生物柴油燃烧过程NO_x生成机理的分析
发动机燃用生物柴油燃料的试验研究
摘要面临激烈的国际竞争，我国发展到了一个关键时期，迫切需要探索新的发展途径。
同时开发生物质能源是解决全球能源危机的方向之一，当前世界各国对生物质能的研发非常重视。
其中重要的一项分支就是以油料作物等可再生资源为原料制成的生物柴油。
由于生物柴油是一种可替代石化柴油的清洁安全的新型燃料，具有优良的环保特性和可再生性，属理想的“绿色能源”，因而在能源危机的今天备受重视。
选择油料产业与能源产业的交叉领域生物质能特别是生物柴油为契合点，研究油菜生产与生物柴油发展，不仅为解决能源危机提供了新的视角，而且对于保障能源安全、保护生态环境、促进农业和制造业发展、提高农民收入等都具有重要的战略意义。
论文主要研究了生物柴油的燃烧特性，和与柴油混合燃烧的特性。
本研究选择了乌桕籽来作为生物柴油的原料，并且自制了此类生物柴油用于试验研究。
通过试验得到不同燃料的燃烧时的气缸内压力和排放数据，进行分析，从而得到不同燃料的燃烧特性以及排放特性，为生物柴油的使用，以及减少排放等分析提供试验依据。
本文特色在于试验的数据很丰富，采用了多工况，多种燃料进行试验，因此可对比方面很多，为后来者提供试验依据起到很好的作用。
并且自制生物柴油，对于拓展生物柴油的来源，鼓舞大家一起研究新的来源提供的依据。
也体现了克服困难坚持科研的精神。
关键词：生物柴油；柴油机；气缸内压力；排放。
AbstractFacing the fierce international competition, our country has developed into a key period, and we need to explore the new approach to develop the oil industry urgent. It is one of the orientations of solving the global energy crisis to develop the biomass energy; the countries all over the world pay much more attention to the research and development of biomass energy at present. One of important branches is the biodiesel oil made by the renewable resources as raw materials, such as oil crops, etc. , it is a kind of new-type fuel with safe cleanness that can substitute the petrochemical industry diesel oil , because it has fine environmental protection characteristic and renewable , belongs to the ideal ” green energy ” . The ones that choose to research the biomass energy of fields , especially biological diesel oil, which crossed the fields of the oil industry and the energy industry, study on the rape production and development of biodiesel, has an important strategic meanings for the energy security, the ecological environment protection, promoting agriculture and manufacturing industry development, raising peasant’s income, etc..The thesis studied the combustion characteristics of 100% biodiesel and biodiesel mixed with diesel. In the study, the biodiesel of Chinese tallow tree seeds are self-made bio-diesel for the experimental