不同质量分数水的微乳化柴油微观结构及其燃爆性能
第十五章 生物柴油技术
放物对环境造成的污染程度。生物柴油碳链一般在 C14~C18，所含双键数目少， 含氧量较高，含碳支链数目少，使生物柴油燃烧较为完全，燃烧特性良好。据研 究，生物柴油的燃烧尾气与普通柴油等矿物燃料相比，除了 NOx 浓度稍有升高 外，烟尘颗粒、SOx、CO、HC 的排放均有明显的下降。此外，生物柴油不含芳 香烃，燃烧后不会产生芳香烃和 PAHs。因此，生物柴油的应用对于控制温室效 应、控制酸雨和可吸入颗粒物排放等都有积极作用。
1）CO 排放特性：发动机高负荷下燃用生物柴油的 CO 排放浓度明显低于普 通柴油，而低负荷时两者基本持平。生物柴油的高含氧量（10%）对高负荷下的 完全燃烧有利，同时生物柴油的十六烷值较高，有利于柴油机起动。
2）HC 排放特性：生物柴油 HC 排放稍低于普通柴油。这是由于生物柴油芳 香烃含量很少，滞燃期较短，未燃碳氢和裂解碳氢均较少，高含氧量对 HC 减排 也有利。
主要特性
生物柴油
柴油
冷滤点
夏季产品
-10
0
冬季产品
-20
-20
相对密度
0.88
0.83
40℃动力黏度/(mm2/s)
4~6
2~4
闭口闪点/℃
＞100
60
十六烷值
≥56
≥49
热值/（MJ/L）
32
35
燃烧功效/%
104
100
S（质量分数）/%
＜0.001
＜0.2
O（体积分数）/%
10
0
生物柴油的密度（15℃）一般为 0.85~0.90g/cm3，国标为 0.82-0.90g/cm3， 略高于石化柴油国标 0.810~0.855g/cm3。密度对燃料从喷嘴喷出的射程和油品的 雾化质量都有一定影响。
不同类型乳化剂复配在微乳化生物柴油中的研究
不同类型乳化剂复配在微乳化生物柴油中的研究李蕴颖;孙坚;杨敬一;徐延学;徐心茹【摘要】采用油酸和二乙醇胺进行酰胺化反应,得到油酸二乙酰胺乳化剂.当油酸与二乙醇胺摩尔比为1∶1.2时,反应得到的合成产物——油酸二乙酰胺,对生物柴油微乳化效果最佳.通过对油酸二乙酰胺与不同碳链数的醇类助乳化剂以及不同类型的表面活性剂(如NP-4,LAS,Span80,Tween80和CTAB等)进行复配,结果表明,质量分数为3.24％的ODEA,2.16％的NP-4和0.6％的正丁醇复配的乳化剂具有最佳的微乳化效果.动态光散射粒径分析结果表明,制备的微乳液平均粒径为18 nm,微乳化生物柴油的颜色透明,稳定性良好.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2015(033)008【总页数】6页(P1257-1262)【关键词】微乳化;生物柴油;油酸二乙酰胺;非离子乳化剂【作者】李蕴颖;孙坚;杨敬一;徐延学;徐心茹【作者单位】华东理工大学化工学院,上海200237;华东理工大学化工学院,上海200237;华东理工大学化工学院,上海200237;华东理工大学化工学院,上海200237;华东理工大学化工学院,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TQ6450 引言随着国内外对能源需求和环境保护关注度的提高，新型能源得到加速发展。
生物柴油作为石油燃料的替代品受到越来越多的重视[1]～[3]。
生物柴油微乳液可通过“微爆”作用、水煤气反应和水滴气化吸热等提高燃烧效率，抑制黑烟现象[4]～[6]。
近年来，国内外对微乳化生物柴油的制备及微乳化的作用开展了深入研究。
Oliver[7]将离子液体作为表面活性剂，癸醇作为助乳化剂制备生物柴油微乳液。
Wang[8]将葡萄糖、香草醛及乙醛等加入到植物油中与柴油相混合，用失水山梨醇单油酸酯作为乳化剂，研究其对于柴油/生物柴油微乳液制备的影响。
国内学者[9]以非离子表面活性剂ELl2（蓖麻油与环氧乙烷缩合物）、两性表面活性剂卵磷脂和阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶作为复配乳化剂制备含水量为5%的微乳化生物柴油。
柴油机燃用不同燃料颗粒微观形貌与氧化特性分析
㊀㊀收稿日期:２０１９Ｇ０６Ｇ２５;修回日期:２０１９Ｇ０７Ｇ１７㊀㊀基金项目:国家自然科学基金项目(５１７７６０８９);中国博士后科学基金项目(２０１９M ６５１７３２);江苏省教育厅自然科学研究项目(１８K J B ４７０００６)㊀㊀作者简介:张宇(１９９５ ),男,硕士,主要研究方向为内燃机燃烧过程及排放控制;５４９２８０９８２＠q q．c o m .柴油机燃用不同燃料颗粒微观形貌与氧化特性分析张宇,王忠,李瑞娜,刘帅(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江㊀２１２０１３)㊀㊀摘要:为研究柴油机燃用不同替代燃料排气颗粒的微观形貌和氧化特性,通过柴油机台架试验,采集了生物柴油㊁F ＧT 柴油㊁０号柴油的排气颗粒,运用透射电镜㊁热重分析仪对３种燃料燃烧产生的颗粒进行研究.结果表明:燃用生物柴油㊁F ＧT 柴油的颗粒粒径均小于０号柴油颗粒,生物柴油㊁F ＧT 柴油㊁０号柴油颗粒的平均粒径分别为２３．６５n m ,１９．３２n m ,２６．４７n m ;生物柴油㊁F ＧT 柴油㊁０号柴油颗粒的计盒维数分别为２．０１３９,１．９６７５,１．９９０２,生物柴油颗粒的计盒维数最大,颗粒堆叠严重;生物柴油㊁F ＧT 柴油㊁０号柴油的可溶有机物含量分别为２３．４％,１２．７％,１７．６％,炭烟含量依次为７３．４％,８４．６％,７９．５％.氧化特性的分析结果表明:与０号柴油相比,生物柴油颗粒的起燃温度㊁燃尽温度和活化能更小,F ＧT 柴油的氧化特性参数更大,表明生物柴油颗粒更易被氧化,而F ＧT 柴油颗粒不易被氧化.㊀㊀关键词:柴油机;颗粒;微观形貌;氧化特性D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００１Ｇ２２２２．２０１９．０６．０１０中图分类号:T K ４２１．５㊀㊀文献标志码:B ㊀㊀文章编号:１００１Ｇ２２２２(２０１９)０６Ｇ００５８Ｇ０６㊀㊀柴油机排出的颗粒物是造成大气雾霾的主要原因之一,国六排放法规对柴油机排放的颗粒个数(P N )㊁颗粒质量(P M )提出更加严格的要求.