车用生物柴油模型燃料及其燃烧的基础研究

This project aims to raise a scientific formulation method for multi-component surrogate fuels of the real biodiesel used in automotive transportation. Through experimental investigation, the detailed fundamental combustion characteristics and the engine combustion process of the surrogate fuels and the target fuels are entirely matched, thus establishing high-fidelity simplified surrogate fuels for biodiesel and providing fundamental evidences for the chemical kinetics development of biodiesel oxidation. This project mainly investigates the high pressure thermal pyrolysis, ignition delay length, soot formation and engine combustion and emissions of surrogate fuels and target fuels. This study is to reveal the combustion mechanisms and emissions formation and evolvement processes in biodiesel engines, and provide theoretical and technical support for the design and development of biodiesel engines.

本项目针对实际车用生物柴油，提出多组分模型燃料的科学配方方法，通过试验研究全面匹配模型燃料与目标燃料的详细基础燃烧特性和在内燃机中的燃烧过程，建立高度可信的生物柴油简化模型燃料，为发展生物燃料的氧化化学动力学机理提供基础依据。研究内容包括：模型燃料与目标燃料的高压热解特性研究、模型燃料与目标燃料的着火延迟特性研究、模型燃料与目标燃料的碳烟生成特性研究、模型燃料与目标燃料的发动机燃烧与排放特性研究。通过研究，揭示生物柴油发动机燃烧机理和排放生成与演化规律，为生物柴油发动机的设计开发提供理论与技术支撑。

寻求清洁可再生的发动机代用燃料和高效清洁的燃烧方式已经成为内燃机和燃烧学界的研究热点。生物柴油具有可再生性和良好的燃烧特性，在柴油替代和改善发动机性能方面拥有巨大潜力。对生物柴油及其主要组分燃烧与氧化过程的准确认识是生物柴油发动机组织高效清洁燃烧方式的必要条件。因此需要对生物柴油模型燃料进行深入研究。在燃烧化学领域，通常使用模型燃料来代替实际复杂的目标燃料。模型燃料是指含有少数几种燃料组分但是可以表征目标燃料复杂物理、化学和燃烧特性的混合物。本项目提出了基于欧式空间向量运算的生物柴油模型燃料构建方法-化学解构法。将模型燃料组分比例向量从三维空间映射到与燃料分子结构和喷雾燃烧相关的关键物性参数的多维空间，最终通过带权的欧几里得算法和层次分析法确定子模型燃料的成分和比例。针对发展的生物柴油模型燃料，通过流动反应器试验平台，快速压缩机试验平台，喷雾燃烧测试平台，扩散火焰燃烧平台和单缸机试验平台分别验证了一维柱塞流条件下的氧化特性，均质预混着火特性，异质非预混着火特性，层流流动下的成烟特性和真实发动机工况下的燃烧排放特性。点对点的试验结果说明基于“化学解构法”的生物柴油模型燃料具有较高的精度，可以复现真实生物柴油在各种工况下的氧化，着火和成烟特性。提出并发展了生物柴油模型燃料化学动力学模型，并基于基础燃烧平台对该模型进行详细验证。该模型揭示了生物柴油发动机燃烧机理和排放生成与演化规律，可以为生物柴油发动机的设计开发提供理论与技术支撑。