190型热裂解生物质气发动机性能研究

为了解不同运行参数和不同材料的热裂解生物质气对发动机功率和有害排放物的影响,该文利用热裂解低热值生物质气作为大缸径非增压火花点火发动机的燃料,研究了生物质气发动机的动力性、经济性和排放性。试验数据表明:发动机全工况范围内稳定运行;发动机的燃烧速度较慢,点火提前角为BTDC32℃A时发动机燃烧效果最好;发动机的排放性较好,NO排放随负荷的增大而升高,HC和CO排放随负荷的增大而降低,随裂解气热值的增加NO排放升高。因此,低热值热裂解生物质气作为大缸径发动机的燃料可以实现发动机的稳定运行,并具有较好的经济性和排放性。     

火花点火生物质气发动机性能研究

利用农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,经除尘、除焦油及冷却处理后作为火花点火生物质气发动机的燃料,对发动机的性能进行试验研究。通过测试发动机的转速波动、燃气消耗率和有害排放物,分析发动机的动力性、经济性、运转稳定性和排放性。试验数据表明：发动机怠速运转稳定;较大的功率范围内具有较低且平坦的气耗率曲线;全负荷范围内的转速波动率满足并网发电的需要;发动机的HC、CO和NOx的排放水平较低;燃烧过程中无焦油沉积现象。因此,农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,可以作为火花点火发动机的代用燃料。     

生物质三组分燃烧特性及动力学分析

采用热重分析法对纤维素、木聚糖和木质素的燃烧特性及动力学进行研究,考察了不同升温速率(20、40、60、80℃/min)对燃烧特性的影响,求出了生物质三组分的燃烧特性参数和动力学参数。研究表明:纤维素和木质素的燃烧失重分别集中在挥发分和焦炭的燃烧阶段,而木聚糖的燃烧在这2个阶段失重都比较大。纤维素和木质素在低温段和高温段燃烧的最佳反应级数分别为1和2,而木聚糖在这2个温度区间燃烧的最佳反应级数都为1。     

生物质在熔盐中的热裂解特性

为了研究生物质在熔盐中的热裂解特性,在自行设计的生物质热裂解反应器中,以熔盐热裂解生物质,考察了裂解温度、FeCl2含量和原料种类对生物质热裂解特性的影响,测定了生物油的物性参数,并用气相色谱-质谱（GC-MS）分析了生物油的主要组成。结果表明：在物质的量比为7︰6的ZnCl2和KCl混合熔盐中添加物质的量分数为5% FeCl2裂解生物质,温度对热裂解的影响显著,生物油得率随温度先升高后降低,存在最大值,以水稻秸秆为原料相对应的温度为525℃,最高生物油得率约为18%;添加FeCl2能提高生物油得率;以纤维素为原料裂解制得的生物油含水率小于以水稻秸秆为原料的生物油含水率;生物油含水率较高,其密度与水相近,黏度比水略大,灰分少,pH值为2.5～3.0;生物油成分复杂,含甲氧基类有机物较多,需改性后使用。该研究为熔盐热裂解生物质制取生物油提供了参考依据。     

农业生物质燃烧特性及燃烧动力学

为了充分燃烧利用农业生物质,采用 TG-DTG-DSC ( thermogravimetric-differential thermogravimetric-differential scanning calorimetry)联用技术对玉米杆、玉米芯、稻草、龙眼枝、荔枝条及其混合燃料进行了热重试验,考察了其可燃特性、着火特性、燃尽特性及综合燃烧特性,计算了燃烧动力学参数.结果表明,玉米杆及玉米芯燃烧前期DTG曲线分别出现2、3个峰值,而稻草、龙眼枝及荔枝条燃烧前期DTG曲线均只出现一个峰值;玉米杆及稻草燃烧中后期出现DSC曲线的吸热峰;玉米杆的可燃特性指数及着火特性指数均最大,且着火温度最低,荔枝条的燃尽特性指数最大,玉米芯的综合燃烧特性最好;低温阶段反应级数约为1.0~1.2,高温阶段反应级数约为0.5~0.8,低温阶段活化能大于高温阶段的活化能;生物质燃烧前期属于均相着火,后期属于多相着火.秸秆类生物质纯烧的后期稳定性较差,在木质类生物质中适当加入秸秆类生物质有利于混合燃料的前期燃烧,研究结果可为农业生物质的燃烧利用提供指导.     