加装颗粒捕集器(D P F )是目前减少汽车尾气中颗粒物最有效的方法[１],颗粒捕集器的再生效果与颗粒的组分㊁微观形貌和氧化特性等有关.生物柴油㊁F ＧT 柴油是替代矿物柴油的清洁燃料,由于燃料来源㊁理化特性与矿物柴油有一定的区别,燃料颗粒的微观形貌和氧化特性也存在差别.开展柴油机清洁替代燃料颗粒特征㊁组分㊁微观形貌和氧化特性的研究,可以为提高颗粒捕集器的再生效率提供依据.柴油机颗粒形成过程中,微小的碳粒子发生碰撞㊁凝并形成大的颗粒群.燃料不同,颗粒的微观形貌㊁氧化特性也不一样.评价颗粒微观形貌和氧化特性的主要指标有颗粒的粒径㊁微观结构㊁分形维㊁活化能等.国内外学者对柴油机颗粒的微观形貌和氧化特性进行了研究.董素荣等[２]对柴油机缸内颗粒的基本碳粒子粒径进行了测量,发现缸内颗粒物的基本碳粒子粒径分布呈高斯分布规律,基本碳粒子粒径在５~６０n m ,峰值在２０~３５n m .张许扬等[３]研究了柴油㊁生物柴油燃烧过程中颗粒粒径和质量的变化规律,得到燃烧过程中生物柴油颗粒的质量浓度㊁峰值粒径一般要小于柴油颗粒的结论.梅丛蔚等[４]应用了分形理论对１８８F 柴油机颗粒的分形维数进行了研究,结果表明,柴油颗粒物的分形维数在１．７~２．０范围内,颗粒的吸附可溶有机物越多,分形维数越大.顾世强等[５]运用电子显微镜对柴油㊁生物柴油颗粒的形貌进行了研究,结果表明,与柴油颗粒物相比,生物柴油颗粒物的整体排列更紧密,黏结程度更强.燃料的理化性质对颗粒的氧化特性存在一定影响.张健等[６]对生物柴油与柴油颗粒进行了研究,结果表明:相比柴油,生物柴油颗粒物的可溶有机物增多,平均粒径变小,活化能减小,氧化活性增强.李博[７]研究了燃料对颗粒表面含氧官能团的影响,结果表明:柴油㊁生物柴油㊁F ＧT 柴油颗粒的表观活化能在１３８．１~１７２．５k J /m o l 范围内,含氧燃料颗粒的含氧官能团含量高,氧化活性强.颗粒物的氧化特性与颗粒物的微观结构也存在一定联系.S h a r m a 等[８]对柴油颗粒物进行了热重试验和氧化动力学分析,并与颗粒物的S E M 图相结合,得出小粒径和高比表面积的颗粒物更易氧化的结论.国内外学者虽对颗粒的微观形貌和氧化特第６期(总第２４５期)２０１９年１２月车㊀用㊀发㊀动㊀机V E H I C L EE N G I N EN o ．６(S e r i a lN o ．２４５)D e c ．２０１９性进行了较多研究,然而,针对生物柴油和FＧT柴油这两种来源㊁理化特性不同的柴油机替代燃料进行的颗粒特性研究较少,有必要对生物柴油和FＧT 柴油燃烧后产生的颗粒进行研究.本研究在１８６F A柴油机标定工况下采用MO U D I对燃烧生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油的燃烧颗粒进行收集,通过J E MＧ２１００(H R)高分辨透射电镜和T G A/D S C１热重分析仪测量生物柴油㊁FＧT 柴油燃烧颗粒的微观形貌㊁失重速率,对不同燃料燃烧颗粒的微观结构㊁颗粒粒径㊁分形特性㊁颗粒氧化动力学参数进行了分析,为柴油机燃用不同燃料时提高颗粒捕集器捕集效率和适应性提供依据.１㊀燃料理化特性对颗粒形成的影响表１列出生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油的主要理化特性参数.生物柴油中含氧,其制备的原料多为动植物油,通过酯化反应和酯交换反应制成,属于可再生资源.生物柴油低热值小于０号柴油,运动黏度和密度相较于０号柴油较大,十六烷值高,着火性好.０号柴油的S质量比和芳香烃含量较多,会导致颗粒物增多,而生物柴油的S含量㊁芳香烃含量远低于０号柴油,因而产生的颗粒物减少.与柴油㊁FＧT柴油相比,生物柴油为含氧燃料,燃料本身含氧,燃烧时可以使柴油机内当量比减小,燃烧更加充分,排放污染物降低.方文等[９]对生物柴油燃烧特性与颗粒物进行研究,发现生物柴油颗粒物的排放数浓度㊁平均直径都明显小于柴油颗粒.表１㊀不同燃料的主要理化特性参数燃料生物柴油FＧT柴油０号柴油氧质量分数/％１１００十六烷值５８７５５１S质量比/m g k g－１＜１＜０．５１０芳香烃质量分数/％１０．１１１低热值/M J k g－１３９４７．３５４５．２４运动黏度(２０ħ)/mm２ s－１４．４２２．１３３．５２密度(２０ħ)/k g m－３８８６７６０８４３㊀㊀FＧT柴油是煤通过费托反应制成,由煤间接液化而成,其主要成分是饱和烃,S和芳香烃的含量极低,可以与普通柴油以任何比例互溶.FＧT柴油的十六烷值比０号柴油高,可以降低N O x排放[１０];低热值高于０号柴油,可以放出更多的热量.FＧT柴油的运动黏度仅为０号柴油运动黏度的３/５,密度小于０号柴油,因而具有更好的雾化效果,能够与空气混合得更加充分,燃烧充分,生成的颗粒物减少.燃油的S含量是影响颗粒物生成的因素之一,S含量越高生成的颗粒物越多[１１],而FＧT柴油S含量小于０．５m g/k g,远低于０号柴油,颗粒物生成量减少.芳香烃含量越低生成颗粒物越少[１２],FＧT柴油芳香烃含量仅为０号柴油的０．９１％,颗粒物的排放显著降低.原霞等[１３]对FＧT柴油的排放进行了研究,与０号柴油相比,FＧT柴油的炭烟和N O x排放都减少.２㊀颗粒采集与分析设备２．１㊀颗粒采集试验用机为四冲程㊁单缸㊁非道路用１８６F A柴油机,柴油机具体参数见表２.柴油机的标定工况是柴油机排放法规重要的考核工况之一,具有一定的代表性;此外,标定工况可以反映柴油机大负荷㊁高转速的燃烧情况.因此,本研究使用分级采样装置MO U D I,在标定转速(３６００r/m i n)㊁１００％负荷稳定运行时,分别收集燃用生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油时的颗粒物.表２㊀１８６F A柴油机主要参数缸径/mm８６行程/mm７２压缩比１９ʒ１排量/L０．４１８标定转速/r m i n－１３６００标定功率/k W６．３最大扭矩转速/r m i n－１２７００最大扭矩/N m２０喷油器喷孔数４喷油器喷孔直径/mm０．２４喷油正时(B T D C)/(ʎ)１７燃烧室形状ω型２．