study. According to the experiments, we can receive the date of cylinder pressure and emission from burning different types of fuels, and then analysis of the date , we can get the combustion characteristics, as well as emission characteristics of the different types of fuels. The purpose is to provide experimental basis for the using of bio-diesel and reducing emissions, etc. .In the thesis it is the feature that the data of the experiment is very rich, using multiple status of working conditions and a variety of fuels , so it can be compared in many aspects and play a good role for the later as a major experimental basis. Making bio-diesel by oneself can be a basis for expanding the sources of biodiesel and encouraging everyone to study new sources. It also reflects the spirit of overcoming difficulties and adhering to scientific research.Key words: bio-diesel ;diesel engine ;cylinder pressure ; emission.目录摘要 (I)Abstract....................................................................................................................................... I I 一绪论 (1)1.1生物柴油概述 (1)1.1.1 生物能源与生物柴油 (1)1.1.2生物柴油与柴油相比的优缺点 (2)1.2 国外生物柴油的研究和应用状况 (3)1.2.1研究和生产 (3)1.2.2 生物柴油的竞争力不断提高 (6)1.2.3 政府对生物柴油的扶植政策 (7)1.2.4 生物柴油的应用和销售 (8)1.3 国内发展生物柴油的背景 (9)1.3.1 能源发展的战略背景与挑战: (9)1.3.2 石油成为能源安全的焦点 (11)1.3.3 生物柴油的发展 (11)1.4 乌桕研究现状 (12)二生物柴油的制取 (14)2.1制取原理 (14)2.2生物柴油的制取工艺 (17)2.2.1试验方法：固相碱催化法[30] (17)2.2.2大量制取试验改良 (18)三试验装置以及测量仪器 (19)3.1装置示意图 (19)3.2试验测功机、电动机和发动机主要参数 (19)3.3测量控制仪器 (21)3.3.1控制装置 (21)3.3.2测量传感器 (21)3.4试验数据采集 (22)3.4.1试验台架改进和故障排除 (22)3.4.2 测量记录 (22)四发动机燃用生物柴油特性研究 (25)4.1放热率计算原理 (25)4.1.1放热率计算基本理论 (25)4.1.2内能 (26)（1）缸内某瞬时工质摩尔质量的变化 (26)（2）内能的计算 (27)4.1.3 功 (27)4.1.4气缸周壁的传热 (27)4.2 柴油燃烧数据分析 (28)4.3 生物柴油燃烧数据分析 (32)4.3.1 缸压分析 (32)4.3.2 放热率分析 (36)4.3.3 排放分析 (39)4.4本章小结 (41)五全文工作总结和工作展望 (43)5.1总结 (43)5.2不足与展望 (44)致谢 (45)参考文献 (46)一绪论1.1生物柴油概述1.1.1 生物能源与生物柴油生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。
乙醇生物柴油燃烧过程试验研究与理论分析的开题报告