小型生物质燃气发动机燃烧稳定性试验

为探明生物质燃气各组分相对含量对发动机工作稳定性的影响,在一台小型火花点火发动机上进行了生物质燃气发动机循环变动试验研究,着重分析了理论空燃比与实际空燃比的比值理论空燃比与实际空燃比的比值、H2含量(H2在CH4-H2中的体积分数)及CO2含量(CO2在CH4-H2-CO2中的体积分数)的变化对燃烧稳定性的影响。试验结果表明,燃料组分对燃烧稳定性有较大影响。在本试验中,当理论空燃比与实际空燃比的比值较小、燃料组分中H2含量较低时(如理论空燃比与实际空燃比的比值为0.4、H2的体积分数为25%及理论空燃比与实际空燃比的比值为0.6、H2的体积分数为17%),CO2含量对燃烧稳定性起支配作用,CO2含量的增加导致循环变动增加(上述工况的平均指示压力循环变动系数均超过了10%),在个别条件下导致部分燃烧。随着理论空燃比与实际空燃比的比值及H2含量的增加,CO2含量对燃烧的影响作用逐渐减弱,当理论空燃比与实际空燃比的比值及H2含量达到一定程度时(理论空燃比与实际空燃比的比值为0.6、H2的体积分数为33%及50%,以及理论空燃比与实际空燃比的比值为0.8所对应的所有H2含量条件)CO2含量对燃烧的影响作用已不明显。通过改变燃料组分条件的方法,能够提高生物质燃气发动机的工作稳定性。该研究的成果对生物质燃气发动机燃烧稳定性、经济性及排放特性改善,以及生物质燃气发动机技术应用、推广均有重要指导意义。     

生物质快速热裂解反应温度对生物油产率及特性的影响

以木屑为原料,在自制的小型流化床上,研究了生物质快速热裂解反应温度对生物油的产率、含水率、密度、黏度及成分的影响。结果表明,在475℃,500℃和550℃三种热裂解温度中,以500℃的平均生物油产率最高,为58.74%(w/w)。三种热裂解温度下,生物油的含水率分别为42.5%、46.0%和40.7%,生物油的密度分别为1140、1148和1151 kg/m³,运动黏度分为4.51 cSt、3.87 cSt和4.73 cSt。热裂解温度增高时,生物油的密度略有增加,含水率和运动黏度未见有规律变化,并且,运动黏度随含水率的增加而减小。热裂解温度对生物油的主要化合物成分相对含量有一定影响,但影响不明显,生物油中化合物几乎都是含氧的不饱和烃类衍生物,碳原子数在2～10之间,温度升高有利于糠醛、大多数苯酚类化合物生成,不利于乙酸的生成。该研究为生物油的生产与应用提供了参考。     

流化床藻类生物质快速热裂解试验

为实现藻类生物质资源的综合利用,该文选取藻类生物质中的马尾藻进行热重分析,并在自行设计的小型流化床上进行快速热裂解试验,分别研究了马尾藻热解过程及热解产物的产率随温度的变化规律。结果表明,随着温度的升高,热解经历了3个阶段：预热解、快速热解、慢速热解,并且由于多糖、蛋白质等物质热稳定性的不同引起马尾藻在快速热解阶段出现两个失重峰。在快速热裂解试验中,选择450、500、550、600℃ 4个反应温度对马尾藻的热裂解规律进行了研究,主要考察了不同反应温度对热裂解产物收集率的影响。研究发现残炭的产率随着温度的升高而降低,而热解气的产率则随着温度的升高而升高,生物油的产率随温度变化先升高后降低,在550℃左右时产率最高,约为30.5%,这为马尾藻快速热裂解制油的推广与工业利用提供参考。     

大气压力对小型农用柴油机怠速工况燃烧与排放的影响

怠速是非道路用柴油机重要的运行工况之一。为了深入探究大气压力对小型农用柴油机怠速工况下燃烧与排放性能的影响,利用大气压力模拟装置,研究了满足非道路国III排放标准的小型农用柴油机在怠速工况下燃烧特性与排放性能随大气压力（80、90、100 kPa）的变化规律。试验结果表明：在怠速工况下,小型农用柴油机匹配的涡轮增压器不起作用,并且在高原地区涡轮增压系统不具备自补偿能力;最高缸内压力、压力升高率峰值以及放热率峰值均随着大气压力的升高而升高,大气压力每升高10 kPa,上述燃烧参数分别平均升高13.33%、37.24%以及6.76%;而最高缸内燃烧温度随着大气压力的升高而降低,大气压力每升高10 kPa,平均降低11.18%;大气压力对CO排放与HC排放影响较大,大气压力每升高10 kPa,CO排放与HC排放分别平均降低47.47%与55.77%;大气压力对NOx排放与烟度的影响相对较小,大气压力每升高10 kPa,NOx排放平均升高18.93%,而烟度平均降低11.90%。该研究可为高原地区小型农用柴油机怠速工况的排放控制提供参考依据。     