２㊀颗粒形貌分析试验采用J E MＧ２１００(H R)高分辨透射电镜(T E M)对柴油机燃用柴油㊁生物柴油及FＧT柴油排放颗粒的微观结构进行拍摄,J E MＧ２１００(H R)的放大倍数为２０００~１５０万倍,点分辨率为０．２３n m,晶格分辨率为０．１４n m.２．３㊀颗粒热重分析试验采用M E T T L E RＧT O L E D O T G A/D S C１热重分析仪,取２m g的颗粒物进行试验,测试时,９５２０１９年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张宇,等:柴油机燃用不同燃料颗粒微观形貌与氧化特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀以１０ħ/m i n的升温速率,使加热炉内温度从４０ħ加热至８００ħ.热重分析仪的进气流量设置为５０m L/m i n,使用的反应气为O２,保护气为N２,对颗粒物进行热重试验,获取颗粒质量随温度变化的曲线.３㊀结果与分析３．１㊀颗粒形貌分析颗粒的形成是复杂的物理化学过程,伴随着各种化学反应以及物理碰撞㊁吸附㊁凝并等过程.图１示出柴油机燃用０号柴油㊁生物柴油㊁FＧT 柴油所排图１㊀不同燃料颗粒的T E M图放颗粒物的T E M图,从图１可以看出,０号柴油㊁生物柴油㊁FＧT柴油燃烧颗粒的数目依次减少.图１a 中的０号柴油颗粒多而稀疏,柴油中含有S和芳香烃,S和芳香烃的含量增多会导致颗粒物增多.图１b中生物柴油颗粒物少而密集,生物柴油中含有氧,除了空气的氧之外,自身能够提供部分氧,减少了局部缺氧的状况,改善燃烧,同时颗粒表面吸附更多的含氧基团如羟基㊁甲酯官能团等,且生物柴油的芳香烃含量远小于柴油,而多环芳香烃是颗粒物形成的前驱体,前驱体的生成得到了控制,使颗粒物生成减少[１４].FＧT柴油的密度和运动黏度比生物柴油小,雾化效果好,且FＧT柴油的十六烷值远高于生物柴油,易于燃烧,生物柴油的燃烧效果不如FＧT 柴油,导致生物柴油颗粒的数量多于FＧT柴油,如图１c中FＧT柴油颗粒少而稀疏.３．２㊀颗粒粒径及分布从T E M图可以看出,柴油颗粒物由许多基本炭烟粒子堆积而成,生物柴油的基本炭烟粒子粒径小于柴油颗粒但颗粒堆积严重,FＧT柴油颗粒比较疏松且颗粒粒径小.图２示出使用N a n o M e a s u r e r 对单位面积内生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油颗粒物的T E M图进行测量统计得出的颗粒物粒径区间分布状况.由图２可以看出,不同燃料的颗粒粒径在１０~４０n m之间,且基本粒子的粒径分布都满足正态分布.生物柴油颗粒的平均粒径为２３．６５n m, FＧT柴油颗粒的平均粒径为１９．３２n m,柴油颗粒的平均粒径为２６．４７n m.FＧT柴油与生物柴油的芳香烃以及S含量远小于柴油,减少了颗粒物的生成. FＧT柴油和生物柴油颗粒平均粒径均小于０号柴油颗粒平均粒径的原因是:１)柴油S含量多,燃烧过程中硫酸盐的生成量变多,更多的硫酸盐吸附在颗粒物上,使得颗粒粒径增大;２)FＧT 柴油几乎不含芳香图２㊀不同燃料颗粒粒径分布０６ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀车㊀用㊀发㊀动㊀机㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第６期烃和环烷烃,前驱体的生成量减少,颗粒粒径变小;３)生物柴油本身含氧,燃烧时可以提供更多的氧,缸内氧增多,减少缺氧区域,在富氧情况下,颗粒表面有机物氧化程度变高,从而减小了颗粒粒径.FＧT 柴油颗粒平均粒径小于生物柴油,主要是由于FＧT 柴油的密度和运动黏度低,挥发性好,雾化效果好,易于燃烧且十六烷值高于柴油,着火性能好,滞燃期短,扩散燃烧持续时间较长,颗粒物的氧化时间增长,颗粒物粒径减小.３．３㊀颗粒计盒维数排气颗粒由若干个粒径不等的类球形基本粒子碰撞㊁凝并㊁结合在一起形成颗粒群.为了进一步研究生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油颗粒物的结构特征,对３种燃料颗粒的T E M图进行处理分析,计算出二值化阈值,得到颗粒l g N(r)Ｇl g r的关系,对其进行拟合得到拟合曲线(见图３).从图３可以看出,拟合曲线的线性回归系数为０．９９８２,０号柴油燃烧颗粒的计盒维数为１．９９０２.用此方法继续对生物柴油㊁FＧT柴油燃烧颗粒的T E M图进行处理,计算出计盒维数㊁拟合方程以及线性回归系数,结果见表３.计盒维数从大到小依次为生物柴油㊁０号柴油㊁FＧT柴油.图３㊀０号柴油颗粒计盒维数的拟合曲线表３㊀生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油燃烧颗粒的计盒维数燃料拟合直线决定系数R２斜率D B生物柴油y＝－２．０１３９x＋１４．０９０２０．９９９４２．０１３９０号柴油y＝－１．９９０２x＋１３．８１５５０．９９８２１．９９０２FＧT柴油y＝－１．９６７５x＋１３．８２３１０．９９８５１．９６７５㊀㊀生物柴油燃烧颗粒的计盒维数最大,主要是因为生物柴油在缸内燃烧时,颗粒与颗粒之间发生碰撞㊁凝并,结合成颗粒群,一方面由于生物柴油是脂肪酸脂类化合物,含有大量的酯类,燃烧后产生的可溶有机物及其他液相物质增多,另一方面生物柴油含氧,在发动机缸内燃烧更充分,生物柴油颗粒物的粒径小,颗粒物比表面积大,颗粒物的粒径越小,吸附的可溶性有机物越多[２].生物柴油燃烧后颗粒物的比表面积增大,再加上生物柴油燃烧后生成的液相物质增多,从而导致生物柴油颗粒吸附更多的挥发性物质.液相物质越多,颗粒间的黏附力就越大,颗粒与颗粒之间发生碰撞㊁凝并的概率也随之增大,从而造成生物柴油颗粒与颗粒之间变得更加紧密,计盒维数增大.０号柴油由于不含氧,燃烧时部分区域缺氧,导致颗粒物氧化程度变低,颗粒物粒径增大,且０号柴油燃烧后产生的可溶有机物比生物柴油少,从而导致０号柴油颗粒之间的黏附力减小,颗粒间的黏度下降,颗粒变得松散,计盒维数减小. FＧT柴油有较好的蒸发㊁雾化效果和良好的燃烧性能,颗粒粒径小,颗粒物数量也少于０号柴油,降低了颗粒间的碰撞概率,同时FＧT柴油生成可溶有机物少,颗粒相互间的黏附力变小,降低了颗粒物相互碰撞之后凝并的概率,FＧT柴油颗粒物变得稀疏,计盒维数减小.