含水生物乙醇着火特性研究
发布时间：2020-07-09 08:27
【摘要】：能源需求的增长与环境污染的加剧使得代用燃料的研究越来越受到重视,随着纤维素乙醇酿造技术的不断突破与发展,生物乙醇燃料由于其可再生性、燃烧后排放的污染物少等优点再次成为代用燃料研究的热点。生物乙醇燃料脱水提纯成本过高降低了乙醇在其整个生命周期中的能源利用效率,随着HCCI发动机技术的不断进步使得发动机燃用含水乙醇成为现实。本文基于自主设计的激波管试验装置与CHEMKIN PRO气相化学动力学软件,采用试验和数值模拟相结合的方法探究了初始条件及含水量变化对含水乙醇着火特性的影响规律,进一步分析了含水乙醇在不同初始条件下的敏感性与主要氧化反应路径,并分别定量地研究了水的化学效应与物理效应对含水乙醇着火特性的影响。得到的主要结论如下:(1)利用激波管试验装置开展了含水乙醇的着火延迟时间数据测量试验,结果表明,含水乙醇着火延迟时间随温度的降低呈指数型增加;随着压力的增大而减小,压力对含水乙醇着火延迟时间的影响随着压力升高逐渐减弱;当温度较低时,随当量比的增大而减小,当温度较高时,随当量比的增大呈现先减小后增大的趋势,并在当量比为1.0附近达到最小值;当温度较低时,含水乙醇着火延迟时间随含水量的增加先减小后增大,但变化幅度较小,当温度较高时,含水乙醇着火延时随含水量的增大而增大,且变化幅度较大。(2)根据含水乙醇着火特性数值模拟结果对含水乙醇的氧化过程进行了敏感性分析与路径分析。结果表明,在温度较高条件下对含水乙醇着火过程促进作用最大的基元反应是H+O_2=OH+O(R1),抑制作用最大的基元反应为HO_2+H=H_2+O_2(R12)。路径分析发现:乙醇着火过程中,其主要先与H、O、和OH等活性自由基进行脱氢反应生成3种C_2H_5O的同分异构体,然后经过裂解等过程,最终生成C_1至C_2组分,且各中间产物最终都通过直接或间接反应生成CH_3后,进一步被氧化成CH_3O或CH_2O,再与H、OH基碰撞形成HCO,随后,HCO进一步脱氢转化为CO。另外,少量乙醇通过与第三体M碰撞反应生成C_2H_4,然后,C_2H_4脱氢生成C_2H_3、C_2H_2,最后变成HCCO。当掺混50%体积分数的水时,乙醇主要氧化路径变化并不明显,但水的加入显著增大了乙醇与第三体M反应生成C_2H_4的量。(3)基于设计的可燃混合物模型来模拟分析水对乙醇着火特性影响的两种效应(化学效应、物理效应)。分析表明,水对乙醇着火过程的影响中物理效应占据主导地位。随着含水量的持续上升化学效应占总影响的比例逐渐上升;当含水量不变时,随着温度的上升水的化学效应显著增强;随着水的加入,反应系统的温度出现显著下降,其中水的化学效应与物理效应都表现为抑制反应系统温度的升高;水的化学效应会促进反应系统中的OH浓度的上升。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK16
【图文】：
图 1.1 2016 年世界燃料乙醇产量分布图016 年世界燃料乙醇产量分布图，美国作为全世生产量已经超过 4400 万吨，在全国超过 17 个区推广掺混率达 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在覆盖，燃料乙醇年消费量也已经达到 1073 万吨燃料乙醇年产量约 260 万吨，产业规模位居世仅为 3.5%，目前也已有 9 个省全面推广使用掺根据 2017 年国家发展改革委颁布的《关于扩大用乙醇汽油的实施方案》，明确指出到 2020 年醇汽油，促进生物燃料乙醇产业整体到达国际醇相关产业带来了前所未有的发展机遇。因此不断发展，其在众多发动机替代燃料中的地位也
图 1.1 2016 年世界燃料乙醇产量分布图 2016 年世界燃料乙醇产量分布图，美国作为全世界年生产量已经超过 4400 万吨，在全国超过 17 个州地区推广掺混率达 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在全全覆盖，燃料乙醇年消费量也已经达到 1073 万吨，我国燃料乙醇年产量约 260 万吨，产业规模位居世界重仅为 3.5%，目前也已有 9 个省全面推广使用掺混率6]。根据 2017 年国家发展改革委颁布的《关于扩大生车用乙醇汽油的实施方案》，明确指出到 2020 年，用乙醇汽油，促进生物燃料乙醇产业整体到达国际先进料乙醇相关产业带来了前所未有的发展机遇。因此，随的不断发展，其在众多发动机替代燃料中的地位也越
