基于船用柴油机的天然气—生物柴油双燃料的机理及其性能研究

发布时间：2020-07-30 08:37

【摘要】：在排放法规日趋严格和能源短缺的背景下,使用传统燃料的内燃机面临着诸多挑战,开发清洁替代燃料及燃烧技术是重要的解决途径。开展生物燃料和天然气燃烧研究具有一定的理论意义和工程价值。本文在L.Brakora的生物柴油机理基础上,通过添加PAHs、Soot生成和氧化机理,构建了能够预测Soot生成的生物柴油机理模型;在与简化的天然气机理结合后,构建了生物柴油-天然气双燃料化学动力学模型。通过与AVL FIRE里构建的数学模型耦合,探究了喷油参数和喷油策略对生物柴油燃烧特性的影响,以及不同天然气替代比例对生物柴油-天然气双燃料燃烧和排放的影响。选取1100r/min、喷油量20.383mg,1500r/min、喷油量25.858mg两个工况点,探索了生物柴油喷油正时,喷油压力及喷油策略对燃烧及排放的影响规律,在兼顾燃烧做功及排放的条件下,确定了最优喷油正时为20°CA BTDC,喷射压力为100MPa。设计了8种喷油策略,结果表明主喷位置不变时,预喷油量的增加,有利于主喷燃料的快速燃烧和Soot排放的下降,但会引起NO排放增加;扩大预喷与主喷间隔角,将使缸内形成两阶段放热,并导致NO排放增加,Soot排放降低;固定预喷量与预喷角度,增大预喷与主喷间隔角度,则缸内温度、压力出现下降,主喷油量燃烧速率逐渐降低,NO与Soot同样存在此消彼长的矛盾。对于生物柴油-天然气双燃料燃烧,研究了天然气替代比例对燃烧及排放的影响。结果表明,中等转速区选择30%替代比例,可获得适度的缸内燃烧速度及放热集中度,对提高燃烧效率及动力输出有利,同时NO及Soot排放较低;在高转速区2000r/min时,选择50%替代比例,缸温、缸压以及放热率明显高于其他替代比例,Soot排放较低。综合分析,中等转速采用30%天然气替代率,高转速采用50%天然气替代率,可以获得较高的燃烧效率及较低的排放。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.121;TQ517
【图文】：

结构图,结构图,石化柴油,生物柴油

另一种极具潜力的可替代能源是生物柴油。目前大多都是利用大豆和菜籽提炼物柴油指以油料作物（大豆、油菜、棉、棕榈等）、动物油脂及餐饮垃圾油等为原过酯交换制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油的组分非常复杂，子质量较大，一般碳链长度为 17-19 的大型酯类，各脂肪酸甲醋的分子结构如图示［7］。由于其成分里不含芳香烃和硫，所以和石化柴油相比，其燃烧产物中多环

基础力学,综合数值,燃烧学,适性

体力学基础力学（Computational Fluid Dynamics，简称 CFD），主要解些实际换热问题。大体上来说传热学、燃烧学、空气动力学计算，在工程和学术上被广泛应用。不仅可以用其研究流体力构，还可以了解燃烧过程的化学反应，该软件应用广泛，适性，所以研究实际问题时，要综合数值模拟，实验测试和理离散思想，运用不同的离散化方法将计算区域离散化，把空许许多多个子区域，将区域中的各个节点，生成网格，然后不同的离散点上的场变量数学方程组，最后求解方程组得到 CFD 数值模拟过程，首先是要建立相应的数学模型，并根据

示意图,反应路径,反应机理

第三章数学模型的建立及其验证第三章数学模型的建立及其验证一燃料天然气的反应机理模型的简化与验证1 天然气反应机理模型的简化1、C2 和 N 化学反应，是天然气的主要链反应，其示意图如图 3-1 所示。应主要是 CH4 氧化成 CO2 和离解成 C1 物质（甲基、甲酸、甲醛等）及一过程；C2 化学反应主要是 C1 物质聚合而成 C2 物质（乙烷、乙烯、乙炔等化学反应主要是由 NO 形成的 Zeldovich 反应机理、Prompt 反应机理、燃及 N20 反应组成。此外，天然气中还含有少量的丙烷、丁烷等［53］。

【参考文献】