長碳鏈脂肪酸甲酯噴霧及著火特性的基礎研究

《長碳鏈脂肪酸甲酯噴霧及著火特性的基礎研究》是依託上海交通大學，由韓東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：長碳鏈脂肪酸甲酯噴霧及著火特性的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓東
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

生物柴油簡化替代物的合理選擇對生物柴油氧化化學動力學機理開發和生物柴油發動機的工作最佳化有重要意義。直噴壓燃式發動機的燃燒過程和排放物生成受到燃料的噴霧和著火過程的耦合影響，因此，對生物柴油替代物的選擇和開發應當同時考慮其噴霧和著火特性。作為生物柴油重要組成成分，本項目針對長碳鏈的大分子脂肪酸甲酯，開展噴霧特性和著火延遲特性的基礎研究。揭示變化噴射條件下的不同脂肪酸甲酯噴霧過程的油束巨觀參數以及液滴微觀特性；探究寬溫度、壓力、反應物當量比和混合氣氧濃度範圍內的不同脂肪酸甲酯氣相反應的著火延遲時間尺度。最終闡明脂肪酸甲酯的噴射霧化特徵以及著火延遲特性隨分子碳鏈長度的變化規律以及影響機制，為生物柴油化學動力學簡化替代物的開發以及機理驗證提供試驗依據，並將最終為生物柴油發動機的燃燒過程和排放物生成的控制和最佳化提供指導意義。

結題摘要

清潔、可再生的含氧燃料生物柴油作為新型的運輸燃料可以有效減緩化石燃料消耗帶來的能源問題。然而，原料來源的多樣性會不可避免地造成生物柴油的物理化學性質之間存在明顯差異，影響燃料的噴霧、噴射和著火特性，進而帶來發動機燃燒和排放性能的差異。因此，對生物柴油替代物的而噴霧和著火過程的選擇和開發應當同時考慮其噴霧和著火特性。本項目依照項目任務書提出的研究目標，針對代表性的不同碳鏈長度的脂肪酸酯開展了燃料噴射、霧化和著火燃燒過程的試驗和計算研究，圓滿完成了各項預期的研究目標。主要研究工作包括：考察了不同噴射壓力、噴射脈寬和噴射策略情況下的脂肪酸酯的噴油延遲、噴油速率和循環噴油量等噴射特性，以及高壓噴射系統的壓力脈動規律；揭示了不同噴射壓力、環境背壓以及噴射脈寬條件下的不同脂肪酸酯噴霧過程的油束巨觀參數以及液滴微觀特性；闡明了寬溫度、壓力、反應物當量比和混合氣氧濃度範圍內的不同脂肪酸酯均質混合氣的著火延遲特性；為生物柴油替代物開發以及化學動力學機理驗證提供試驗依據。主要研究結果表明，與柴油相比，試驗測試的脂肪酸酯燃料在噴射過程中的噴油器嘴端壓力波動幅度較小，且波動相位略微提前，壓力波動在高壓油管內傳播時的衰減速度略快；脂肪酸酯類燃料的噴油延遲略高於柴油；粘度和表面張力較小的月桂酸甲酯和柴油的噴霧液滴主要集中在小粒徑區域，而粘度較大的油酸甲酯和油酸乙酯的噴霧液滴粒徑較大。脂肪酸酯燃料的著火延遲隨著上止點壓力的升高而降低，著火延遲隨著當量比的降低而升高，隨著脂肪酸酯碳鏈長度的增加，燃料著火過程出現負溫度係數現象。二氧化碳對脂肪酸甲酯著火過程的影響可分解為稀釋作用、熱作用和化學作用，其中稀釋作用為主要影響因素，而熱作用和化學作用為次要因素。隨著初始溫度的提升，二氧化碳的化學作用逐漸增強。在本項目執行期間，項目負責人獲得中國博士後基金會國際交流人才計畫支持，並獲得上海市教育委員會頒發的上海市優秀博士學位論文榮譽稱號。本項目共培養博士後1名，博士研究生1名，碩士研究生3名。本項目在權威國際燃燒、噴霧和能源類SCI期刊上共發表論文6篇，在國際燃燒學會、美國汽車工程師學會和國際噴霧學會組織的本領域國際權威會議上發表會議論文5篇，項目負責人應邀出席國際會議並做主題報告1次。