不同温度下热裂解芒草生物质炭的理化特征分析

芒草是一个极具潜力的生物质能源作物,为了研究了解芒草生物质炭的特征,评价其农业和与环境领域应用价值与潜力,该研究分别在和下制备生物质炭,测定其基础理化性质,以期了解芒草生物质炭特征及其随裂解温度变化的规律。结果表明,裂解温度显著地影响芒草生物质炭物理与化学性质,低温生物质炭含有比较高的水溶性成分,而高温生物质炭具有比较高的pH值、C/N比、芳香化结构、持水量和比表面积;但裂解温度对生物质炭δ值没有显著的影响。该文还讨论了芒草生物质炭在化肥利用率提高,以及污染土壤和水体修复等领域的潜在价值与工业应用前景,研究结果可为芒草生物质炭在土壤改良、固碳减排等方面的应用提供基础数据。     

柴油机怠速燃用小桐子油的燃烧噪声及其波动性

为了分析柴油机燃用小桐子油在怠速工况时的燃烧噪声及燃烧噪声的波动性,分别以柴油、柴油-小桐子掺混油、小桐子油、高温小桐子油为燃料,在单缸水冷四冲程柴油机上进行了怠速工况试验,测录了多循环的瞬时气缸压力,采用最高燃烧压力、压力升高率、压力升高加速度、气缸压力频谱曲线以及A声压级进行了对比。结果发现,柴油与掺混油、小桐子油与高温小桐子油的气缸压力频谱相似,柴油和掺混油的气缸压力级较大;对于同一工况,最大压力升高率越大且对应相位越迟,则燃烧噪声越大;18°供油提前角时,燃用高温小桐子油的A声压级低于柴油约7dB,21°供油提前角时低于柴油约5dB;燃用相同燃料,最大压力升高率的波动率降低均会减小A声压级的波动。     

射流控制压缩着火发动机不同负荷下燃烧及排放特性

针对柴油预混合气着火相位难以直接控制的问题,提出射流控制压缩着火(jet controlled compression ignition,JCCI)方式。将一台单缸农用柴油机改造为JCCI发动机:压缩比降至12,增加一个带液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)供给通道和火花塞的点火室,并进行了JCCI发动机全负荷特性试验研究。试验结果表明:采用射流控制压缩着火方式可以有效控制发动机的燃烧相位和排放。在平均有效压力低于0.44 MPa的工况范围,NOx排放比原机降低较多,燃烧始点相位CA10与滞燃期几乎不随负荷增加而改变;在平均有效压力高于0.44直至0.54 MPa负荷范围内,燃烧始点相位迅速前移,滞燃期迅速减小,柴油提前自燃,射流对着火相位控制作用减弱,NOx排放迅速增加并超过原机;在全负荷范围,烟度始终维持在低水平,HC和CO排放较高。该研究可为柴油预混合燃烧着火相位控制提供参考。     

基于烟度限值的柴油机怠速瞬态过程性能评价方法与试验

以一台增压中冷高压共轨柴油机为研究对象,对怠速瞬态过程进行台架试验研究。首先采用了滞后系数、劣变系数和瞬态均值3个指标来定量评价怠速瞬态过程性能,然后从时间、峰值和均值3个维度上研究了怠速瞬态过程过渡时间和烟度限值对最大缸压、燃油流量和排放性的影响规律。试验结果表明:通过采用滞后系数、劣变系数和瞬态均值能较准确地评价柴油机怠速瞬态过程中性能的变化情况,为进一步的优化提供参考。柴油机在怠速瞬态过程中缸压,油耗及排放性能较稳态有所恶化。通过调整过渡时间和烟度限值,可以降低柴油机在怠速瞬态过程中的恶化程度。     

