汽车潜在代用燃料异丁醇对异丁烷燃烧芳香烃生成的影响研究【字数：21908】
开展汽油添加丁醇燃料的燃烧动力学过程研究，有助于理解丁醇燃料对燃烧过程及芳香烃形成的影响规律，为降低颗粒排放提供理论依据。针对异丁烷掺混异丁醇，研究不同异丁醇掺混比例对燃烧过程和芳香烃生成过程的影响规律。研究结果表明，随着异丁醇掺混比例的增加，A1-A7的摩尔分数峰值逐渐增加。A1-A7的摩尔分数曲线向高温方向移动，当温度达到一定的高度时，A1-A7的摩尔分数逐渐趋于0。随着当量比的增加，A1-A7的摩尔分数逐渐增加，峰值也逐渐增加，摩尔分数曲线向高温方向移动。针对异丁烷掺混异丁醇，研究不同异丁醇掺混比例对燃烧过程和芳香烃生成速率的影响规律。研究结果表明，随着异丁醇掺混比例的增加，A1-A7相关反应的速率逐渐降低。同一条件下，A1-A7相关反应的速率的数量级逐渐增加。随着当量比的增加，A1-A7相关反应的速率逐渐增大，向促进反应进行的方向变化。
目 录
1. 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 烷烃燃烧的研究 2
1.2.2 添加丁醇对燃烧与排放的影响 3
1.2.3 芳香烃的形成 5
1.3 本文的主要研究工作 6
2. 模型的构建与验证 7
2.1 软件的认识与运用 7
2.2 机理的来源 8
2.3 机理的验证 8
2.4 本章小结 9
3. 掺混异丁醇对芳香烃和小分子摩尔分数的影响 11
3.1 计算条件 11
3.2 异丁醇掺混比例对芳香烃生成的影响分析 12
3.2.1 异丁醇比例对A1A4摩尔分数数据分析 12
3.2.2 异丁醇比例对A5A7摩尔分数数据分析 14
3.3 当量比对芳香烃生成的影响分析 17
3.3.1 当量比不同A1A4摩尔分数数据分析 17
3.3.2 当量比不同A5A7摩尔分数数据分析 20
3.4 异丁醇掺混比例对小分子生成的影响分析 22
3.5 本章小结 24
4. 掺混异丁醇对芳香烃生成路径的影响 25
4.1 计算条件 25< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 4.2 异丁醇掺混比例的分析 25
4.2.1 当量比1.5异丁醇掺混比例不同A1A7ROP分析 25
4.2.2 当量比2.5异丁醇掺混比例不同A1A7ROP分析 32
4.3 当量比对芳香烃生成的影响分析 34
4.4 本章小结 38
5. 全文总结与展望 40
5.1 全文总结 40
5.2 工作展望 40
参考文献 41
致谢 42
1. 绪论
1.1 选题的背景及意义
最近几年，我国经济取得了持续性的飞速发展，不可避免的显然是环境污染状况愈加严峻。就大气环境而言，大气污染向着多样化的方向发展，尤其是机动车辆保有量的快速增长，导致城市大气污染在烟尘污染的同时，排放污染也愈发的严重。某些大城市的环境污染已由煤烟型污染转向煤烟和机动车废气混合型污染，氮氧化物的含量持续上升，已经成为主要污染物；并且公路交通的CO含量一直超标。由机动车辆排放的污染物导致的城市光化学污染也慢慢变得明显。与此同时，随着全世界工业化的快速发展，石油等无法再生的能源也面临着前所未有的危机，能源短缺将是一个困扰全世界的问题，能源危机也代表着经济危机。所以，为了改善我们的环境和能源减少，我们一方面应该更充分的利用现有的资源，另一方面我们也应该采取相应的措施来寻找可持续的清洁代用燃料。
在如此残酷的环境压力之下，我国推出了一系列降低机动车辆污染环境的方案：逐步严格要求机动车的污染物排放标准，用来推动汽车制造公司使用高科技技术，降低燃油损耗，减少有害物质的排放；强化对在用车废气污染的监测和整治；更快的淘汰排放超标车辆。
将醇类燃料当作汽车燃油的替代燃料，似乎是可以应对能源消耗和废气污染的方法之一。因为醇类燃料的蒸发潜热大，所以燃烧温度较低，可以抑制氮氧化物的生成；醇类燃料中含有氧元素，气体混合燃烧较充分，因此碳烟在燃烧过程中可以明显减缓生成，同时排出的废气中没有燃烧的碳氢化合物(HC)与一氧化碳(CO)的含量也在降低。丁醇是一种非常有潜力的新型生物燃料，被称作第二代生物燃料，所以可以部分替代化石燃料，以此来减缓燃油危机。在20世纪80年代，美国学者就研究了丁醇燃料对柴油机性能的影响。
