甲醇替代柴油的关键基础问题研究

That the methanol mixture with high cetane number is ignited by diesel fuel in compression is a promising mode for multiple fuels combustion. However, the mode has not been fully understood in the fields of combustion so far. The goals of the project will focus on following main aspects,1)to reveal the chemical kinetic mechanism of the fuels with differenct ignition property and to establish their ignition models; 2)to investigate into combustion characteristics in high temperature for the dual fuels , then to obtain the knowledge about their interaction in burning;3)to determin their burning boundary or limitationsand find out the ways to extend them, then bring out the methods to controll the burning process for dual fuel; 4)to investigate on exhaust emission production for dual fuel in compression ignitioni, thus to give the harmless ways for those emissions。Through the work mentioned above,a chemical kinetic mechanism and combustion model as well as a theory for dual fuel will be established, to promote development of mutiple fuel utility in future.

柴油引燃均质高辛烷值甲醇混合气是压燃式发动机实现高效燃烧的一种有前景的方式。但是，这种高着火差异性的二元燃料燃烧化学反应动力学及其燃烧特性尚未得到充分认识。本课题主要研究内容是：1）揭示高着火性燃料在着火性不良燃料均质混合气中的着火和燃烧化学反应动力学机理，构建着火模型；2）研究两种不同着火性燃料的高温燃烧特性，阐明二元燃料燃烧时的相互作用；3）研究压燃式发动机应用不同着火性二元燃料时的燃烧边界及其拓宽途径，建立二元燃料燃烧过程的控制方法；4)研究二元燃料在压燃燃烧时的排放物生成特性，提出排放气体无害化的技术途径。在以上工作基础上建立二元燃料燃烧化学反应动力学模型，创建内燃机二元燃料燃烧理论，促进发动机燃料多元化利用和发展。

为缓解我国面临的能源安全和环保的压力，采用我国产量大，产能富余，生产原料立足于国家资源禀赋的甲醇是重要的选择。甲醇是甲醇单碳燃料，但是与柴油不互溶、着火温度远高过柴油，本课题的主要研究任务就是围绕如何将甲醇用于压燃式柴油机而展开，解决其中的关键科学问题。研究中采用理论和试验相结合方式，在研制的可用于观察双燃料着火的定容弹以及发动机台架上，同时结合计算模拟等方面手段全面开展了工作。主要内容包括（1）甲醇与柴油双燃料着火和燃烧特性及其化学反应问题；（2），甲醇在不同环境条件下的混合气形成特性；（3）柴油喷射参数和进排气等边界条件对两种燃料共燃时性能的影响；（4）甲醇柴油二元燃料燃烧的边界及其拓宽的途径；（5）甲醇与柴油共燃时的排放特性及其清洁化途径。经过5年的努力，建立了柴油甲醇二元燃料燃烧的研究用平台，提出双燃料着火滞燃期经验公式，提出了无尿素辅助的低排放技术路线，确立了拓宽双燃料经济运行的途径，明确了二元燃料的发动机的热平衡关系，发现了甲醇与柴油共燃时的能量流分布特性。同时将甲醇系统装到整车上检验甲醇在柴油车上应用效果。到整个课题完成时，发表论文61篇，国际刊物上31篇，主要发表在发表在英文的国际刊物如Fuel，Energy，Applied Energy，Applied Thermal Engineering等刊物上。发表的文章得到国内外同行的关注，其中在2015年Fuel，140卷上同期发表3篇我们的研究论文，其中2篇论文的引用数高达77次，为年度高被引论文。此外，发表在2017年Fuel，188卷上的论文引用数为23次，也是高被引论文。获批专利21件，其中发明专利8件。获得省部级一等奖在内的4次奖项。出版一本专著《柴油/甲醇二元燃料燃烧理论与实践》。培养了研究生14名，其中博士生10名，硕士生4名。提出的柴油甲醇组合燃烧技术被工信部组织的专家鉴定为国际领先水平。该技术安装的重卡参加工信部甲醇汽车试点，通过了验收。目前，柴油甲醇组合燃烧技术正逐步得到推广应用。另外，已经将甲醇成功用于船舶和机车柴油机。