乙醇生物柴油燃烧过程试验研究与理论分析的开题报告题目：乙醇生物柴油燃烧过程试验研究与理论分析一、研究背景及意义随着人们环保意识的增强和攸关民生的能源危机的日益严重，环保型生物燃料逐渐成为替代传统燃料的有力手段之一。
乙醇生物柴油是近年来得到广泛研究的一种生物燃料，它具有清洁、环保、可再生等优点，并且燃烧产生的废气对环境污染小，是一种很有发展前景的替代传统燃料的生物燃料。
为了更好地发挥生物燃料的优势，需要对乙醇生物柴油的燃烧过程进行深入研究。
二、研究目的与内容1. 目的：本研究旨在通过试验研究和理论分析，深入探究乙醇生物柴油燃烧过程中的关键问题，从理论和实践两方面探究其燃烧机理和性能特点，为生物燃料的开发和应用提供理论和技术支持。
2. 研究内容：本研究将从以下几个方面进行探究：（1）乙醇生物柴油的物化特性研究：包括乙醇生物柴油的性质、成分和燃烧特性等。
（2）乙醇生物柴油的燃烧特性试验研究：包括乙醇生物柴油在不同条件下的燃烧过程和燃烧效率等。
（3）乙醇生物柴油的燃烧机理理论分析：根据试验研究结果，结合现有的燃烧理论，深入分析乙醇生物柴油的燃烧机理和燃烧过程。
三、研究方法及步骤1. 研究方法：本研究将采用试验研究和理论分析相结合的方法，通过实验获取数据，进而对乙醇生物柴油的燃烧过程进行分析和探讨，最终归纳总结出乙醇生物柴油燃烧的特点和主要机理。
2. 研究步骤：（1）乙醇生物柴油的物化特性研究：收集相关文献资料，通过实验室测试等方法，分析乙醇生物柴油的性质、成分和燃烧特性等。
（2）乙醇生物柴油的燃烧特性试验研究：针对乙醇生物柴油的组成特点和用途场合，设计不同的实验条件及试验方案，收集试验数据。
（3）乙醇生物柴油的燃烧机理理论分析：根据试验研究结果，结合现有的燃烧理论，深入分析乙醇生物柴油的燃烧机理和燃烧过程。
四、预期成果及其意义1. 预期成果：本研究将主要取得以下成果：（1）深入探究乙醇生物柴油的燃烧机理和性能特点。
生物柴油NOx生成机理的理论分析和试验研究
生物柴油NOx生成机理的理论分析和试验研究Theory Analysis and Experimental Research on the NOx Formation Mechanism of Biodiesel Fuel指导教师作者姓名申请学位级别专业名称动力机械及工程论文提交日期论文答辩日期学位授予单位和日期答辩委员会主席评阅人______________学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
学位论文作者签名：指导教师签名：2009年月日2009年月日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：2009年月日生物柴油NOx生成机理的理论分析和试验研究Theory Analysis and Experimental Research on the NOx Formation Mechanism of Biodiesel Fuel专业名称指导教师姓名生物柴油NO X生成机理的理论分析和试验研究摘要生物柴油是一种重要的可再生能源，燃用生物柴油及其与柴油的调合燃料，CO、HC、PM的排放量均较燃用柴油有不同程度的降低，但NOx有不同程度的升高。
论文从燃料特性、燃烧过程、化学反应动力学的角度，采用高速摄影和数值模拟等方法，围绕生物柴油NOx生成的影响因素和规律、NOx生成的化学反应动力学过程、影响NOx生成的关键自由基和基元反应进行了系统的理论分析和试验研究，揭示了生物柴油NOx生成的机理，在此基础上，提出了降低NOx排放的控制方法和措施。
生物柴油发动机工作原理
生物柴油发动机工作原理生物柴油发动机是一种利用生物质能源作为燃料的新型发动机，它能够有效地减少对化石燃料的依赖，降低对环境的污染。
本文将介绍生物柴油发动机的工作原理，并探讨其在可持续能源领域的前景。
一、生物柴油的制备过程生物柴油是通过将植物油或动物油经过酯化反应制得的一种可替代传统柴油的燃料。
其制备过程可以简单归纳为以下几个步骤：1. 油脂准备：收集植物油或动物油，去除其中的杂质和水分，使其达到一定的纯度。
2. 酯化反应：将油脂与醇类（如甲醇或乙醇）在催化剂的作用下进行酯化反应，生成生物柴油。
3. 分离和精炼：对反应得到的混合物进行分离和精炼处理，以去除其中的杂质和未反应的原料。
二、生物柴油发动机的构成生物柴油发动机通常由以下几个主要部分组成：1. 燃料系统：用于将生物柴油从燃油箱输送到燃烧室中，并确保适当的燃油供应。
2. 发动机控制系统：负责监测和控制发动机的工作状态，包括燃料供给、气缸压力和排放控制等。
3. 气缸和活塞：气缸是发动机的主要工作部件，通过活塞的运动来压缩空气并燃烧燃料。