本文主要针对汽车代用燃料异丁醇对异丁烷燃烧芳香烃生成的影响研究。通过软件CHEMKIN中的HCCI（均质充量压燃）和PSR（理想反应搅拌器）两个模型对芳香烃生成过程和生成路径的研究。芳香烃生成的研究主要有两个方面：一是对A1A7和小分子进行摩尔分数分析；二是对A1A7和小分子的ROP数据进行分析。研究的意义在于通过探究异丁醇掺混比例对芳香烃生成的影响，以便于验证醇类可以作为替代燃料对汽车排放和改善环境具有重要意义，并且作为优良代替燃料适用于汽油发动机。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 烷烃燃烧的研究
针对烷烃燃烧的研究，国内汤成龙[1]等人以及长安大学的刘召震[2]、武汉理工大学的梁俊杰[3]等人进行了烷烃燃烧特性的研究，做了大量的实验，得到了关于烷烃燃烧特性的一些规律。
汤成龙[1]等人利用高速纹影摄像法在初始压力、初始温度、当量比和甲烷含量不同的情况下在定容燃烧弹内甲烷/乙烷空气预混层流燃烧特性的研究，得到了马克斯坦常数和层流火焰燃烧速率等数据，并且分析了其化学特性。实验的结论显示，层流火焰燃烧速率随着初始压力的变大逐渐减小，随着初始温度的升高逐渐变大，他们发现当当量比大约为1.1时得到最大值，甲烷含量增大层流火焰速率稍有降低；马克斯坦常数随着初始压力的变大逐渐增加，随着当量比的变大逐渐增加；数值模拟获得的一维自由传播火焰的层流火焰速率与试验的结果具有良好的吻合性。
长安大学的刘召震[2]针对正庚烷/异戊醇混合燃料HCCI燃烧与排放特性的研究，他们建立了混合燃料HCCI试验台架系统，采用正庚烷/异戊醇混合燃料，以发动机台架试验为基础，分析了燃料混合比例、进气温度、过量空气系数和发动机转速对混合燃料HCCI燃烧特性和排放特性的影响，并且研究了HCCI的运行范围。得到结果显示，经过对HCCI运行范围的分析发现，为了扩大混合燃料HCCI的运行范围，可在小负荷工况下适当增加正庚烷比例，以获得较好的小负荷工况适应性；在大负荷工况下适当增加异戊醇比例，以获得较好的大负荷工况适应性。其次，他们发现恰当的升高进气温度能够扩大HCCI运行范围。
目 录
1. 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 烷烃燃烧的研究 2
1.2.2 添加丁醇对燃烧与排放的影响 3
1.2.3 芳香烃的形成 5
1.3 本文的主要研究工作 6
2. 模型的构建与验证 7
2.1 软件的认识与运用 7
2.2 机理的来源 8
2.3 机理的验证 8
2.4 本章小结 9
3. 掺混异丁醇对芳香烃和小分子摩尔分数的影响 11
3.1 计算条件 11
3.2 异丁醇掺混比例对芳香烃生成的影响分析 12
3.2.1 异丁醇比例对A1A4摩尔分数数据分析 12
3.2.2 异丁醇比例对A5A7摩尔分数数据分析 14
3.3 当量比对芳香烃生成的影响分析 17
3.3.1 当量比不同A1A4摩尔分数数据分析 17
3.3.2 当量比不同A5A7摩尔分数数据分析 20
3.4 异丁醇掺混比例对小分子生成的影响分析 22
3.5 本章小结 24
4. 掺混异丁醇对芳香烃生成路径的影响 25
4.1 计算条件 25< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 4.2 异丁醇掺混比例的分析 25
4.2.1 当量比1.5异丁醇掺混比例不同A1A7ROP分析 25
4.2.2 当量比2.5异丁醇掺混比例不同A1A7ROP分析 32
4.3 当量比对芳香烃生成的影响分析 34
4.4 本章小结 38
5. 全文总结与展望 40
5.1 全文总结 40
5.2 工作展望 40
