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醇类/柴油混合燃料羰基化合物排放特性及生成机理的研究

李方成  
【摘要】: 针对醇类燃料羰基类化合物排放量较高的问题,本文开展了柴油机燃用醇类/柴油混合燃料羰基化合物的排放特性和生成机理的研究。利用衍生化法和高效液相色谱技术对羰基类化合物进行收集和分析;针对醇类/柴油混合燃料羰基化合物的排放特性和生成历程进行了研究;建立了甲醇/柴油混合燃料喷雾过程和燃烧过程的多维模型,开展了相应的醛类化合物理论研究与分析,论文的研究成果和主要结论如下: 1、以DNPH固体吸附和高效液相色谱技术为手段,对醇类燃料燃烧过程及发动机尾气中羰基化合物的检测技术进行了研究,建立了系统的采集、分析方法,为研究发动机燃烧过程中羰基化合物的演化历程及排放特性奠定了基础。 2、通过测定负荷特性上的羰基类污染物的排放量,研究了醇类掺烧比例、发动机转速及负荷对羰基类污染物排放特性的影响规律。研究结果发现,不论燃用纯柴油还是醇类/柴油混合燃料,羰基类污染物中甲醛和乙醛的含量最高,掺烧比例、发动机转速及负荷对各种羰基类化合物排放影响较大。 3、研究了纯柴油(M0)、两种不同掺烧比例的甲醇/柴油混合燃料(M8、M13)、两种不同乙醇掺烧比例的乙醇/柴油混合燃料(E10、E20)对发动机燃烧过程的影响和燃烧过程中羰基化合物(醛、酮)的生成规律。研究结果表明,柴油机燃用醇类/柴油混合燃料后,缸内最高温度升高,最大爆发压力提高;同时,柴油机的燃烧始点提前,急燃期的缸内压力、缸内温度和放热率升高速率加快。燃用醇类/柴油混合燃料,在任意曲轴转角下甲醛和乙醛的含量最大,其次是丙烯醛、丙醛、丁醛、环己酮、对甲基苯甲醛和己醛,这八种羰基化合物约占总羰基化合物的90%,其余醛、酮化合物生成量较小,无明显变化规律。 4、开展了甲醇/柴油混合燃料以及纯柴油喷雾和燃烧机理的理论研究和模拟计算,并与试验结果进行对比。计算及实验结果表明,甲醇/柴油混合燃料有助于改善缸内混合气的混合,混合燃料的湍动能明显提高,混合燃料的平均燃烧温度略高,有助于燃烧的迅速发展,提高燃烧效率,降低不完全燃烧化合物产物的生成。由于混合燃料的高气化潜热和较低的喷注贯穿度,使得燃烧壁面的淬熄层中产生大量的非常规排放物,并随缸内已燃气体排出,造成发动机尾气中羰基化合物的排放量高。


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