4. 燃烧室：是发动机中燃料和氧气进行燃烧反应的地方，通过控制燃料喷射和混合气体的比例，实现燃烧的最佳效果。
5. 排气系统：用于将燃烧后产生的废气排出，包括废气管、催化转化器和排气管等。
三、生物柴油发动机的工作原理生物柴油发动机的工作原理基本上与传统柴油发动机相似，主要分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气阶段：活塞下行，气缸内充满新鲜空气，气门关闭。
2. 压缩阶段：活塞向上运动，压缩空气使其温度升高。
3. 燃烧阶段：当活塞接近最高位置时，燃料通过喷油器喷射到高温高压的压缩空气中，燃烧产生高温高压气体。
4. 排气阶段：活塞再次向下运动，将燃烧后的废气排出气缸，并通过排气系统排出。
四、生物柴油发动机的优势和前景与传统柴油发动机相比，生物柴油发动机具有以下几个优势：1. 可再生能源：生物柴油由植物油或动物油制备而成，属于可再生能源，在一定程度上减少了对化石燃料的依赖。
柴油机燃用小球藻生物柴油Soot及NOX生成历程的数值分析
《柴油机燃用小球藻生物柴油soot及nox生成历程的数值分析》2023-10-29•引言•柴油机燃烧基础•小球藻生物柴油的性质•数值模拟方法•结果分析与讨论目•结论与展望录01引言研究背景与意义柴油机作为重要的动力机械，广泛应用于交通运输、农业机械、工程等领域。
但柴油机排放的颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)对环境和人类健康造成了严重的影响。
因此，研究柴油机燃用小球藻生物柴油过程中 PM 和 NOx 的生成机理和影响因素，对于降低柴油机排放、开发高效低污染的柴油机具有重要意义。
小球藻是一种单细胞藻类，具有生长快、适应性强、能够吸收和转化环境中的营养物质等特点。
将小球藻生物柴油应用于柴油机，可以作为一种可持续的生物燃料，减少化石燃料的消耗和环境污染。
本研究旨在探究柴油机燃用小球藻生物柴油过程中 PM 和 NOx 的生成历程，分析影响 PM 和 NOx 生成的主要因素，为降低柴油机排放提供理论依据和技术支持。
研究目的本研究采用数值模拟方法，建立柴油机燃烧模型，将小球藻生物柴油作为燃料进行模拟计算。
通过改变燃料参数和发动机参数，分析 PM 和 NOx 的生成量及其影响因素。
研究方法研究目的和方法研究内容和技术路线•研究内容：本研究主要包括以下内容•建立柴油机燃烧模型，模拟计算燃用小球藻生物柴油过程中 PM 和 NOx 的生成量。
•分析影响 PM 和 NOx 生成的主要因素，包括燃料参数（如碳氢比、含氧量等）和发动机参数（如压缩比、喷油规律等）。
•基于实验数据，验证模拟结果的准确性和可靠性。
•根据模拟结果，提出降低柴油机排放的理论依据和技术建议。
•撰写论文，总结研究成果。
•技术路线：本研究的技术路线如下•建立柴油机燃烧模型，包括燃烧室模型、喷雾模型、燃烧模型等。
•根据实验测定的燃料参数和发动机参数，设置模型参数进行模拟计算。
•对模拟结果进行后处理，提取 PM 和 NOx 的生成量及其影响因素。
•基于实验数据，验证模拟结果的准确性和可靠性。
生物柴油生产原理和环境影响分析
生物柴油生产原理和环境影响分析生物柴油作为一种可再生能源，被广泛认为是降低温室气体排放和替代传统石油燃料的可行方案。
在生物柴油生产的过程中，利用植物油或动物油通过酯交换反应制取生物柴油，其生产原理既简单又环保。
然而，生物柴油的生产过程也存在一些环境影响，包括土地利用、水资源消耗以及生物多样性的损害。
本文将对生物柴油的生产原理和环境影响进行详细分析。
生物柴油的生产原理主要是通过酯交换反应将植物油或动物油转化为烷基酯。
酯交换反应是一种酸碱催化的化学反应，将植物油或动物油中的甘油与脂肪酸分离，生成烷基酯。
这种反应需要使用酸、碱作为催化剂，一般常用的催化剂包括硫酸、碱氢化物等。
在反应过程中，甘油与脂肪酸分离，生成酯类化合物，即生物柴油。
生物柴油具有与传统石油柴油相似的化学性质，可以直接应用于柴油发动机。
生物柴油的生产过程相对较简单，但也存在一些环境影响。
首先，生物柴油的生产需要大量的植物油或动物油作为原料，这导致对土地资源的需求增加。
大量的农田或种植园用于种植生物柴油原料作物，可能导致农作物多样性和农田生态系统的破坏。
此外，在某些地区，为了扩大生物柴油生产的规模，农作物种植可能会导致森林砍伐和土地退化，进一步加剧生态环境问题。
其次，生物柴油生产过程需要大量的水资源。
植物油或动物油的提取、精炼和转化过程中，都需要用水进行冷却、清洗和分离等操作。
大规模的生物柴油生产可能导致水资源的过度消耗和水污染问题。
