含添加剂的正庚烷/异辛烷混合燃料热物理性质研究

In order to reduce the use of the petroleum fuel to some extent, some alternetive fuels, such as alcohols, esters, ethers or its mixtures with diesel or gasoline have been widely studied in recent years. At the same time, research on iso-octane and n-heptane can provide a better understanding of the combustion characteristics of gasoline and diesel. In this project, the thermophysical properties of the fuel blends including iso-octane or n-heptane will be investigated. Some experimental systems will be developed and improved. The new apparatus for miscibility measurement and the falling-ball viscometer will be established. The Anton Paar vibrating tube densimeter and surface tension apparauts in our laboratory will be improved. Accurate values of the thermophysical properties will be presented for the binary and ternary mixtures of the alcohol/ester/ethers-diesel/gasoline blended fuel. The measurements on viscosity and density will be performed over the temperature range of 300 to 700 K with pressures up to 140 MPa. In addition, the viscosity and surface tension of blended fuel will be predicted based on the Eyring theory combined with the group contribution model and the gradient theory, respectively. The work of this project will be very important to the design of internal combustion engines and the study of blended fuel in future.

为了尽可能的降低对石油燃料的依赖度，醇类、酯类或醚类掺混柴油或汽油的混合燃料成为目前替代燃料研究的热点问题，而异辛烷和正庚烷是研究汽油和柴油燃烧特性的基础参比燃料。因此，本项目针对含异辛烷或正庚烷的混合燃料的热物理性质展开研究。通过建立互溶性实验装置和落球法液体黏度实验系统，改进已有的Anton Paar振动管密度计及表面张力实验装置等，开展醇醚酯类物质与正庚烷和异辛烷组成的二元或三元混合燃料的互溶性、黏度、密度和表面张力的实验研究，其中黏度和密度的测量温度范围为300~700 K、压力范围为0.1~140 MPa，获得一批较高精度的实验数据。同时开展Eyring绝对速率理论与基团贡献法相结合预测液体黏度的方法及基于密度梯度理论的表面张力模型的研究，在此基础上开展混合燃料黏度和表面张力的预测。本项目所得结论对于指导和优化内燃机的设计和混合燃料的进一步深入研究具有十分重要的意义。

随着石油资源的紧张，国内外对内燃机替代燃料的研究给予了高度重视。寻找新的内燃机代用燃料，已成为我国保证国家能源安全而迫切需要解决的问题之一。研究表明，醇类、酯类和二甲基醚是最具有潜力的石油替代燃料或者燃料添加剂，可以有效改善内燃机的排放特性，减轻对大气的污染。但是，混合燃料的热物理性质是其大面积应用的前提和关键基础问题。本项目主要从以下几个方面展开了研究工作：. (1)搭建了一套带可视窗口的互溶性实验系统，测量了温度范围为283.15~353.15 K、压力范围为0.05~1.9 MPa的二甲醚在二己酸-2,2-二[[(己酰基)氧]甲基]-1,3-二丙酯和季戊四醇四辛酸酯中的相溶特性及互溶性。（2）搭建了一套激光散射法液体表面张力实验系统，包括实验光路设计、实验本体设计、温度控制系统以及数据采集系统等。对生物柴油/柴油、生物柴油/正丁醇、柴油/正丁醇、正庚烷/乙醇以及异辛烷/(乙醇、正丙醇、正戊醇、正己醇、正庚醇)等混合燃料在不同配比下的表面张力进行了实验测量，为这些混合燃料的进一步应用提供了基础的表面张力数据。（3）建立了一个新的流体黏度和表面张力互推模型，通过对37种制冷剂、12种醇类、5种醚类以及17种酯类物质进行研究，结果表明该模型具有较高的精度。（4）提出了一个基于ASOG-VISCO模型的预测醚类燃料黏度的预测方法，对44种醚类二元体系的运动黏度进行研究，所提出的模型可以满足实际工程的需要。（5）建立了基于PR方程和MHV1混合规则的Eyring理论溶液的黏度模型，建立了9种二元体系包括烷烃+烷烃、烷烃+芳香烃等6种非水溶液和3种醇类水溶液的黏度计算模型，并进一步推广到47种二元溶液的黏度推算，研究溶液为正烷烃、异烷烃、环烷烃、正构醇、支链醇、多元醇、芳香烃、胺类、酮类、酯类以及离子液体等物质所组成的二元非水或水溶液。结果表明该模型对所研究的对称和非对称性溶液、非水和水溶液的黏度均取得了良好的计算精度。