PODE的物性及其在单缸柴油机上的应用研究

发布时间：2017-09-03 13:11

  本文关键词：PODE的物性及其在单缸柴油机上的应用研究

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【摘要】：聚甲氧基二甲醚(PODE)的物理性质与柴油相近,被用作柴油替代燃料时,不需要改变内燃机的结构,具有优良的改善柴油机燃烧性能、降低有害污染物排放特别是柴油机颗粒排放的潜力,是一种极具应用前景的柴油替代燃料。本文首先使用精密天平和石油产品运动粘度测定器等仪器测量了PODE的性质,并研究了PODE与柴油的互溶性,与金属、塑料、橡胶等材料的相容性,然后在一台单缸压燃式柴油机上考察了纯PODE发动机的性能,并通过在进气道中预混不同比例的天然气,研究了天然气预混对单缸PODE发动机性能的影响,进一步在进气道中掺混CO2模拟EGR,对比研究了EGR率对PODE发动机燃烧排放性能的影响。1、PODE理化特性的研究表明:(1)常温下为液态,沸点为156℃到202℃,略低于柴油;密度约为1.05/3,略高于水;粘度约为柴油的1/2到1/3之间;低热值21.4MJ/kg。PODE用作汽车燃料时,可以采用化石汽柴油的基础设施。(2)在常温20℃下,各种浓度的PODE与柴油的混合溶液性能稳定,可以任意比例互溶,随着时间的延长,混合溶液没有出现密度分层;环境温度降低到5℃时,PODE含量不高于20%的混合液不出现明显的密度分层现象,但含40%、60%、80%PODE的混合溶液出现明显的密度分层;环境温度进一步降低到0℃后,含10%PODE以上的混合溶液都发生明显的密度分层;可见PODE含量不高于10%时,在不添加互溶剂的条件下,它与柴油的混合溶液稳定性好。水在各种浓度的PODE与柴油混合溶液中直接析出,对混合溶液的相容性没有明显影响。在所选互溶添加剂中,丁醇能有效降低PODE/柴油的密度分层温度,具有良好的助溶效果,且丁醇浓度越大,助溶效果越好。(3)pode与金属材料的相容性研究表明:铁和铝具有优良的耐pode性能,而铜则存在微量的腐蚀;非金属塑料材料中,聚丙烯塑料耐pode性能良好,pode对聚氯乙烯塑料具有明显的溶胀作用。四种橡胶浸泡在pode溶液中,按质量变化率从小到大的顺序依次为:丁基橡胶三元乙丙橡胶丁晴橡胶聚异戊二烯橡胶。2、纯pode单缸发动机的性能研究表明,不改变发动机系统参数的条件下:(1)pode发动机的最大负荷为原机的55%,当量燃油消耗率略低于原机;pode发动机与原机的co排放量差别不大,未燃hc排放升高,nox排放降低,碳烟排放几乎为零。(2)随egr率的增大,缸内最大爆发压力下降,燃烧相位推迟,瞬时放热率峰值变大,气体平均温度降低,当量燃油消耗率随egr率变大而先减少后增加。随egr率的增大,nox排放下降,烟度排放略微减少;egr率小于20%时,对排气中co的浓度影响不大,随着egr率进一步增大,co排放迅速上升;未燃hc基本不随egr率而变化。3、预混天然气对pode发动机性能影响的研究表明:(1)随着预混天然气量增加,缸内最大爆发压力降低,燃烧相位推迟,瞬时放热率的峰值逐渐减小,燃烧变柔和,当量油耗先下降后升高。预混天然气的pode发动机的碳烟排放基本为零,未燃hc排放相对低速低负荷时降低;co排放随着rcng的增大而增加;nox排放呈现出先大幅下降又缓慢回升的趋势。(2)随egr率的增大,缸内最大爆发压力下降,燃烧相位推迟,缸内燃烧瞬时放热率的峰值变小,燃烧持续期延长;co排放变化不大,hc排放迅速增加,nox的排放减少。研究结果表明:与柴油相似的理化特性使pode能适应化石汽柴油的基础设施。将纯pode或pode/天然气作为柴油的替代燃料,能显著降低碳烟排放,打破典型的烟度-nox平衡,代价是降低部分动力性。pode较高的含氧量有利于更大比例使用egr降低nox排放。因此,pode是一种较为理想的柴油替代燃料。
【关键词】：聚甲氧基二甲醚(PODE) 相容性 天然气 废气再循环(EGR)
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK428.9
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11-14
• 1.2 含氧替代燃料的研究14-16
• 1.3 PODE的生产技术16-18
• 1.4 PODE在发动机上的应用研究现状18-20
• 1.5 研究内容及意义20-21
• 第二章 PODE的理化特性研究21-35
• 2.1 PODE物性的测量计算21-23
• 2.2 PODE与柴油的互溶性研究23-30
• 2.2.1 试验原理和方法23-24
• 2.2.2 温度对互溶性的影响24-28
• 2.2.3 水分对互溶性的影响28-29
• 2.2.4 互溶剂的影响29-30
• 2.3 PODE的材料相容性研究30-33
• 2.3.1 PODE与金属材料的相容性31-32
• 2.3.2 PODE与塑料材料的相容性32-33
• 2.3.3 PODE与橡胶材料的相容性33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 单缸PODE发动机的性能研究35-51
• 3.1 试验台架与装置35-39
• 3.2 实验方法39-40
• 3.3 PODE发动机的性能研究40-44
• 3.3.1 燃烧性能40-41
• 3.3.2 动力性41-42
• 3.3.3 经济性42-43
• 3.3.4 排放特性43-44
• 3.4 EGR对PODE发动机性能的影响研究44-49
• 3.4.1 EGR率对PODE发动机燃烧性能的影响45-47
• 3.4.2 EGR率对PODE发动机经济性能的影响47
• 3.4.3 EGR率对PODE发动机排放性能的影响47-49
• 3.5 纯PODE发动机存在的问题49
• 3.6 本章小结49-51
• 第四章：天然气预混对PODE发动机性能的影响研究51-62
• 4.1 天然气预混率对PODE发动机性能的影响51-56
• 4.1.1 天然气预混率对燃烧性能的影响51-53
• 4.1.2 预混天然气量对燃油经济性的影响53-54
• 4.1.3 预混天然气量对排放性能的影响54-56
• 4.2 EGR率对PODE/天然气双燃料发动机性能的影响56-60
• 4.2.1 EGR率对燃烧性能的影响57-59
• 4.2.2 EGR率对燃油经济性的影响59
• 4.2.3 EGR率对排放性能的影响59-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第五章总结及工作展望62-65
• 5.1 工作总结62-63
• 5.2 工作展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69-72
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书72

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