特别是在水资源短缺的地区，生物柴油生产可能会与当地农业、工业和居民的用水需求产生竞争，进一步加剧水资源问题。
另外，生物柴油生产过程中的废弃物处理也是一个环境问题。
在酯交换反应中，产生的副产物包括甘油和未转化的脂肪酸。
这些废弃物需要进行处理和处置，否则会对环境造成负面影响。
过量的废弃物可能会导致土壤和水体的污染。
因此，在生物柴油生产过程中，合理处理和利用废弃物是一个重要的环境管理问题。
此外，生物柴油的使用也可能对环境造成一定影响。
生物柴油的生产技术研究
生物柴油的生产技术研究随着环保意识的日益增强，人们对低碳绿色的能源需求不断增加。
在这种背景下，生物柴油作为一种重要的可再生能源受到人们的关注。
生物柴油是通过化学反应将生物质转化为液体燃料，可有效地减少二氧化碳等有害气体的排放，具有很强的环保性能。
为了更好地推广生物柴油的应用，相关的生产技术也在不断研究和改进。
生物柴油生产原理生物柴油生产的基础是生物质的化学转化。
在生物质经过一系列的处理工艺后，能够得到生物柴油。
生物质主要是指以木质素为主的植物和其他可生物降解的有机物。
其主要成分是脂肪酸甲酯，其产生的反应就是通过将脂肪酸与甲醇作用生产出甲酯来实现，这就是著名的酯化反应。
当生物质在酯化反应中，与一定的酯化剂一起反应时，能够有效地得到生物柴油。
生物柴油生产技术生物柴油的生产技术与工艺，直接决定了生产成本和产品质量。
目前，生物柴油的生产技术主要有以下几种：1.生物质转化技术：生物质转化技术是将生物质加工以产生生物燃料的过程。
其中包括了压解、生物化学反应、生物膜反应等生产技术。
2.微生物技术：利用微生物对废弃物进行分解，获取能够进行燃烧的生产燃料，这是一种绿色环保的生产方式。
其中的微生物包括了细菌、酵母菌等微生物类群。
3.转化技术：将营养物质转化为我们需要的燃料，如将植物油转化为生物柴油。
这种转化方式不仅能够减少制造生物柴油的成本，同时还能够得到高质量的生物燃料。
二代生物柴油技术第二代生物柴油属于一种基于非食用性生物质转化技术的新型生产方式。
相比一代生物柴油技术，二代生物柴油的生产不但无需消耗与食品竞争的粮食、植物油类等大量食品类原料，而且具有更高的成本效益和环保性能。
生产二代生物柴油的主要原理就是将非食用性生物质进行预处理，然后通过各种生物或/和化学反应过程，转化为燃料油。
通过开发和推广二代生物柴油技术，不仅能够有效地降低生产成本，同时也可以更好地保护食品资源，保障人类粮食安全。
结论总之，生物柴油作为一种绿色可再生能源，具有很大发展潜力。
生物柴油合成反应的机理研究
生物柴油合成反应的机理研究生物柴油作为一种新型的可再生能源，在当今世界上得到了越来越广泛的关注。
生物柴油合成反应作为生物柴油生产的关键环节，其机理研究对于提高生物柴油产率、降低成本和提高质量具有重要意义。
本文将从反应原理、催化剂研究和反应条件等方面探讨生物柴油合成反应的机理研究进展。
一、反应原理生物柴油合成反应的主要原理是在催化剂的作用下，将生物质原料中的油脂分子通过酯化或转酯化反应转化为柴油。
其中最常用的反应是酯化反应，其反应式如下：RCOOH + R′OH → RCOOR′ + H2O该反应是一种酸催化反应，反应物是油脂和甲醇，反应产物是生物柴油和水。
在该反应中，油脂和甲醇在一定温度和压力下加热搅拌，加入酸性催化剂（如硫酸、氢氯酸等）后，反应会快速进行。
生物柴油与水形成两相，分别通过分离器进行分离后，即可得到生物柴油。
二、催化剂研究催化剂是生物柴油反应过程中的关键因素之一。
不同种类的催化剂对生物柴油合成反应的影响不同。
常用的催化剂有酸催化剂、碱催化剂、酶催化剂等。
1. 酸催化剂酸催化剂是生物柴油反应中最常用的催化剂之一，其作用是加快油脂和甲醇的反应速率，从而提高生物柴油产率。
硫酸、氢氯酸等典型的强酸催化剂通常是使用量比较小但效果比较好的催化剂，但需要注意的是过量的酸催化剂会降低酯化反应的产率。
2. 碱催化剂碱催化剂是一种较为常见的生物柴油催化剂，常用的碱催化剂有氢氧化钠、氢氧化钾等。
碱催化剂的反应速率相对慢一些，但是催化效率高，转化率也较高。
此外，由于酸催化剂容易使得反应溶液出现酸性，而过多的酸性会对环境与设备产生危害，因此用碱催化剂合成的生物柴油在理化性质和环境影响上都比较适宜。
3. 酶催化剂酶催化剂是生物柴油生产过程中最环保的催化剂之一。
它是一种天然的催化剂，具有高效、快速、温和、可控和对环境影响小等优点。
酶催化剂分为脂肪酶和脂肪酸转移酶两类，可以选择性催化出生物柴油，但是目前酶催化剂的底层技术还不完善，其生产成本也较高。
生物柴油燃烧过程化学动力学机理研究
