宽馏分含氧燃料低温燃烧基础理论研究

本项目拟采用燃烧激光诊断技术、数值模拟技术和发动机台架试验相结合的方法，系统开展柴油机燃用宽馏分含氧燃料低温燃烧基础理论研究。采用柴油、汽油和生物质含氧燃料丁醇，配制柴油/汽油和柴油/汽油/丁醇两类宽馏分燃料，研究宽馏分燃料及其含氧燃料低温燃烧反应机理，揭示燃烧过程主要中间产物、自由基和有害排放产物生成及演化历程；研究宽馏分含氧燃料低温燃烧的燃烧反应途径和有害排放生成机理，发展宽馏分含氧燃料低温燃烧化学反应动力学和有害产物生成模型；研究宽馏分燃料理化特性及含氧特性对低温燃烧的燃烧特性、性能和排放的影响及作用机理，寻求适应宽广工况范围低温燃烧的优化燃料特性和燃烧控制策略。这一研究对深入理解燃料特性对低温燃烧的影响机理、丰富和发展柴油机低温燃烧理论具有重要的理论意义，对寻找适合柴油机低温燃烧的优化特性燃料、探索实现柴油机高效清洁燃烧的技术途径具有重要指导价值。

低温燃烧具有实现柴油机高效清洁燃烧的潜力，宽馏分及含氧燃料在低温燃烧方面具有优势。本项目通过光学诊断、数值模拟和台架试验相结合的方法开展了宽馏分及其含氧燃料低温燃烧的研究。光学诊断结果表明，低十六烷值、高挥发性燃料自燃着火过程与当量比分布紧密相关，燃烧过程甲醛消耗与火焰发展具有较好的一致性；添加含氧燃料后火焰温度降低、火焰面积减小，碳烟排放降低。构建了经过广泛验证的简化PRF-正丁醇-PAH动力学机理，模拟结果表明，柴油/汽油宽馏分燃料活性低，抑制了低温反应，延长了滞燃期，改善了油气混合，有效降低了碳烟生成速率；加入正丁醇能有效降低局部当量比，显著改善低温燃烧过程和碳烟排放。试验研究表明，十六烷值和含氧是影响宽馏分及含氧燃料低温燃烧和碳烟排放的关键因素；柴油/汽油宽馏分燃料在高汽油比例下碳烟排放更低，但压力升高率增大，采用适当汽油比例（如G70）有利于获得更低的NOx排放和可控的低温燃烧；柴油掺混低十六烷值含氧燃料结合燃烧策略优化能够实现低温燃烧低NOx和soot排放，并在一定程度上改善热效率；丁醇同分异构体分子结构差异造成柴油与其掺混后低温燃烧特性表现出一定的不同，对碳烟的降低能力与滞燃期呈正相关，从大到小为异丁醇、仲丁醇、正丁醇和叔丁醇。通过本项目研究，深化了对宽馏分及含氧燃料低温燃烧机理的认识，对低温燃烧燃料特性和燃烧控制策略的优化具有较重要的参考价值。基于本项目研究发表学术论文22篇，其中SCI收录论文10篇（4篇进入ESI高被引论文），国际会议论文1篇，国内EI或核心期刊论文11篇；获授权国家发明专利2项；培养博士研究生2名，硕士研究生5名。