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二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的研究
| 论文题名： | 二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的研究 |
| 关键词： | 二甲醚;乙醇混合燃料;发动机;预混燃烧;尾气测试 |
| 摘要： | 二甲醚作为一种煤基替代燃料，对于缓解我国石油资源紧缺、保障国家能源安全及实现经济的健康可持续发展具有重要意义。同时，根据燃料设计理念，乙醇低十六烷值和高汽化潜热的特点，有利于实现二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧，降低尾气排放，有效缓解城市的空气污染。 本文以一台电控增压二甲醚发动机为研究对象，研究了乙醇含量对二甲醚发动机燃烧特性的影响，并采用喷射策略和废气再循环（EGR）实现了二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧。 搭建了一套电控增压二甲醚发动机试验系统。试验系统主要包括一台直列六缸四冲程直喷电控增压二甲醚发动机、电涡流测控机、燃烧分析仪、发动机尾气测试系统、电子天平等。 考察了不同转速、负荷下，乙醇含量对二甲醚发动机燃烧特性的影响，研究结果表明：随着转速和负荷的增大，各燃料的燃烧逐渐向扩散燃烧发展。混合乙醇，燃烧向预混燃烧发展；但随着负荷的增大，乙醇的作用逐渐减弱。与纯二甲醚相比，二甲醚-乙醇混合燃料的最大压力升高率增加明显，这限制了乙醇的混合比例。相较于纯二甲醚，二甲醚-乙醇混合燃料不仅同样实现了无烟燃烧，还有助于降低 NOx排放；随着负荷的增大，NOx降低幅度增大，最大降幅达到20.3％；但混合燃料的HC、CO排放和有效燃油消耗率有所上升。 采用多段喷射策略，考察了主喷时刻、预喷时刻和预喷量对二甲醚-乙醇混合燃料燃烧和排放特性的影响，研究结果表明：主喷时刻推迟，缸内压力曲线从单峰向双峰转变，NOx排放明显降低，HC和CO排放，有效燃油消耗率和排温有所升高。随着主喷时刻的推迟，乙醇对降低NOx排放的作用更加显著，但过度推迟主喷时刻会导致燃烧恶化。采用预喷策略实现三阶段放热：预喷燃料的低温反应，预喷燃料的高温反应和主喷燃料的扩散燃烧。预喷燃料发生了预混燃烧，有利于降低NOx排放。NOx排放随预喷时刻先下降后上升，随预喷量先快速下降后基本保持不变，这说明存在一个最佳的喷射策略使NOx排放最低。不同喷射策略下，相较于纯二甲醚，混合燃料都有利于降低NOx排放，但最大压力升高率普遍较高，HC和CO排放上升。 研究了废气再循环对二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的影响，研究结果表明：随着EGR率的增大，缸内燃烧压力降低，预混燃烧比例增大，减小了NOx排放，但最大压力升高率，HC、CO排放和有效燃油消耗率有所增大。通过结合燃料设计、喷射策略和废气再循环实现了二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧，此时NOx排放均低于100 ppm。乙醇含量越大，实现预混合燃烧所需要的EGR率越小。 |
| 作者： | 李鹏飞 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 乔信起 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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