甲醇燃料发动机排气系统中醇醛低温氧化机理研究

摘要

本文主要研究了甲醇燃料发动机排气系统中的甲醇和甲醛的低温氧化过程。首先利用 CHEMKIN软件中的流反应器 PFR进行了模拟研究。通过模拟得出甲醇在两种典型温度下的反应路径，找到了对甲醇和甲醛的氧化起着关键作用的基元反应和自由基。然后结合发动机常用工况下的边界条件，模拟研究了自由基(H、OH、O、HO2)、边界条件(排气温度、流速、压力)和排气成分(O2、CO、CO2和 H2O(g))对甲醇和甲醛氧化的影响。最后设计搭建了流反应器试验台架，利用GC2010-PLUS气相色谱仪和BID检测器得出了一种甲醇和甲醛排放的快速检测方法，试验研究了发动机排气温度、流速以及排气成分(CO、CO2)对甲醇和甲醛氧化的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴甲醇在自由基H、OH、O、HO2的作用下氧化生成 CH2OH和 CH3O， CH2OH和 CH3O在氧气作用下继续脱氢生成甲醛，甲醛是甲醇氧化过程中重要的中间产物。自由基H和OH对甲醇和甲醛氧化影响较大。⑵甲醇和甲醛的氧化存在一个临界温度。低于临界温度时，甲醇和甲醛的反应速率很小。在同样的边界条件下，试验中甲醇起始氧化的温度比模拟时要低300 K左右，本文试验中甲醇起始氧化温度为673 K，823 K时甲醇已完全氧化。⑶温度是影响甲醇和甲醛氧化的关键因素，温度升高，化学反应速率升高，甲醇和甲醛的氧化速率加快。压力是通过改变气体的物质的量浓度来改变化学反应速率的，增大压力，甲醇和甲醛物质的量浓度增大，反应速率加快。流速通过反应时间来影响甲醇和甲醛在流反应器中的浓度变化，流速增大，甲醇和甲醛在流反应器中反应时间减小。氧气和水蒸气浓度的增加会使甲醇和甲醛的反应速率加快，而CO和CO2对甲醇和甲醛的氧化的影响不明显。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 甲醇的理化性质

1.3 甲醇燃料存在的问题

1.4 甲醇燃料的应用和发展

1.5 甲醇燃料发动机醇醛排放的研究现状

1.6 课题来源及主要内容

1.7 本章小结

第2章 甲醇和甲醛氧化模拟研究

2.1 CHEMKIN软件简介

2.2 甲醇氧化反应机理

2.3 流反应器(PFR)甲醇氧化模拟研究

2.4 甲醇和甲醛氧化的影响因素

2.5 本章小结

第3章 甲醇和甲醛的测量系统

3.1 色谱技术简介

3.2 气相色谱系统

3.3 GC2010-PLUS气相色谱仪及BID检测器

3.4 气相色谱分析方法的探索

3.5 本章小结

第4章 甲醇低温氧化流反应器试验研究

4.1 流反应器台架

4.2 标准气的配置

4.3 温度的测量

4.4 气体的采样

4.5 试验方法

4.6 发动机排气沿程温度变化

4.7 温度对甲醇和甲醛氧化的影响

4.8 流速对甲醇和甲醛氧化的影响

4.9 排气成分对甲醇和甲醛氧化的影响

4.10 本章小结

第5章 结论

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

附录 甲醇21组分93基元反应机理

致谢

攻读学位期间的研究成果