寬餾分含氧燃料低溫燃燒基礎理論研究

《寬餾分含氧燃料低溫燃燒基礎理論研究》是依託天津大學，由鄭尊清擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：寬餾分含氧燃料低溫燃燒基礎理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭尊清
• 依託單位：天津大學

項目摘要

本項目擬採用燃燒雷射診斷技術、數值模擬技術和發動機台架試驗相結合的方法，系統開展柴油機燃用寬餾分含氧燃料低溫燃燒基礎理論研究。採用柴油、汽油和生物質含氧燃料丁醇，配製柴油/汽油和柴油/汽油/丁醇兩類寬餾分燃料，研究寬餾分燃料及其含氧燃料低溫燃燒反應機理，揭示燃燒過程主要中間產物、自由基和有害排放產物生成及演化歷程；研究寬餾分含氧燃料低溫燃燒的燃燒反應途徑和有害排放生成機理，發展寬餾分含氧燃料低溫燃燒化學反應動力學和有害產物生成模型；研究寬餾分燃料理化特性及含氧特性對低溫燃燒的燃燒特性、性能和排放的影響及作用機理，尋求適應寬廣工況範圍低溫燃燒的最佳化燃料特性和燃燒控制策略。這一研究對深入理解燃料特性對低溫燃燒的影響機理、豐富和發展柴油機低溫燃燒理論具有重要的理論意義，對尋找適合柴油機低溫燃燒的最佳化特性燃料、探索實現柴油機高效清潔燃燒的技術途徑具有重要指導價值。

結題摘要

低溫燃燒具有實現柴油機高效清潔燃燒的潛力，寬餾分及含氧燃料在低溫燃燒方面具有優勢。本項目通過光學診斷、數值模擬和台架試驗相結合的方法開展了寬餾分及其含氧燃料低溫燃燒的研究。光學診斷結果表明，低十六烷值、高揮發性燃料自燃著火過程與當量比分布緊密相關，燃燒過程甲醛消耗與火焰發展具有較好的一致性；添加含氧燃料後火焰溫度降低、火焰面積減小，碳煙排放降低。構建了經過廣泛驗證的簡化PRF-正丁醇-PAH動力學機理，模擬結果表明，柴油/汽油寬餾分燃料活性低，抑制了低溫反應，延長了滯燃期，改善了油氣混合，有效降低了碳煙生成速率；加入正丁醇能有效降低局部當量比，顯著改善低溫燃燒過程和碳煙排放。試驗研究表明，十六烷值和含氧是影響寬餾分及含氧燃料低溫燃燒和碳煙排放的關鍵因素；柴油/汽油寬餾分燃料在高汽油比例下碳煙排放更低，但壓力升高率增大，採用適當汽油比例（如G70）有利於獲得更低的NOx排放和可控的低溫燃燒；柴油摻混低十六烷值含氧燃料結合燃燒策略最佳化能夠實現低溫燃燒低NOx和soot排放，並在一定程度上改善熱效率；丁醇同分異構體分子結構差異造成柴油與其摻混後低溫燃燒特性表現出一定的不同，對碳煙的降低能力與滯燃期呈正相關，從大到小為異丁醇、仲丁醇、正丁醇和叔丁醇。通過本項目研究，深化了對寬餾分及含氧燃料低溫燃燒機理的認識，對低溫燃燒燃料特性和燃燒控制策略的最佳化具有較重要的參考價值。基於本項目研究發表學術論文22篇，其中SCI收錄論文10篇（4篇進入ESI高被引論文），國際會議論文1篇，國內EI或核心期刊論文11篇；獲授權國家發明專利2項；培養博士研究生2名，碩士研究生5名。