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《江苏大学》 2011年
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生物柴油喷雾特性与NOx排放控制的研究

叶丽华  
【摘要】:生物柴油是一种优良可再生的柴油代用燃料,是国内外热点研究的代用燃料之一。因为生物柴油原料来源的多样性,所以其理化特性与石化柴油存在显著的不同,其中物性差异是引起燃料在雾化蒸发特性和自燃特性上差异的原因。此外,虽然生物柴油发动机常规排放有所改善(NOx除外),但是目前法规未进行限制的非常规排放物特性也不相同,这也是目前需解决的问题。本文针对生物柴油的喷雾燃烧特性、排放特性进行了研究,主要工作内容及结论如下: 1.首先运用相位多普勒粒子分析仪(Phase Doppler Particle Analyzer, PDPA)测量系统对生物柴油、0“柴油及其不同比例调合油的喷雾场进行测量,研究了生物柴油及其调合油的雾化特性,得到了生物柴油和0“柴油及其不同比例调合油喷雾场油滴的速度矢量分布和油滴粒径分布。结果表明:在油束的核心区过后,喷孔直径对雾化影响比较大;小孔径的生物柴油雾化效果好;生物柴油雾化效果比0“柴油差,表现为索特平均直径较大;油泵转速高,生物柴油液滴的脉动速度和索特平均直径就小。 2.基于高压共轨系统和定容弹比较了棕榈油生物柴油、麻疯树生物柴油和0#柴油的喷雾特性。利用高速摄影机在定容弹内研究了喷雾贯穿距离,喷雾锥角,喷雾体积等宏观的喷雾特性。燃油喷射压力分别是60MPa、90MPa、120MPa、150MPa,周围环境气体(氮气)的密度分别是12.60 kg/m3、24 kg/m3、35.6 kg/m3。结果显示:在相同的条件下,柴油的喷雾体积等喷雾几何参数比棕榈油生物柴油和麻风树生物柴油的要大。为了达到相同的喷射雾化程度,在相同喷射压力和喷射环境密度的条件下,柴油的喷射时间是最少的。 3.运用喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置,对生物柴油和0#柴油的喷雾燃烧机理进行了对比试验。研究结果表明:生物柴油的喷油时刻较早,着火时刻提前,在早期预混燃烧阶段的燃烧速度大于0”柴油,而在扩散燃烧阶段的燃烧速度比0”柴油低。通过分析不同比例的混合燃料和喷油压力对生物柴油喷雾燃烧过程的影响,结果表明:混合燃料喷油始点、着火时刻均有所提前,B5混合燃料的最高燃烧压力比0“柴油高且出现稍早;随着喷油压力的提高,燃烧持续期相应缩短。 较高十六烷值的大豆油甲酯(Soybean Methyl Ester, SME)的滞燃期比0“柴油约短10%左右,而与0#柴油十六烷值相当的地沟油甲酯(Wasted Oil Methyl Ester, WOME)的滞燃期则比0#柴油长5%。生物柴油混合燃料的滞燃期随着混合比的增加呈现先减小后增大的趋势,这是较高十六烷值引起的化学滞燃期的降低和较差的雾化蒸发特性引起的物理滞燃期的增加共同作用的结果。同时表明在着火自燃特性上,化学特性(高十六烷值)对着火提前的影响高于物理特性(高黏度)对雾化不利的影响。 4.为了降低生物柴NOx排放,开展了燃料改质(微乳化法)的研究。燃料改质(微乳化法)是进行燃料重新设计的方法之一,它不但可以降低生物柴油NOx排放,而且是实现节能减排的重要途径。同时研究了微乳化生物柴油对发动机性能和排放的影响。结果表明:在保持YZ4102ZLQ柴油机转速和功率不变的前提下,微乳化生物柴油的燃油消耗率及热效率根据工况不同而发生变化;微乳化生物柴油能显著地降低NOx和烟度排放但HC和CO排放量升高。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TE667

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