参考文献 41
致谢 42
1. 绪论
1.1 选题的背景及意义
最近几年，我国经济取得了持续性的飞速发展，不可避免的显然是环境污染状况愈加严峻。就大气环境而言，大气污染向着多样化的方向发展，尤其是机动车辆保有量的快速增长，导致城市大气污染在烟尘污染的同时，排放污染也愈发的严重。某些大城市的环境污染已由煤烟型污染转向煤烟和机动车废气混合型污染，氮氧化物的含量持续上升，已经成为主要污染物；并且公路交通的CO含量一直超标。由机动车辆排放的污染物导致的城市光化学污染也慢慢变得明显。与此同时，随着全世界工业化的快速发展，石油等无法再生的能源也面临着前所未有的危机，能源短缺将是一个困扰全世界的问题，能源危机也代表着经济危机。所以，为了改善我们的环境和能源减少，我们一方面应该更充分的利用现有的资源，另一方面我们也应该采取相应的措施来寻找可持续的清洁代用燃料。
在如此残酷的环境压力之下，我国推出了一系列降低机动车辆污染环境的方案：逐步严格要求机动车的污染物排放标准，用来推动汽车制造公司使用高科技技术，降低燃油损耗，减少有害物质的排放；强化对在用车废气污染的监测和整治；更快的淘汰排放超标车辆。
将醇类燃料当作汽车燃油的替代燃料，似乎是可以应对能源消耗和废气污染的方法之一。因为醇类燃料的蒸发潜热大，所以燃烧温度较低，可以抑制氮氧化物的生成；醇类燃料中含有氧元素，气体混合燃烧较充分，因此碳烟在燃烧过程中可以明显减缓生成，同时排出的废气中没有燃烧的碳氢化合物(HC)与一氧化碳(CO)的含量也在降低。丁醇是一种非常有潜力的新型生物燃料，被称作第二代生物燃料，所以可以部分替代化石燃料，以此来减缓燃油危机。在20世纪80年代，美国学者就研究了丁醇燃料对柴油机性能的影响。
本文主要针对汽车代用燃料异丁醇对异丁烷燃烧芳香烃生成的影响研究。通过软件CHEMKIN中的HCCI（均质充量压燃）和PSR（理想反应搅拌器）两个模型对芳香烃生成过程和生成路径的研究。芳香烃生成的研究主要有两个方面：一是对A1A7和小分子进行摩尔分数分析；二是对A1A7和小分子的ROP数据进行分析。研究的意义在于通过探究异丁醇掺混比例对芳香烃生成的影响，以便于验证醇类可以作为替代燃料对汽车排放和改善环境具有重要意义，并且作为优良代替燃料适用于汽油发动机。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 烷烃燃烧的研究
针对烷烃燃烧的研究，国内汤成龙[1]等人以及长安大学的刘召震[2]、武汉理工大学的梁俊杰[3]等人进行了烷烃燃烧特性的研究，做了大量的实验，得到了关于烷烃燃烧特性的一些规律。
汤成龙[1]等人利用高速纹影摄像法在初始压力、初始温度、当量比和甲烷含量不同的情况下在定容燃烧弹内甲烷/乙烷空气预混层流燃烧特性的研究，得到了马克斯坦常数和层流火焰燃烧速率等数据，并且分析了其化学特性。实验的结论显示，层流火焰燃烧速率随着初始压力的变大逐渐减小，随着初始温度的升高逐渐变大，他们发现当当量比大约为1.1时得到最大值，甲烷含量增大层流火焰速率稍有降低；马克斯坦常数随着初始压力的变大逐渐增加，随着当量比的变大逐渐增加；数值模拟获得的一维自由传播火焰的层流火焰速率与试验的结果具有良好的吻合性。
长安大学的刘召震[2]针对正庚烷/异戊醇混合燃料HCCI燃烧与排放特性的研究，他们建立了混合燃料HCCI试验台架系统，采用正庚烷/异戊醇混合燃料，以发动机台架试验为基础，分析了燃料混合比例、进气温度、过量空气系数和发动机转速对混合燃料HCCI燃烧特性和排放特性的影响，并且研究了HCCI的运行范围。得到结果显示，经过对HCCI运行范围的分析发现，为了扩大混合燃料HCCI的运行范围，可在小负荷工况下适当增加正庚烷比例，以获得较好的小负荷工况适应性；在大负荷工况下适当增加异戊醇比例，以获得较好的大负荷工况适应性。其次，他们发现恰当的升高进气温度能够扩大HCCI运行范围。
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