３．４㊀颗粒氧化特性图４a示出O２作为反应气,N２作为保护气下生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油颗粒物的T G曲线.从图４a可以看出颗粒物的T G曲线有两个明显的失重阶段.第一阶段的失重主要是因为颗粒物中的部分挥发性有机物在O２氛围下发生氧化反应,同时也有部分可溶有机物在受热后蒸发析出,其发生温度一般为１２０~３００ħ;第二阶段失重是由于颗粒物中的炭烟氧化,发生燃烧,质量发生变化,其对应的温度在４００~６５０ħ.在第一阶段中,生物柴油㊁FＧT柴油㊁０号柴油颗粒物质量损失的百分比分别为２３．４％,１２．７％,１７．６％,第二阶段中生物柴油㊁FＧT 柴油㊁０号柴油颗粒物质量损失百分比为７３．４％,８４．６％,７９．５％.不同颗粒物的可溶有机物含量由大到小依次为生物柴油㊁０号柴油㊁FＧT柴油,FＧT 柴油颗粒所含的干炭烟最多,０号柴油颗粒次之,生物柴油颗粒的干炭烟含量最少.图４b示出颗粒物的D T G曲线,从图中可以获得颗粒物的特征温度.表４列出颗粒物的特征温度和活化能,T i为起燃温度,即颗粒炭烟燃烧失重阶段失重速率为－０．００１/ħ时的温度;T m为质量损失峰值温度,即颗粒炭烟燃烧失重阶段失重速率最大时的温度;T e１６２０１９年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张宇,等:柴油机燃用不同燃料颗粒微观形貌与氧化特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀为燃尽温度,即颗粒失重末期速率－０．００１/ħ时的温度.从表４中可以看出,生物柴油的起燃温度㊁质量损失峰值温度㊁燃尽温度都最低,F ＧT 柴油各项特征温度最大,０号柴油处于两者之间.活化能是颗粒物再生时的一项重要参数,是反应物分子到达活化分子所需的最小能量,反映了颗粒物再生时再次氧化的程度,活化能越小,表明颗粒越容易氧化,化学反应越容易发生.为研究生物柴油㊁F ＧT 柴油㊁０号柴油颗粒物的氧化特性,根据热重曲线,使用C o a t s ＧR e d f e r n 法对颗粒物的活化能进行计算.生物柴油颗粒的活化能最小,最易被氧化,F ＧT 柴油颗粒的活化能最大,氧化难度最高,０号柴油颗粒的活化能处于两者之间.图４㊀不同燃料颗粒物的T G /D T G 曲线表４㊀不同颗粒的特征温度和活化能燃料T i /ħT m /ħT e /ħ活化能/k J m o l－１生物柴油４２５．１５６４．６６０７．４１３９．６９０号柴油４９１．２６１７．３６５４．２１５０．３３F ＧT 柴油５１７．５６４４．２６７７．８１６６．３６㊀㊀结合表４中不同颗粒的特征温度对颗粒的氧化特性进行分析.生物柴油颗粒粒径比０号柴油颗粒明显降低,比表面积增大,颗粒物与氧气接触的区域更多,质量损失最大速率所对应的温度降低;柴油颗粒的粒径最大,比表面积最小,与氧接触的区域减少,导致质量损失峰值温度有所增大.研究表明,不同燃料在添加醇类后燃烧得到改善,且颗粒物排放降低,颗粒的可溶有机物增多,炭烟减少,反应活化能降低,说明氧含量增多可以降低颗粒的反应活化能[１５Ｇ１６].生物柴油含有１１％的氧,可以提高颗粒物的氧化活性,而F ＧT 柴油㊁０号柴油均不含氧,活化能大.F ＧT 柴油颗粒粒径最小,比表面积最大,质量损失峰值温度本应最小,但在图４中,F ＧT 柴油颗粒的质量损失峰值温度最大,主要是因为F ＧT 柴油主要由饱和烷烃构成,燃烧后产生的有机官能团少,需要较高的能量来进行反应,氧化所需温度提高.相较于F ＧT 柴油,生物柴油的主要成分为长链脂肪酸脂类化合物,含氧,燃烧后产生较多的脂肪族C H 和羧基C ＝O 等有机官能团,研究表明,具有羰基官能团的含碳物质需要较低的能量来生成C O 或C O ２[１７],而柴油含有较多的芳香烃,芳香烃的含量增多可以提高炭烟的氧化活性,使得活化能降低.所以F ＧT 柴油的质量损失峰值温度最高.４㊀结论a )０号柴油含有一定量的S 和芳香烃,生成颗粒物的平均粒径最大;生物柴油主要成分为酯类,且含氧,颗粒物平均粒径减小,平均粒径降低了约１０．８％;F ＧT 柴油颗粒粒径更小,相较于柴油颗粒降低了约２７％;生物柴油颗粒计盒维数最大,颗粒的堆叠最严重,０号柴油颗粒次之,F ＧT 柴油最小;b )生物柴油颗粒中可溶有机物最多,约为总质量的２３．２％,炭烟含量最少,约为７３．６％;F ＧT 柴油主要成分为饱和烃,可溶有机物少,颗粒物所含的可溶有机物占颗粒总质量比例最低,约为总质量的１２．７％,炭烟所占比例最高,约为７９．５％;０号柴油颗粒居于两者之间;c )生物柴油颗粒的起燃温度㊁质量损失峰值温度㊁燃尽温度和活化能较低,再生时反应所需能量少,再生所需的温度低,颗粒再生容易,０号柴油次之,F ＧT 柴油颗粒活化能最高,颗粒的热化学反应不易进行,再生时需要的温度高.参考文献:[１]㊀蒲云飞,孟忠伟．灰分沉积对D P F 内颗粒沉积影响的试验研究[J ]．车用发动机,２０１８(６):５０Ｇ５４,５９．[２]㊀董素荣,宋崇林,张国彬,等．柴油机缸内微粒粒数粒径 ２６ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀车㊀用㊀发㊀动㊀机㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第６期分布规律的研究[J ]．内燃机学报,２００８(１):２４Ｇ２８．[３]㊀张许扬,卫将军,吕刚,等．柴油㊁生物柴油后喷燃烧过程中颗粒物粒数粒径及质量的变化规律[J ]．燃烧科学与技术,２０１７,２３(３):２６１Ｇ２６７．[４]㊀梅丛蔚,梅德清,陈鬃,等．基于分形理论与碳分析的柴油机颗粒物特性[J ]．内燃机学报,２０１７,３５(２):１３１Ｇ１３５．[５]㊀顾士强,王忠,毛功平,等．生物柴油的碳烟形貌及影响因素分析[J ]．环境科学与技术,２０１０,３３(３):１２７Ｇ１３０．[６]㊀张健,王忠,瞿磊．地沟油生物柴油排气颗粒氧化活性分析[J ]．石油学报(石油加工),２０１６,３２(４):８２３Ｇ８２９．[７]㊀李博．燃料特性对柴油机颗粒物表面官能团及氧化活性影响研究[D ]．天津:天津大学,２０１３．