生物柴油燃烧过程化学动力学机理研究生物柴油是一种通过生物质资源加工制成的可再生能源，具有较低的碳排放和环境影响。
了解生物柴油的燃烧机理对于优化燃烧过程、提高燃烧效率以及减少污染物的生成具有重要意义。
本文旨在介绍生物柴油燃烧过程的化学动力学机理研究。
生物柴油主要由脂肪酸甲酯组成，其化学成分与传统石油柴油不同。
因此，生物柴油的燃烧过程中涉及到不同的反应机理。
燃油的化学动力学机理主要包括着火延迟期、主反应和二次反应三个阶段。
在生物柴油的着火延迟期，主要发生了自由基的生成和链式反应的开始。
着火延迟期的关键在于活性氧自由基的生成和负氧自由基的产生。
活性氧自由基会损害燃烧体系中的反应物，进一步促进燃烧反应的发生。
负氧自由基的生成受到氧气的浓度和温度的影响。
着火延迟期的持续时间取决于燃油的组分和物理性质。
一旦着火延迟期结束，主要的燃烧反应将会发生。
生物柴油的主要组分是脂肪酸甲酯，其燃烧会引发多种化学反应，包括脂肪酸甲酯的脱羧、氧化和裂解。
这些反应将产生一系列的中间产物，例如烯烃、醇和醇醚，这些产物将继续发生反应，最终生成CO2和H2O。
在生物柴油燃烧过程中，二次反应是不可忽视的。
二次反应是指在主要燃烧反应后发生的氧化和裂解反应。
在高温条件下，燃料和氧气之间还会发生氧化反应，直到反应体系达到平衡。
在低温条件下，燃料中的残留碳化合物可能会发生裂解反应，产生多环芳烃等杂质。
化学动力学机理研究的重点是建立能够准确描述生物柴油燃烧过程的数学模型。
研究者通过实验和计算模拟相结合的方法，确定关键反应和反应速率常数，并进行模型的验证和修正，以提高模型的准确性和预测能力。
此外，使用高级实验方法如质谱和红外光谱等，可以对燃烧反应过程中的中间物种和产物进行实时监测和定量分析，从而更好地理解燃烧反应的动力学机理。
总之，生物柴油燃烧过程的化学动力学机理研究对于优化燃烧过程、改善燃烧效率和减少污染物的生成具有重要意义。
通过对着火延迟期、主要反应和二次反应的研究，可以建立准确的数学模型，为生物柴油燃烧过程的优化和控制提供理论参考和指导。
生物柴油的着火性
生物柴油的着火性陈秀;袁银男;来永斌【摘要】使用热分析法研究生物柴油的着火性.提出了活性原子燃烧机理:生物柴油的燃烧过程分为挥发、离解和结合三个阶段,即首先将液态的脂肪酸甲酯分子挥发成气态,然后再将脂肪酸甲酯、O_2和N_2分子离解成活性原子C~*、H~*、O~*和N~*,最后C~*、H~*和N~*分别与O~*结合,释放键结合能,生成CO_2、CO、H_2O和NO_x;建立了结合阶段的反应速率和反应速率常数方程.定义了着火温度和挥发性指数.研究结果表明:生物柴油主要由14～24个偶数碳原子的脂肪酸甲酯组成;生物柴油的着火性比石油柴油好,棕榈油生物柴油和菜籽油生物柴油的着火温度分别为480.9 K和483.7 K.【期刊名称】《中国粮油学报》【年(卷),期】2010(025)003【总页数】5页(P73-76,83)【关键词】生物柴油;着火性;气相色谱与质谱;热分析法【作者】陈秀;袁银男;来永斌【作者单位】江苏大学,镇江,212013;江苏大学,镇江,212013;江苏大学,镇江,212013【正文语种】中文【中图分类】TK6着火性反映燃油在内燃机中着火的难易程度,一般用着火温度来衡量。
着火温度愈低,燃油在内燃机中愈易着火,滞燃期愈短,因此着火性对燃油的燃烧和排放影响很大。
目前针对生物柴油的研究主要集中在制备方面[1-2],对生物柴油的着火性研究主要在发动机台架试验上着火点位置和滞燃期等[3-5]。
发动机台架试验不仅需要发动机而且试样用量很多,一般需要几十千克。
热分析是研究燃烧特性最常用的方法之一,试样用量很少,一般只需10 mg左右,但将其运用于生物柴油的研究极少,包括挥发性[6-7]、可燃性[8]和热解过程[9],目前尚无有关生物柴油着火性方面的报道。
用热分析法为研究生物柴油的着火性提供一条新思路,探索一种新方法。
棕榈油生物柴油 (PME)和菜籽油生物柴油(RME):NaOH催化法制备,PME和 RME符合GB20828—2007。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Generation mechanism of NOx for biodiesel combustion process
Mei Deqing1 ，Zhang Yongtao1 ，Yuan Yinnan2
（ 1． School of Automotive and Traffic Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013 ，China； 2． School of Mechanical Engineering，Nantong University，Nantong，Jiangsu 226019 ，China）
