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《吉林大学》 2011年
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生物柴油喷雾特性及其在共轨柴油机上的试验研究

陈铁  
【摘要】:在当今世界石油等矿物资源紧缺的大环境下,过度开采;海洋开发技术的不足;资源分布的不均匀等因素,又使本来紧俏的石油资源更显得弥足珍贵。我国石油资源丰富,但是人均占有量不足世界的平均水平,随着我国汽车制造和购买力的陡增,带给资源需求和环境负载以沉重的压力。北京等地已经开始通过限制汽车的销售量,来限制快速增长的汽车消费。一组组增长和紧缺的数据时刻提醒着我们,寻找节能、环保、可再生的替代能源,已经迫在眉睫。生物柴油作为一种具有代表性的替代能源,凭借其国际上成熟的研制技术;丰富的原料来源;大幅降低的污染物排放;对温室效应的缓解等优点而受到了广泛的关注。 本文在重庆市自然基金项目“生物柴油机开发”的科研背景下,以DK4柴油机为试验原型机,开发生物柴油发动机。为了研究生物柴油给发动机的整体运行状态带来的影响,本文在基础研究阶段,利用AMESim仿真软件,对共轨发动机的喷油系统进行了模型建立,仿真分析了生物柴油不同于矿物柴油的理化性质对喷油过程各个参数的影响,为后文的燃料雾化研究和燃烧及排放试验提供分析依据。本文在参考了众多国外研究成果后,在喷雾台架上,对生物柴油和矿物柴油进行了喷雾的对比试验研究,利用高速摄影设备对共轨的喷雾过程进行了捕捉,从摄像结果中可以清晰看出两种燃料在宏观上表现出的特点,生物柴油和矿物柴油比较,生物柴油的贯穿距离较长,喷雾锥角较小。这和生物柴油的粘性大,密度大有直接的关系。这和对喷雾锥角和贯穿距离的计算结果相一致。本文还在国外先进思想的指导下,提出了SMD索特平均直径的观点。从微观的角度解释了生物柴油雾化差的特点。 以基础研究的对比分析为基础,本文在DK4原型机台架上,对生物柴油和矿物柴油的四种掺混比燃料(B0、B20、B50、B100)进行了关于滞燃期的研究,燃烧排放试验和发动机动力性、经济性的相关试验。试验结果显示,由于十六烷值,压缩压力,温度的增加导致了随着生物柴油掺混比例的增加,滞燃期有所下降。燃烧试验中,生物柴油的放热率曲线在预喷射燃烧和主燃烧阶段都要比矿物柴油提前,并且放热率的最大值较大,这也验证了前面关于滞燃期变化的规律。在动力性和经济性的试验研究中,发现生物柴油会使燃油消耗率提高,扭矩降低。排气温度和中冷后压力也因为燃料的变化而受到不同程度的影响。排放试验结果显示,HC、CO_2、碳烟都有不同程度的下降。试验重点对生物柴油的主要排放物NO_X进行了分析,证明了EGR技术的应用,可以控制生物柴油排放中过高的NO_X。最终的试验结果证明了,生物柴油燃料的使用及EGR技术的综合应用,可以使NO_X排放不明显增加的情况下,降低碳烟的排放。 全文为国内的生物柴油研究,提供了相关的理论成果和参照,部分内容还有待于以后的工作中深入的探讨和研究。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TE667

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