[８]㊀S h a r m a H N ,P a h a l a g e d a r aL ,J o s h iA ,e ta l ．E x pe r i Ｇm e n t a l s t u d y of c a r b o nb l a c k a n d d i e s e l e ng i n e s o o t o x Ｇi d a t i o nk i n e t i c su s i n g th e r m o g r a vi m e t r i ca n a l y s i s [J ]．E n e r g y Fu e l s ,２０１２,２６:５６１３Ｇ５６２５．[９]㊀方文,苏欣,马文晓,等．生物柴油发动机燃烧特性与超细颗粒物排放特性[J ]．长安大学学报(自然科学版),２０１８,３８(５):２４９Ｇ２５６．[１０]㊀K a i n a rP a z yl z h a n ,王铁．柴油机燃用０＃柴油㊁F ＧT 柴油㊁生物柴油的燃烧和排放差异分析[J ]．科学技术与工程,２０１８,１８(８):２０３Ｇ２０８．[１１]㊀刘双喜,邵忠英,包俊江,等．燃油硫含量对国Ⅳ柴油轿车颗粒物排放特性的影响[J ]．汽车工程,２０１１,３３(３):１９４Ｇ１９７,２０２．[１２]㊀N i s h i g a iH ,K o n d oK ,Y a m a g u c h i T ,e t a l ．M o r ph Ｇo l o Ｇg y o f J I S ＃２a n dF i s c h e r ＧT r o ps c hD i e s e l (F T D )S o o t i nS p r a y F l a m e s v i aT r a n s m i s s i o nE l e c t r o n M i c r o s c o Ｇp y (T E M )[C ]//８t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n M o d e l i n g a n d D i a n o s t i c sf o r A d v a n c e d E n g i n eS ys Ｇt e m s ．M e i j i u n i v e r s i t y:C OMO D I A ,２０１２:４６４Ｇ４６９．[１３]㊀原霞,王铁,谷丰收,等．F ＧT 柴油与正丁醇混合燃料的燃烧和排放特性研究[J ]．车用发动机,２０１７(１):５４Ｇ５８．[１４]㊀肖九长,姜水生,胡琦山．生物柴油抑制多环芳香烃生成的机理分析[J ]．车用发动机,２０１４(５):１２Ｇ１６．[１５]㊀瞿磊,王忠,胡慧慧,等．正丁醇对柴油机颗粒组分与形貌特征的影响[J ]．环境科学研究,２０１５,２８(１０):１５１８Ｇ１５２３．[１６]㊀叶丽华,孟望喜,郑庆明,等．柴油机燃烧正戊醇/F ＧT柴油尾气颗粒物分析[J ]．扬州大学学报(自然科学版),２０１８,２１(３):１Ｇ４,１０．[１７]㊀L i a t iA ,D i m o p o u l o sE g ge n s c h w i l e rP ,S c h r e i b e rD ,e t a l ．V a r i a t i o n si nd i e s e ls o o tr e a c t i v i t y a l o n g t h ee x Ｇh a u s t af t e r Ｇt r e a t m e n t s y s t e m ,b a s e d o n t h em o r p h Ｇo Ｇl og y a n dn a n o s t r u c t u r eo f p r i m a r y so o t p a r t i c l e s [J ]．C o m b u s t i o na n dF l a m e ,２０１３,１６０(３):６７１Ｇ６８１．A n a l y s i s o n M i c r o ＧM o r p h o l o g y a n dO x i d a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s o fP a r t i c l e s f o rD i e s e l E n gi n eF u e l e dw i t hD i f f e r e n t F u e l s Z H A N G Y u ,WA N GZ h o n g,L IR u i n a ,L I US h u a i (S c h o o l o fA u t o m o t i v e a n dT r a f f i cE n g i n e e r i n g ,J i a n g s uU n i v e r s i t y ,Z h e n j i a n g㊀２１２０１３)A b s t r a c t :I no r d e r t os t u d y t h em i c r o Ｇm o r p h o l o g y a n do x i d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f e x h a u s t p a r t i c l e s f o rd i e s e l e n gi n e f u e l e d w i t hd i f f e r e n t a l t e r n a t i v e f u e l s ,e x h a u s t p a r t i c l e so fb i o d i e s e l ,F ＧTd i e s e l a n d０＃d i e s e lw e r ec o l l e c t e dt h r o u g hd i e s e l e n gi n e b e n c ht e s t ．T h e p a r t i c l e s o f t h o s e f u e l sw e r e a n a l y z e d b y m e a n s o f t r a n s m i s s i o n e l e c t r o nm i c r o s c o p y (T E M )a n d t h e r m o gr a v i m Ｇe t r i c a n a l y z e r ．