绝热火焰温度有所下降． 在 a ＞ 1． 0 的情况 发出， 下， 随着过量空气系数增加， 参与燃烧的工质质量增 加幅度较大而总的放热量没有变化， 因此绝热火焰 温度迅速下降．
∫
T flame T0
c p dt，
（ 5）
通过对上式隐式求解可得火焰的绝热温度 T flame ． 绝 热温度相当于混合气燃烧后所释放的全部热量减去 因自身加热和组分变化所消耗的热量而达到的温 ［7 ］ 是燃烧过程中可能达到的最高温度 ． 表 2 为 度， 石化柴油和生物柴油的物性参数 ．
达不到化学平衡反应的要求， 只能考虑 速度很慢， NO 生成的化学反应动力学． 列出 6 个化学平衡反 应式如下： H2 幑幐2H， K1 ， O2 幑幐2O， K2 ， N2 幑幐2N， K3 ， O2 + H2 幑幐2OH， K4 ， O2 + 2H2 O 幑幐 4OH， K5 ， O2 + 2CO 幑幐2CO2 ， K6 ， 式中： K1 － K6 为各反应式的浓度平衡系数． 各反应式浓度平衡常数 K i 具有下列形式： K i = exp（ A i ln T1 + B i / T1 + C i + D i T1 + E i T 2 1） ， 式中： T1 = T / 1 000 ． 各反应式的浓度平衡常数 K i 中的各个常数如 ． 在求得反应平衡常数后， 反应速度可 按隐式方法求解． 表 1 所示
(
)
2
绝热火焰温度
N， H， OH 等活性原子或原子团， 为了求解 NO 的生 成， 必须先求解这些原子或原子团的化学反应过程 ． 对定温定压系统， 若所有参加化学反应的组分 浓度变化率均趋于 0 ， 则称该系统达到化学平衡． 对 有些反应速率快而很快达到 一个复杂的反应系统， 化学平衡． 在对内燃机缸内的燃烧气体成分进行动 态分析时， 常采用 11 组分 7 反应式计算各组分的瞬 ［6 ］ 态浓度 ． 在 7 个化学平衡反应式中， 由于 NO 反应
：
k1+ k2+ 1 － x2 xO xN NO / dx NO k1－ k1－ 2 2 + = 2 k 1 x O x N2 ． dt 1 + k1－ x NO / （ k2+ x O2 + k3+ x OH ） （ 3） 1． 2 燃烧气体的化学平衡反应 上述 NO 生成的 3 个反应方程式中包含了 O，
表1
Ki Ai K1 0． 990 207 K2 0． 431 310 K4 － 0． 652 939 K5 1． 158 882 K6 0． 980 875
［6 ］
1
1． 1
NO 生成模型
热 NO 机理
在发动机的燃烧过程中， 通常认为生成 NO 有 3 ： 、 条途径 高温途径 瞬发途径和燃料氮途径． 燃料中 的氮很少， 瞬发 NO 所占比重不高， 因此只考虑热 NO（ Zeldovich NO） 途径计算 NO 的生成． 在发动机缸内的燃气温度和接近化学计量空燃 NO 的生成服从扩充了的 Zeldovich 机 比的条件下， 理
第1 期
梅德清等： 生物柴油燃烧过程 NO x 生成机理的分析
25
H u 为燃料低热值； c p 为定压比热； α 则考虑到燃烧 完全程度对应的放出热量， 对于过量空气系数 a ≤ 1． 0， α = a ， 当 a ＞ 1 ． 0 时， α = 1． 0． 设燃油和空气的温度均接近于当地环境温度 ， 略去若干项得 m f αH u = （ m f + m a ）
2013 年 1 月 Jan． 2013
doi： 10． 3969 / j． issn． 1671 － 7775． 2013． 01． 005
第 34 卷 第 1 期 Vol． 34 No． 1
生物柴油燃烧过程 NOx 生成机理的分析
1 1 2 梅德清 ，张永涛 ，袁银南 （ 1． 江苏大学 汽车与交通工程学院，江苏 镇江 212013 ； 2． 南通大学 机械工程学院，江苏 南通 226019 ）
［5 ］
各化学平衡反应式的平衡常数
Bi － 51． 791 6 － 59． 655 4 Ci Di Ei 0． 011 167 0． 015 872 0． 026 969 0． 993 074 － 0． 343 428 3． 503 350 － 0． 340 016 3． 168 370 － 0． 443 814 3． 930 330
绝热火焰温度是指在等压绝热理想条件下的燃 烧温度． 对于闭口绝热系统， 无热量传递与做功， 可 得以下能量守恒方程： m f［ c pf （ T f － T0 ） + αH u］ + m a c pa （ T a － T0 ） = （ mf + ma ）
