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生物柴油十六烷值对柴油机的燃烧过程、动力性、经济性、燃烧噪声以及污染物排放具有重要影响。论文以不同二叔丁基过氧化物(DTBP)添加比率的生物柴油为研究对象,采用热重分析、台架试验、示功图和数值模拟的方法,探讨了柴油机燃烧过程中间产物的变化趋势,研究了十六烷值添加剂对生物柴油特性参数、燃烧过程和污染物排放的影响。
为了研究十六烷值改进剂DTBP添加比率对生物柴油理化特性的影响,在生物柴油中添加0.25%、0.5%和0.75%的DTBP。对不同样品的闪点、低热值和十六烷值进行计算,测量不同样品的密度、粘度、冷滤点、挥发热解特性和氧化燃烧特性。结果表明,随着DTBP添加比的提高,样品燃料的冷滤点没有变化,密度和黏度有小幅度降低,闪点降低2℃～3℃;添加0.75%的DTBP,生物柴油的十六烷值由50.2提高到57.1,热值由36.4MJ·kg-1降低到36.1MJ·kg-1;DTBP对生物柴油的挥发性的影响不大,但对氧化燃烧会起到促进作用,使其具有更好的可燃性。
通过YZ4DB3柴油机台架试验,采集缸内压力、扭矩、油耗和污染物排放数据,研究柴油机燃用不同十六烷值生物柴油的燃烧过程、动力性、经济性和排放特性。在分析滞燃期经验公式和试验数据的基础上,拟合了柴油机燃用不同十六烷值生物柴油的滞燃期关系式。结果表明:DTBP添加比率越大,缸内最高压力下降越多,瞬时放热率峰值降低越大。添加0.75%的DTBP,柴油机滞燃期缩短2℃A～3℃A,燃烧持续期缩短3℃A左右;随着DTBP添加比率的提高,柴油机的输出功率小幅上升,燃油消耗率小幅降低。当添加比率为0.25%时,柴油机污染物排放降低幅度最大:标定转速25%负荷时,HC排放降低42.1%,CO排放降低16.3×10-6,Nox排放降低48.5×10-6,碳烟排放几乎不变。当DTBP添加比率超过0.25%时,随着添加比率的提高,柴油机污染物排放升高。
运用CHEMKIN软件对生物柴油的燃烧过程和污染物排放进行了模拟。通过对缸内压力、缸内温度、中间产物和污染物生成等进行计算,探讨了DTBP添加比率和柴油机运转参数对生物柴油燃烧和排放的影响。结果表明,随着DTBP添加比率的提高,缸内燃烧温度上升,缸内压力下降,最高压力对应曲轴转角提前。最高燃烧温度随着进气温度、进气压力和压缩比的升高而升高,最大燃烧压力随着进气压力和压缩比的增大而升高。在-30℃A到-20℃A曲轴转角范围内DTBP几乎完全分解。羰基自由基在2℃A～3℃A曲轴转角范围内大量生成,随着反应的进行,羰基自由基与燃料分子发生反应,摩尔分数降低。CO摩尔分数随着反应的进行先增加后降低,NO摩尔分数随着反应的进行先迅速增加后保持不变。