T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e p a r t i c l e s i z e o f b i o d i e s e l a n dF ＧTd i e s e lw a s s m a l l e r t h a n t h a t o f ０＃d i e s e l ．T h e a v Ｇe r a g e p a r t i c l e s i z e o f b i o d i e s e l ,F ＧTd i e s e l a n d０＃d i e s e lw a s ２３．６５n m ,１９．３２n ma n d２６．４７n ma n de a c hc o r r e s p o n d i n g bo x Ｇc o u n t i n g d i m e n s i o nw a s ２．０１３９,１．９６７５a n d１．９９０２r e s p e c t i v e l y ．T h eb i o d i e s e l p a r t i c l eb o x Ｇc o u n t i n g d i m e n s i o nw a s t h e l a r Ｇg e s t a n d s ot h e p a r t i c l es t a c k w a ss e r i o u s ．T h es o l u b l eo r ga n i c m a t t e rc o n t e n to fb i o d i e s e l ,F ＧT d i e s e la n d０＃d i e s e lw a s ２３．４％,１２．７％a n d１７．６％a n de ac hc o r r e s p o nd i n g s o o t c o n te n tw a s ７３．４％,８４．６％a n d７９．５％r e s p e c t i v e l y ．T h e a n a l y s i s r e Ｇs u l t s of o x i d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ss h o wt h a t t h e ig n i t i o nt e m p e r a t u r e ,b u r n o u t t e m p e r a t u r ea n da c t i v a t i o ne n e r g y o fb i o d i e s e l p a r t i c l e s a r e s m a l l e r a n d th eo xi d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r so fF ＧTd i e s e l a r e l a r g e r c o m p a r e dw i t h０＃d i e s e l ,i n d i c a t i n g t h a t t h e o r d e r o f o x i d a t i o n f r o me a s y tod i f f i c u l t i sb i o d i e s e l ,０＃d i e s e l a n dF ＧTd i e s e l ．K e y wo r d s :d i e s e l e n g i n e ;p a r t i c l e ;m i c r o Ｇm o r p h o l o g y ;o x i d a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s [编辑:李建新]３６ ２０１９年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张宇,等:柴油机燃用不同燃料颗粒微观形貌与氧化特性分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
掺水乳化油对船用柴油机性能影响优化分析
Vol. 43, No. 10
Oct., 2021第43卷第10期
2021年10月
舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
掺水乳化油对船用柴油机性能影响优化分析杨捷波I,高占斌"，宋佳I,王彬彬
1,高敬博I,鄂新忠3
(1.集美大学
，轮机工程学院，福建厦门361021; 2.福建省船舶与海洋工程重点实验室，
福建厦门361021;
3.天津中海油能源发展油田设施管理有限公司，天津滨海新区
300452)
摘 要：为探索掺水乳化油对船用柴油机动力性、经济性和排放性能影响，采用AVL-fire软件对TBD234V6
型柴油机进行仿真建模，选取柴油机推进特性额定工况运行时，对不同乳化油掺水比进行三维数值模拟研究
。结果
表明，
随着掺水比的增加，相比原机，其缸内爆压逐渐降低，燃烧放热率峰值明显滞后，折合油耗率呈先下降后上
升的趋势，NOx排放量显著降低，Soot排放量上升。通过灰色决策理论结合主客观赋权法确定10%为最优掺水比，
此时缸内爆压下降6.9%,折合消耗率下降6.5%, NOx排放降低36.1%, Soot
排放上升110.6%。研究结果可为船用柴
油机掺水乳化油燃烧提供一定参考依据。关键词：柴油机；掺水乳化油；燃烧排放；最优掺水比
中图分类号：TK427
文献标识码
：A
文章编号：1672 - 7649(2021)10-0102-06 doi： 10.3404/j.issn.l672 - 7649.2021.10.021
Optimization analysis of the influence of water-blended
emulsified
oil on the performance of a
marine diesel
engine
