调合生物柴油对柴油机燃烧及颗粒物组分的影响研究

发布时间：2017-11-19 11:35

  本文关键词：调合生物柴油对柴油机燃烧及颗粒物组分的影响研究

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【摘要】：随着能源短缺和大气污染问题日益突出,寻找清洁的新型替代燃料,开发出高效低污染的发动机成为内燃机行业目前发展的一个重要方向。生物柴油作为最有潜力的替代燃料之一,在柴油机结构参数不做较大改变的情况下就可以单独或者与柴油调合(调合生物柴油)以掺烧的形式使用。为了研究柴油机燃用生物柴油后的燃烧以及排放颗粒物组分的变化情况,为生物柴油-柴油混合燃料在柴油发动机中的推广应用提供理论基础,本文在一台单缸风冷柴油机上,借助燃烧分析仪、气质联用仪(GC-MS)、热重分析仪(TGA)及X射线能谱仪(EDS)等测试设备,深入研究了不同比例调合生物柴油对发动机燃烧特性、颗粒物组分、热重特性及颗粒物元素分布的影响规律。首先,使用气质联用仪、密度计及粘度计对试验中使用的生物柴油组成成分、密度及粘度进行了测量,然后利用生物柴油组分对燃油的十六烷值及热值进行了估算。生物柴油的组成成分主要包括油酸甲酯、棕榈酸甲酯及硬脂酸甲酯等,它们所占质量分数分别为62.78%、28.15%和6.48%。生物柴油的粘度、十六烷值略高于石化柴油,而其热值略低于石化柴油。其次,利用缸压传感器及燃烧分析仪对发动机燃用不同比例的调合生物柴油(B0、B5、B10及B20)的示功图进行了采集和分析。随着调合生物柴油比例的增加,发动机最高爆发压力、压力升高率峰值及放热率峰值增加,压力曲线前移,扩散燃烧放热率峰值增加,预混燃烧放热率峰值减小,滞燃期缩短,燃烧持续期增加。另外,在台架试验中利用微孔沉积式碰撞采样器(MOUDI)对发动机排放颗粒物进行采集,索氏萃取颗粒物上附着的可溶性有机物(SOF)组分,得到含有SOF组分的萃取溶液,使用GC-MS对溶液中成分进行检测。燃用B0、B5、B10及B20四种燃油的颗粒物样品中SOF组分的质量分数分别为29.32%、32.08%、34.26%及35.67%。颗粒物SOF组分主要由烷烃、酸类、酯类、酚类及芳香烃等物质组成,随着调合生物柴油比例的增加,SOF中烷烃、芳香烃及酚类物质减少,酸类及酯类物质增加,SOF组分的碳原子数减小。最后,对采集到的颗粒物样品的热重特性及元素分布进行了分析。氮气氛围下,颗粒物热重特性曲线在50℃~500℃之间呈现前缓、中急、后缓的趋势,颗粒物中大部分VOCs在150℃~350℃时挥发,500℃时颗粒物质量基本稳定。氧气氛围下颗粒物的热重曲线有明显的台阶状,对应微商热重曲线中的两个失重峰,最大失重速率分别位于180℃~200℃和500℃~600℃之间。随着调合生物柴油比例的增加,颗粒物的失重速率增加且失重起点提前,燃用调合生物柴油使颗粒物的起燃温度降低。颗粒物样品中的元素主要有C、O、Fe、Al、Si、S等,另外还有含量较少的K、Ca、Ba、Au等元素。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421

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