生物柴油/F-T柴油掺烧对柴油机性能影响的研究

摘要

面对日益严峻的能源危机以及环境污染问题，生物柴油作为含氧可再生的车用清洁燃料，具有巨大的发展潜质。同时基于我国富煤少油的能源结构现状，生产利用F-T柴油也是一条缓解能源危机的有效途径。已有研究表明，F-T柴油十六烷值较高，可降低NOx、HC与CO排放，黏度稍低;而生物柴油具有较高的燃烧效率，可降低CO、HC与碳烟排放，但黏度较高。两者都无需对柴油机进行改动即可直接燃用。
　　 本文在对比分析了生物柴油与F-T柴油各自的特性后，采用试验与仿真相结合的方法，利用两者的优点配制了生物柴油/F-T柴油混合燃料B10、B30与B100(B10表示10％生物柴油+90％F-T柴油，以此类推)，通过两种燃料的掺烧使柴油机在保证动力性与经济性的前提下降低排放。在4100QBZL柴油机上进行台架试验，结果表明:燃用混合燃料后，在油门开度为80％的速度特性下，较0#柴油而言输出转矩与功率有所下降，并且降幅随着燃料中F-T柴油比例的增加而增大，F-T柴油最大下降幅度为10％;油耗率方面，B100油耗率上升，F-T柴油油耗率下降，B30油耗与0#柴油相差不大;排放方面，B10、B30、B100与F-T柴油的NOx排放浓度、CO排放浓度与碳烟排放浓度均低于0#柴油，并且随着生物柴油掺混比例的增加而增加，除B100以外，混合燃料的HC排放浓度升高。对比B10、B30、B100与F-T柴油的燃烧特征参数发现:缸内压力、压升率、放热率均随生物柴油掺混比例的增加而增大。
　　 由于生物柴油、F-T柴油与0#柴油的燃料特性存在着一定的差异，在柴油机上燃用时所产生的振动与噪声情况也不尽相同。本文对比分析了这三种燃油品质的差异对柴油机振动与噪声的影响，并对试验采集的振动与噪声信号进行时频分析发现:燃用F-T柴油后柴油机振动与噪声有明显降低，低负荷时生物柴油振动与0#柴油相差不大，高负荷时略有升高，三种燃油在频域上的信号也各不相同。这对将来通过改进燃油品质来降低柴油机的振动与噪声提供了一定的基础数据的支持。
　　 同时本文还利用FIRE软件对柴油机燃用F-T柴油及B30混合燃料的燃烧过程进行了仿真分析。结果表明:B30混合燃料较F-T柴油缸内高温区域广，最高温度增幅为7.8％; NO高浓度区范围较F-T柴油较大，与试验结果吻合。
　　 综合来看，燃用生物柴油/F-T柴油混合燃料在动力性降低不多的前提下，经济性、排放性以及振动噪声方面都体现出独特的优势，是一种符合现阶段我国国情的代用清洁燃料。如果能够根据发动机实际工况选择合适的掺混比，会取得更优的效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 生物柴油的特性

1．2．1 生物柴油的制备方法

1．2．2 生物柴油的国内外研究现状

1．2．3 生物柴油的优劣势

1．2．4 试验所用生物柴油

1．3 F-T柴油的特性

1．3．1 F-T柴油的生产

1．3．2 F-T柴油的国内外研究现状

1．4 燃料的理化特性比较

1．5 项目来源与支持

1．6 本文的选题意义和主要研究内容

第二章 生物柴油／F-T柴油掺烧对柴油机性能影响的试验研究

2．1 试验设备和测试系统

2．2 试验方法

2．3 不同掺混比对柴油机性能的影响

2．3．1 对动力性能的影响

2．3．2 对经济性能的影响

2．3．3 对排放性能的影响

2．4 本章小结

第三章 生物柴油／F-T柴油掺烧的燃烧过程分析

3．1 影响燃烧过程的因素

3．2 不同掺混比对缸内压力的影响分析

3．3 不同掺混比对压力升高率的影响分析

3．4 不同掺混比对放热率的影响分析

3．5 不同掺混比对缸内温度的影响分析

3．6 不同掺混比对滞燃期的影响分析

3．7 不同掺混比对燃烧压力震荡的影响分析

3．8 本章小结

第四章 生物柴油／F-T柴油掺烧对柴油机振动特性的影响

4．1 柴油机的振动机理

4．2 振动噪声测试系统

4．3 对喷油泵振动的影响

4．4 对缸盖振动的影响

4．5 对缸体振动的影响

4．6 本章小结

第五章 生物柴油／F-T柴油掺烧对柴油机噪声的影响

5．1 柴油机噪声理论

5．2 噪声数据分析

5．2．1 对缸压频谱的影响

5．2．2 对噪声声压有效值的影响

5．2．3 对不同频率下声压级的影响

5．3 本章小结

第六章 基于FIRE软件的F-T柴油与B30燃烧仿真

6．1 F-T柴油与B30混合燃料成分拟合

6．2 燃烧室模型的建立

6．3 初始条件和边界条件的确定

6．3．1 运行模式及时间步长确定

6．3．2 边界条件确定

6．2．3 初始条件确定

6．4 计算模型的验证

6．5 模拟结果分析

6．5．1 缸内温度场分布对比

6．5．2 缸内NO浓度场对比

6．6 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文