含水乙醇汽油直喷发动机燃烧与碳烟排放特性

为了深入分析含水乙醇对汽油直喷（Gasoline Direct Injection,GDI）发动机性能的影响,利用CONVERGE软件,结合耦合含水乙醇汽油燃烧机理和碳烟模型,进行了三维模拟,从微观角度研究了GDI发动机结合废气再循环（Exhaust Gas Recirculation,EGR）技术燃用含水乙醇汽油时的燃烧及碳烟生成与排放特性。结果表明：含水乙醇掺混比的增大有助于加快火焰传播速度,进一步缩短燃烧持续期。碳烟前驱物（PAHs）控制碳烟的成核和生长,含水乙醇汽油的含氧特性及高活性的OH可以抑制碳烟生成,与E0（含水乙醇体积分数为0）相比,E20W（含水乙醇体积分数为20%）的碳烟前驱物苯、萘、菲、芘的质量峰值分别降低了60.0%、54.5%、73.3%、52.4%,碳烟质量峰值降低了63.6%,碳烟数量密度峰值下降了40.0%。EGR的引入使燃烧效率降低,PAHs 和碳烟生成质量升高,碳烟数量密度降低,含水乙醇的添加能改善EGR环境中的燃烧效率,降低未燃HC和碳烟生成量。相比纯汽油,含水乙醇汽油结合EGR技术,弱化了EGR对燃烧和碳烟排放的负面影响。因此,EGR结合含水乙醇汽油能够改善发动机燃烧特性,降低发动机的碳烟等污染物排放,对提升GDI发动机性能和改善颗粒物排放有较好的作用。     

重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放特性

为研究重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放规律及影响因素,提供碳氢排放基础数据,提出控制稀燃天然气发动机碳氢排放的方法,该文利用对比试验的方法对进气总管单点混合增压中冷重型车用稀燃天然气发动机的燃烧特性及外特性、负荷特性碳氢排放进行了研究。试验结果表明:发动机在节气门全开的外特性工况运行时,随发动机转速从1000增加到2000r/min,以曲轴转角计算的速燃期从28°增加到41°;转速保持在2000r/min时,负荷从0到100%,速燃期从52°缩短到41°。外特性的甲烷性碳氢(CH4)排放比例较高,占总碳氢(totalhydrocarbon,THC)排放的95%以上;推迟点火提前角碳氢排放降低,外特性运行时点火提前角推迟6°,在转速1400～2000r/min范围内,THC排放降低了10.1%～15.4%,CH4排放降低了10.9%～16.5%。从空载到75%负荷率范围内,点火提前角推迟6°后,THC排放在不同负荷点降低的平均幅度为24%左右,CH4降低的平均幅度为33.1%左右。在转速1000～2000r/min范围内,随着发动机负荷的提高碳氢排放量增多。标定转速随负荷的增加CH4排放占THC排放的比例升高。该研究为增压中冷单点喷射车用稀燃天然气发动机的碳氢排放控制提供了理论依据。     

乙醇/柴油混合燃料燃烧过程与排放试验研究

在YZ4DB3柴油机上,通过测量燃用乙醇/柴油混合燃料的示功图和排放污染物,分析了燃烧过程与排放污染物的变化规律。结果表明,随着乙醇掺混比例的增加,乙醇/柴油混合燃料的滞燃期延长,燃烧终点提前,燃烧持续期缩短。小负荷时,与柴油相比,E10和E20的最大爆发压力分别下降了0.2、0.4MPa,扩散燃烧放热率峰值升高;全负荷时,与柴油相比,乙醇/柴油混合燃料的最大爆发压力变化不大,预混燃烧放热率峰值升高。与燃用柴油相比,掺混乙醇能明显降低烟度,NOx排放变化不大;HC和CO排放随着乙醇掺混比例的增加而升高,小负荷时较明显。乙醇/柴油混合燃料的燃料消耗率与燃用柴油的燃油消耗率基本相同。     

EGR对轻型柴油机缸内燃烧及排放性能影响的可视化

为探索EGR对轻型柴油机小负荷工况下缸内燃烧及排放性能的影响规律,该文以某高压共轨轻型柴油机为样机,搭建柴油机缸内工作过程可视化研究平台,通过缸内燃烧过程高速摄影、缸内示功图采集及放热率计算分析了EGR对轻型车用柴油机燃烧过程及排放性能的影响规律。研究表明:通过所搭建的柴油机缸内工作工程可视化平台可以直观的分析柴油机缸内喷雾燃烧过程。小负荷工况条件下,随着EGR率的增加,滞燃期缩短,柴油机缸内燃烧持续期延长,燃烧后期平均温度上升,缸内压力峰值、瞬时放热率峰值均降低,与EGR率为10%时相比,EGR率40%时NOX、HC和CO排放分别下降了65.6%,46.4%和8.7%,而炭烟的排放先减小后增大,EGR率超过30%后炭烟排放及燃油经济性出现恶化。该研究可为有效降低柴油机排放提供参考。