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丁醇是一种良好的发动机代用燃料,能有效缓解能源危机,防止环境污染。然而,为了进一步得到生物丁醇,需利用专用设备对发酵液进行分离和提纯,这使得生物丁醇的制造成本和能量花费增加,严重制约生物丁醇燃料在发动机中的推广。因此本文提出直接将丁醇发酵过程中的中间产物ABE(丙酮、丁醇和乙醇体积比为3:6:1)作为燃料供发动机燃用。 目前,针对ABE燃料的研究主要集中在发动机台架上,对其基础燃烧特性的研究报导较少。通过球形传播火焰实验和CHEMKIN动力学模拟,开展ABE燃料与其各单一组分燃料的实验和模拟计算,着重分析初始条件(温度、压力和当量比)对ABE-空气混合物层流燃烧特性的影响。 实验结果表明:ABE燃料与其各单一组分燃料的层流燃烧速度均随当量比的增加呈现先增大后减小的趋势,并在当量比1.1附近达到峰值,其大小关系为:乙醇>正丁醇>ABE燃料>丙酮,ABE燃料的层流燃烧速度与正丁醇的层流燃烧速度最为接近。四种燃料的绝热火焰温度趋势表明,绝热火焰温度对层流燃烧速度有一定的控制作用,并且随燃料碳氢比的增加而增加。马克斯坦长度的大小关系表现为:丙酮>正丁醇>ABE燃料>乙醇,即表明丙酮、正丁醇、ABE燃料、乙醇火焰的稳定性依次降低,产生这一现象的原因是由燃料分子结构以及碳原子数目综合影响的结果。 对于ABE燃料,层流燃烧速度随初始温度的增加而增加,但是初始温度对层流燃烧速度的影响较小,同时初始温度的增加也会导致绝热火焰温度的增加;层流燃烧速度随初始压力的增加而降低,且初始压力对速度的影响幅度随压力的升高逐渐减小。马克斯坦长度随着初始温度的增加而降低,即温度的不断增加会使火焰稳定性下降,但其变化趋势表明温度对火焰不稳定性的影响较小;马克斯坦长度随初始压力的增加而降低,即压力的增加会使火焰趋于不稳定,但随着压力的不断增加,马克斯坦长度变化幅度逐渐减小,并逐渐趋于稳定值。 本文给出了ABE燃料层流燃烧速度的指数拟合公式,所得拟合公式与实验数据具有较好的吻合度。