焰传播速度均高于标准汽油的,而且标准汽油对应负的马克斯坦长度,其火焰稳定性较差,异辛烷/正庚烷对应正的马克斯坦长度,其火焰的稳定性较好.从火焰外观上,两种燃料的前期火焰基本一致,为淡蓝色预混火焰;但后期火焰的差异很大,汽油呈碳粒型燃烧,而异辛烷/正庚烷则为充分预混型.     

乙醇-柴油混合燃料的燃烧与排放特性

研究了柴油机燃用不同掺混比的乙醇 -柴油混合燃料对排气烟度以及 NOx 气体排放成分的影响 ,分析了尾气排放中甲醛、乙醛以及未燃乙醇的含量。研究结果表明 ,加入一定比例的乙醇可改善缸内燃烧过程 ,大幅度降低排气烟度 ,提高燃油经济性。随着乙醇掺混比的提高 ,尾气中 NOx 含量、乙醛和未燃乙醇的含量有明显增加     

柴油-乙醇-四氢呋喃混合燃料的燃烧与排放特性

在一台6缸增压柴油机上开展了无水乙醇、四氢呋喃(THF)与柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放影响的研究,所用燃料为纯柴油、体积分数为15％THF和85％柴油的柴油-THF混合燃料及10％乙醇、5％THF和85％柴油的柴油-乙醇-THF混合燃料.结果表明:添加5％THF可以明显改善柴油-乙醇混合燃料的互溶性,添加THF使发动...     

煤、石油焦混合燃料掺混石灰石燃烧特性的热重分析研究

应用常压高温热天平 ,对煤、石油焦混合燃料掺混石灰石的燃烧特性进行了细致的研究 ,探明了CO2 分压和Ca/S摩尔比对混合燃料燃烧及脱硫特性的影响规律。试验结果为大型工业循环流化床锅炉混烧石油焦并添加石灰石脱硫时的运行提供了可靠的试验依据。     

乙醇-柴油混合燃料的燃烧特性研究

研究了以正丁醇为助溶剂,不同比例的乙醇柴油混合燃料在不同转速、不同负荷下的燃烧特性.试验结果表明:随着混合燃料中乙醇比例的增加,燃烧滞燃期延长,而且在不同转速、中大负荷工况下,缸内最大爆发压力增大,峰值滞后明显;燃烧放热率呈明显双峰现象,放热率曲线后移,峰值高于柴油,燃烧持续期缩短.在小负荷工况下,缸内压力峰值随着燃料乙醇比例的增加而减小,放热率曲线呈单峰形曲线.在低速小负荷时,大比例乙醇混合燃料燃烧持续期有所延长.     

柴油掺混PODE_n的燃烧和碳烟生成可视化

聚甲氧基二甲醚(PODE_n)是一种柴油添加剂,近年来煤化工制备PODE_n的工艺获得突破,使得PODE_n具备了大规模应用的条件.由于高氧质量分数和高十六烷值的特点,PODE_n可显著降低柴油机碳烟排放.在高温、高压定容燃烧弹上利用OH化学发光摄影、激光消光法(LEM)标定的激光诱导炽光法(LII)等可视化方法测量了柴油和PODE_n/柴油混合燃料(PODE_n体积分数为10%、20%和30%,,记作P10、P20和P30)的火焰浮起长度和碳烟体积分数(SVF)二维分布.结果表明:随PODE_n比例提高,火焰中碳烟体积分数明显下降,P10、P20和P30的碳烟体积分数最大值相对柴油分别下降32.0%,、53.7%,和71.3%,,平均值分别下降28.9%,、48.8%,和67.6%,,说明添加较低比例PODE_n可使柴油燃烧的碳烟生成趋势明显降低.不同燃料的火焰浮起长度差别不大,说明较低比例的PODE_n不会对油束的着火性造成显著影响.随PODE_n比例提高,碳烟初始生成位置到喷嘴距离增加,碳烟的初始生成点和体积分数峰值区均由火焰两侧向中心转移.     

生物质燃料的燃烧与热解特性

根据实验研究得出生物质的燃烧和热解特性：生物质的燃烧过程分为四个阶段，即生物质的脱水，生物质热解和挥发物燃烧，挥发物的燃烧与固体碳表面燃烧并存，固体碳的表面燃烧。不同生物质的放热规律类似。第一个燃烧峰的放热面积小于第二个峰的面积。挥发物的燃烧速率比碳化物质快。生物质的纯热解过程有三个阶段，即脱水、热解和碳化。     

2-甲基呋喃/氧气/氩气低压预混层流火焰燃烧中间产物的鉴定

利用同步辐射真空紫外光电离质谱结合分子束取样技术,研究了燃烧当量比为0.8的2-甲基呋喃/氧气/氩气低压预混层流火焰的化学组成,得到了2-甲基呋喃火焰的光电离质谱和燃烧中间产物的光电离效率谱.从光电离效率谱得到了相应分子/自由基的电离能.将实验测量得到的电离能与文献值或者利用量子化学从头算方法得到的理论值比较,确定了2-甲基呋喃火焰中燃烧中间产物的化学结构,根据这些产物的化学结构分析了2-甲基呋喃及其初级燃烧反应产物的消耗过程.     

基于RANS和LES的汽油、柴油及其掺混燃料压燃燃烧特性数值模拟研究

研究中首先采用RANS和LES两种湍流模型对汽油、柴油及汽柴油掺混燃料的喷雾进行了气液相贯穿距的标定。基于标定好的喷雾模型,采用RANS与LES对3种燃料在发动机中的燃烧过程开展了数值模拟研究。通过对比RANS与LES对部分预混燃烧数值模拟的差异,揭示了两种湍流模型对缸内流动、燃料输运及燃烧过程的影响机理。结果表明,RANS与LES都能够对柴油及掺混燃料的燃烧过程实现较好的预测,其中LES对汽油部分预混燃烧中滞燃期及放热规律的预测与试验更为接近。同时,LES对3种燃料NOx排放的计算结果都与试验更加接近,这与燃料在缸内放热的位置密切相关。