图 1.3 项目研究的技术方案示意图如图 1.3 为本文的研究方法和技术路线，其详细解释如下：（1）收集整理公开发表文献中的乙醇单一燃料和相关掺混燃料的基础燃烧数据（着火延迟时间）；同时收集整理已公布的乙醇燃料的动力学机理，重点关注和评估各动力学机理的文件的组成以及化学动力学机理开发现状，形成乙醇燃料基础燃烧数据库和反应动力学机理文件库；（2）将不同条件下的试验结果相对比，通过对比国内外激波管的物理特性参数，对本激波管试验装置开展可靠性与误差分析；（3）通过激波管试验装置，利用反射激波后试验区的高温高压条件，开展不同初始条件下含水生物乙醇燃料的着火试验，主要获取含水生物乙醇燃料的着火延迟时间等参数数据；（4）在 CHEMKIN 软件中选择研究燃料着火特性的反应动力学模型，改变初始条件，模拟计算点火延迟时间，将得到的数据制表绘图，对图线中的变化规律进行分析。综合分析试验与模拟结果，总结初始条件变化对含水乙醇着火
本文编号：2747210
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK16
【图文】：
图 1.1 2016 年世界燃料乙醇产量分布图016 年世界燃料乙醇产量分布图，美国作为全世生产量已经超过 4400 万吨，在全国超过 17 个区推广掺混率达 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在覆盖，燃料乙醇年消费量也已经达到 1073 万吨燃料乙醇年产量约 260 万吨，产业规模位居世仅为 3.5%，目前也已有 9 个省全面推广使用掺根据 2017 年国家发展改革委颁布的《关于扩大用乙醇汽油的实施方案》，明确指出到 2020 年醇汽油，促进生物燃料乙醇产业整体到达国际醇相关产业带来了前所未有的发展机遇。因此不断发展，其在众多发动机替代燃料中的地位也
图 1.1 2016 年世界燃料乙醇产量分布图 2016 年世界燃料乙醇产量分布图，美国作为全世界年生产量已经超过 4400 万吨，在全国超过 17 个州地区推广掺混率达 85%的 E85 乙醇汽油）；巴西在全全覆盖，燃料乙醇年消费量也已经达到 1073 万吨，我国燃料乙醇年产量约 260 万吨，产业规模位居世界重仅为 3.5%，目前也已有 9 个省全面推广使用掺混率6]。根据 2017 年国家发展改革委颁布的《关于扩大生车用乙醇汽油的实施方案》，明确指出到 2020 年，用乙醇汽油，促进生物燃料乙醇产业整体到达国际先进料乙醇相关产业带来了前所未有的发展机遇。因此，随的不断发展，其在众多发动机替代燃料中的地位也越
图 1.3 项目研究的技术方案示意图如图 1.3 为本文的研究方法和技术路线，其详细解释如下：（1）收集整理公开发表文献中的乙醇单一燃料和相关掺混燃料的基础燃烧数据（着火延迟时间）；同时收集整理已公布的乙醇燃料的动力学机理，重点关注和评估各动力学机理的文件的组成以及化学动力学机理开发现状，形成乙醇燃料基础燃烧数据库和反应动力学机理文件库；（2）将不同条件下的试验结果相对比，通过对比国内外激波管的物理特性参数，对本激波管试验装置开展可靠性与误差分析；（3）通过激波管试验装置，利用反射激波后试验区的高温高压条件，开展不同初始条件下含水生物乙醇燃料的着火试验，主要获取含水生物乙醇燃料的着火延迟时间等参数数据；（4）在 CHEMKIN 软件中选择研究燃料着火特性的反应动力学模型，改变初始条件，模拟计算点火延迟时间，将得到的数据制表绘图，对图线中的变化规律进行分析。综合分析试验与模拟结果，总结初始条件变化对含水乙醇着火
【参考文献】
相关期刊论文 前5条
1 廖钦;徐胜利;;雾化激波管研制和煤油点火延时测量[J];实验流体力学;2009年03期
2 李格升;游伏兵;高孝洪;;含水酒精在发动机上的应用研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2008年06期
3 李志军;;生物燃料乙醇发展现状、问题与政策建议[J];中国生物工程杂志;2008年07期
4 李永平;;乙醇燃料特点及使用性能分析[J];炼油与化工;2007年03期
5 吕兴才;侯玉春;俎琳琳;黄震;;乙醇—正庚烷燃料均质压缩过程着火与燃烧特性的研究[J];内燃机学报;2006年04期
本文编号：2747210
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