葡萄糖水溶液乳化柴油的燃烧特性研究

本研究拟以淀粉、纤维素的水解产物葡萄糖为生物质模型化合物。将适量的葡萄糖水溶液添加到传统乳化柴油中，通过高压均质或超声乳化方法制备葡萄糖类水溶液乳化柴油，应用实验研究与多维化学动力学CFD数值模拟相结合的方法研究这种新型燃料的燃烧和排放特性，应用热力学方法和化学平衡分析方法研究糖、水在燃烧过程的作用，探索这种新型燃料节能降污新机理，以期获得一种不需发酵、蒸馏等能耗高环节而直接将生物质转化为发动机代用燃料的新途径。通过葡萄糖水溶液乳化柴油发动机燃烧过程分析，揭示发动机经济性、动力性及排放特性等相关参数的影响关系和内在规律，为深入研究和推广应用葡萄糖水溶液乳化柴油技术提供科学依据，因此具有重要意义。.项目研究内容：葡萄糖水溶液乳化柴油的添加剂优化，稳定性试验，物化性能适用性研究，发动机工作过程的数值模拟，发动机燃烧特性的研究，发动机特性场优化，以及葡萄糖水溶液乳化柴油节能降污新机理的初步研究。

提出了以淀粉、纤维素的水解产物葡萄糖为生物质模型物质，减少葡萄糖发酵、乙醇蒸馏和脱水等生物质能转化过程能耗高的环节，而直接将葡萄糖转化为发动机燃料的新途径。研究了葡萄糖水溶液乳化柴油的制备方法，对葡萄糖水溶液乳化柴油进行了稳定性试验，基于试验结果建立了响应面模型，进而对其制备工艺参数进行了优化研究。通过模拟计算得到的葡萄糖水溶液乳化柴油制备参数优化结果如下：复配乳化剂2.43%、蓖麻油1.08%、柴油81.49%、HLB值5.77、葡萄糖水溶液15%和溶液中葡萄糖质量分数16.83%，该优化的葡萄糖水溶液乳化柴油稳定时间的计算值为264.2h，与试验值的误差为4.62%。研究了农用柴油机和车用高压共轨柴油机燃用葡萄糖水溶液乳化柴油的动力性、经济性、排放特性和燃烧特性。通过燃烧特性试验分析，探索了葡萄糖水溶液乳化柴油对发动机经济性、动力性及排放特性等性能参数的影响关系和内在规律。结果表明：发动机转速为1500r/min时，相比于纯柴油，车用柴油机燃用葡萄糖水溶液乳化柴油的缸内峰值和最大压力升高率在中低负荷时升高，高负荷时降低；同时，葡萄糖水溶液乳化柴油的瞬时放热峰值升高，峰值出现的相位延迟，着火滞燃期延迟，燃烧持续期缩短。在不降低有效热效率的前提下，发动机燃用葡萄糖水溶液乳化柴油能够在绝大多数工况下降低NOx和Soot排放，而HC和CO排放则视具体工况而定。通过建立发动机工作过程仿真模型，对葡萄糖水溶液乳化柴油的发动机燃烧放热规律进行了仿真分析。基于发动机经济性和排放特性综合评价，对发动机特性场进行优化；并对优化的葡萄糖水溶液乳化柴油ED15的压缩比、供油提前角及喷油量等发动机参数进行了优化和仿真分析。通过模拟计算得到燃用ED15的发动机最优控制参数如下：压缩比为17.5，供油提前角为17.5°CA，喷油量增加15%。本项目研究了葡萄糖水溶液乳化柴油的制备及发动机燃烧特性，为深入研究与推广应用这种新型燃料提供理论指导和奠定坚实基础。