∫
T flame T0
c p dt，（ 4）式中： 下标 f 为燃料； a 为空气； T0 为当地环境温度；
收稿日期： 2012 － 03 － 12 〔2011 〕 6 号） 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （ 51076069 ） ； 江苏高校优势学科建设工程项目（ 苏政办发 作者简介： 梅德清（ 1974 —） ， 男， 江苏仪征人， 副教授（ meideqing@ ujs． edu． cn ） ， 主要从事发动机替代能源及排放控制的研究． 张永涛（ 1987 —） ， 男， 河南周口人， 硕士研究生（ tao871218@ 126． com） ， 主要从事发动机工作过程的研究．
． Zeldovich 首先提出以下反应： O + N2 幑幐 帯－ NO + N，
k1 k1+
（ 1）
以后 Lavoie 又增加下面 1 个反应： N + OH 幑幐 帯－ NO + H，
k3 k3+
K3 0． 794 709 － 113． 208 0
（ 2）
－ 9． 823 2 － 76． 847 2
Abstract： To investigate the generation mechanism of NO x for biodiesel combustion，the contrast test of diesel engine fueled with biodiesel and petrolic diesel was conducted． The heat release rate based on measured cylinder pressure indicator diagraph was calculated． A NO formation model of Zeldovich mechanism was established based on the real heat release rate and chemical component equilibrium of fuel combustion． The effects of combustion features of heat release moment，bulk gas temperature and oxygen concentration on NO formation were also analyzed to explain the reason of much NO x generation in biodiesel engine． The results show that the bulk gas temperature in cylinder of biodiesel engine is decreased， while the ignition start of biodiesel engine is early to reach the trigger temperature of NO formation． The oxygen concentration at combustion area is high due to the oxygenated property of biodiesel． The NO x emission from biodiesel engine is more than that from diesel engine． Key words： diesel engine； biodiesel； nitrogen oxide； emission； mechanism 汽车尾气中的氮氧化物 NO x 是空气中的 N2 在 NO2 和 N2 O． 其中 NO 高温燃烧下的产物， 包括 NO， 是最主要的直接产物， 但在大气中易转变为 NO2 ． NO2 属有毒气体， 刺激呼吸系统， 对血液输氧能力的 障碍远高于 CO， 同时也是酸雨和光化学烟雾的主要 成因， 其危害最大． 因此， 世界各国对 NO x 排放都作 了不同程度的严格限制． 生物柴油是一种含氧燃料， 已被广泛地用作石
1． 3
NO 生成的计算过程
反应要进 行 得 足 够 快 的 必 要 条 件． 由 于 反 应 速 率 + k1 + 较小， 因此 k1 反 应 是 整 个 NO 生 成 的 限 速 反 因此 应． 排气中的 N 的摩尔分数 x N 极低 （ ＜ 10 ） ， 假定 N 的非稳态平衡浓度的值是不变的， 根据质量 守恒定律， 得到下式