YANG Jie-bo1, GAO Zhan-bin气 SONG Jia1, WANG Bin-bin1, GAO Jing-bo1,
E Xin-zhong
不同质量浓度CeO2纳米柴油制备及氧化性能试验分析
第44卷第5期2020年10月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science&Engineering)Vol.44No.5Oct.2020不同质量浓度CeO2纳米柴油制备及氧化性能试验分析刘云钱作勤季亦双（武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430061）摘要：为探究纳米颗粒对柴油氧化性能的影响，分别用平均粒径为50,100nm的CeOz纳米颗粒配置成三组不同质量浓度的CeO2纳米柴油，三组质量浓度分别为：50,100和150mg/L.通过热重分析法，研究不同粒径和不同质量浓度对纳米柴油氧化性能的影响.试验结果表明：纳米颗粒能促进柴油的氧化过程，随着纳米颗粒质量浓度增大和粒径减小，其促进效果越明显.关键词：纳米柴油；粒径;质量浓度；热重分析法；氧化性能中图法分类号:U262doi：10.3963/j.issn.2095-3844.2020.05.0290引言与传统的添加剂相比，纳米材料用作添加剂具有储能性强的特点3]:对纳米颗粒进行表面改性处理，使之长期稳定的分散在柴油中，使得柴油的活化性能显著提高，其氧化性能将明显改善.热重分析法通过控制试验温度，对比分析被测物在不同温度下，质量的细微变化情况.目前,已有研究者通过此方法分析煤油、柴油等不同种类燃料的着火性能，以及通过对热重曲线的对比，分析不同燃油添加剂对燃油燃烧性能的影响35.在该项研究中则以纳米CeO2颗粒作为研究对象，制备出不同质量浓度的CeO2纳米柴油进行热重试验•研究纳米颗粒的质量浓度与粒径尺度对柴油氧化特性的影响，为进一步研究纳米颗粒添加剂对发动机性能改善效果提供理论依据.1CeO2纳米柴油的制备1.1纳米材料的选择目前，用于催化燃烧最常用到的是稀土催化材料,与传统的贵金属催化剂相比较，稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺，以及性能方面都具有较强的优势.Ce这类稀土元素更是凸显了其在氧化过程中优异的储放氧的能力.Ce元素具有+3,+4的价态变化，由于CM+和CJ+间具有较低的电极电动势，而Ce。
2135G船用柴油机燃用掺水乳化油试验分析
2135G船用柴油机燃用掺水乳化油试验分析李向晖;王忠俊;陈恩博【摘要】在2135G型柴油机上进行掺水乳化油和0＃纯柴油对比试验，分析不同负荷、不同掺水率条件下掺水乳化油对柴油机燃烧性能、经济性能、排放性能的影响，讨论乳化油稳定性、着火延迟在实际应用中的影响因素。
试验结果表明：燃用掺水乳化油后，柴油机滞燃期延长、最高爆发压力增大、排温降低；当量比油耗略有下降，经济性得到一定程度改善；主要排放物NOx 和碳烟体积浓度均有下降，燃用掺水乳化油可以起到节油降污的作用。
%The contrast experimental analysis is carried out between using emulsified fuel and diesel on 2135G-diesel en-gine.The effects of emulsified on the features of combustion , economy and emission for diesel engine under various load and wa-ter content ratio are investigated , as well as the influence factors of stability and ignition delay of emulsified oil in practical appli -cation.The results show that the emulsified fuel can prolong ignition delay period and increase maximum combustion pressure .It can also decrease discharge temperature .The emulsified fuel can decrease fuel consumption rate , raise economic efficiency and reduce the emission of NOx and Soot obviously .In a word, emulsified fuel has functions of saving fuel and reducing pollution .【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2016(045)004【总页数】5页(P126-130)【关键词】乳化油;柴油机;掺水率;微爆理论;排放【作者】李向晖;王忠俊;陈恩博【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U664.121目前，全世界正面临能源短缺和环境恶化的双重威胁，而作为占世界贸易总运量2/3的海上运输，船舶对环境的影响不容小觑。
乳化燃料油分析报告
乳化燃料油分析报告一、什么是乳化燃料油水是极性化合物,石油产品是由非极性化合物烃类组成,水和油是不互溶的。
要使二者成为混合液，需借助外力或加入表面活性剂，使其中一相液体均匀分散在另一相液体中，成为为相对稳定的混合液，在精细化学中，这种混合液称之为乳化液，由燃料油（煤油、汽油、柴油、重油、渣油）和水组成的乳化液就被称为乳化燃料。
乳化燃料油与通常的乳化液一样，也分为油包水型（W/O）和水包油型（O/W），在油包水型乳化燃料油中，水是以分散相均匀地悬浮在油中，被称为分散相或内相，燃料油则包在水珠的外层，成为连续相或外相。
我们目前所见的大多数乳化燃料油都为油包水型乳化燃料。
水包油型乳化燃料油正好与油包水型相反，由委内瑞拉石油公司开发的奥里油就属于水包油型乳化燃料油。
二、乳化燃料节能降污原理乳化燃料燃烧是个复杂的过程，对其节能降污机理较为成熟的解释是乳化燃料燃烧中存在的“微爆”现象和水煤气反应，也就是从燃烧的物理过程和化学过程来解释。
乳化油燃烧过程的物理作用即所谓“微爆”作用（如下图所示）。
油包水型分子基团，油是连续相，水是分散相。
由于油的沸点比水高，受热后水总是先达到沸点而蒸发或沸腾。
当油滴中的压力超过油的表面张力及环境压力之和时，水蒸气将冲破油膜的阻力使油滴发生爆炸，形成更细小的油滴，这就是所说的微爆或称二次雾化。
爆炸后的细小油滴与空气更加充分混合，油液燃烧的更完全，使内燃机或油炉达到节能之效果。
化学作用即水煤气反应。
在高温条件下，部分水分子与未完全燃烧的炽热的炭粒发生水煤气反应，形成可燃性气体，反应式如下：C+H2O CO+H2C+2H2O CO2+2H2CO+H2O CO2+H22H2+O22H2O上述这些反应，减少了火焰中的炭粒，提高了油的燃烧程度，改善了燃烧状况，提高了油的燃烧效率。
在缺氧条件下，燃料中由于高温裂解产生的碳粒子，能与水蒸气反应生成CO和H2，使碳粒子能充分燃烧，提高了燃烧率，降低了排烟中的烟尘含量，另一方面由于乳化水的蒸发作用，均衡了燃烧时的温度场，从而抑制了NOx的形成。
柴油微乳液的制备及其性能研究
验 。研究结果表明 ： 表面活性剂质量分数 ３ ， ％ 掺水率 （ 含水 质量分数 ） 分别为 １ ％和 １ ％制得 的 ～ｌ ４ ５ ｏ 柴油和 ０ 柴
油 微 乳 液 理 化 指 标 均 符 合 燃 油 国 家 标 准 。２种 柴 油 微 乳 液 粒 径 均 在 ５ — ７ ｍ 之 间 ， 定 时 间 均 在 】ａ以 上 ； ０ Ｏｌ ｒ ｌ 稳 与
ＣＨＥＮ ａｎ－ ｅ Ｈｕ ｐ ｎｇ，ＬＵ ａ ｐｉ ｇ，ＨＡＮ ｎｇ ｆ ｎｇ Ｘｉ ｏ－ ｎ Ｐｉ —ａ
（ｎｔｕｅｏ ｏ ｏｈ ｍ ｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ａｊ ｇＵ ｉｅｓｙｏ ｅｈ ｏ ｇ ， Ｉｓ ｔｔ ｆ ｎｃ ｅ ｉａ Ｅ ｇｎｅｉ ，Ｎ ｎｉ ｎｖｒ ｔ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ ｉ Ｓ ｎ ｎ ｉ Ｔ ｏ
ｃ ｎ ｅ ｔａｉｎ，ｅｃ Ｍｅ ｎ ｏ ｃ ｎｒｔ ｏ ｔ． ａ ｗｈｉ ｌ ｅ， ｔ ｅ ｏ ｄ ｕ ｎ ｎ ｅ ｓ ｉｎ ｗｅ ｅ ｈ ｒ ａ ｒ ｎ ｉ ｇ ｍｉｓｏ ｓ ｒ ｍｅ ｓ ｒ ｄ． Ｔ ｅ ｅ ｕ ｔ ｓ ｗ ｔ ａ ｕｎ ｅ ｈ ａｕ ｅ ｈ ｒ ｓ ｌｓ ｈｏ ｈｔ ｄ ｒ ｔｅ
柴油机燃烧过程中微粒微观结构的变化规律
1. 2
取样点的选择 图 1 为采用全气缸取样方法得到的 4 种不同工况 下微粒质量的生成历程曲线。 由图可知， 只要对上止 11 ～ 16°CA （ 急燃期后 点 后9 ～ 14°CA （ 急燃期初期 ） 、
图2 Fig. 2
微观结构特征参数定义
Definition of microstructure characteristics
［ 6］
； 弯曲的
。因此， 世界各国对柴油机微粒生成机理的研
究给予了高度的重视。 目前， 有关柴油机微粒的研究主要集中在微粒的
碳层由于其内部电子轨道的交叠导致电子共振稳定性 ［ 7］ 的下降 ； 层面间距的增加则导致碳层边缘位置易于 和氧结合而提高了碳层的氧化活性
［ 8］
。 所以， 研究柴
*
收稿日期： 2009-11-08 ； 修回日期： 2010-02-21 。 基金项目： 国家重点基础研究发展计划资助项目（ 2002CB2603 ） ； 国家自然科学基金资助项目（ 50476067 ） 。 mail： kingzw@ tju. edu. cn。 作者简介： 张 炜，博士研究生，Email： songchonglin@ tju. edu. cn。 通讯作者： 宋崇林，博士，研究员，E-
首 先， 确定含有一组相互平行碳层的视图 （ 图 3a） ； 然后， 在这些相互平行碳层的法线方向画一条直
图1 Fig. 1 微粒质量生成历程曲线
线， 这条直线上的每一个像素点都拥有自己的灰度值 ； 根据直线上不同像素点灰度值的不同可以得到如图
Soot mass histories during combustion
引言
柴油机以其较高的热效率、 良好的动力性、 经济性 在运输业得到了广泛的应用。 但随着柴油 和耐久性， 机保有量的不断增加， 其带来的负面影响是微粒排放 并且已成为大气可吸入颗粒物的主要 污染日益严重， 来源
柴油机燃用甲醇-生物柴油-柴油微乳化燃料燃烧特性分析
柴油机燃用甲醇-生物柴油-柴油微乳化燃料燃烧特性分析周庆辉;朱爱华;刘永峰;孙建民;纪威【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2009(000)003【摘要】在柴油机结构不做改动的情况下,基于燃烧示功图的分析,定量研究了甲醇含量对燃烧压力、压力升高率、燃烧放热规律和循环变动量的影响.结果表明:甲醇的含量越大,滞燃期越长;燃烧压力和最大压力升高率均增大且出现的位置后移,其中燃用M15最大压力升高率接近0.45 MPa/°CA;累积放热率达到95%时,燃用柴油为上止点后55 °CA,燃用M5和M10为上止点后53 °CA,燃用M15为上止点后57 °CA,位置差别不大.甲醇含量增加,柴油机循环变化量增大,燃用M0的COVpmi 为1.61%,燃用M10的COVpmi为1.82%,燃用M15的COVpmi为3.32%.【总页数】4页(P61-64)【作者】周庆辉;朱爱华;刘永峰;孙建民;纪威【作者单位】北京建筑工程学院,北京,100044;北京建筑工程学院,北京,100044;北京建筑工程学院,北京,100044;北京建筑工程学院,北京,100044;中国农业大学,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TK428.9【相关文献】1.柴油机燃用微乳化生物柴油的性能和排放研究 [J], 陈镇;孙平;石中光;叶丽华;梅德清2.柴油机燃用微乳化生物柴油的示功图对比分析 [J], 叶丽华;施爱平;袁银南;孙平;胡建月;陈镇3.增压中冷柴油机燃用微乳化生物柴油放热规律研究 [J], 胡鹏;孙平;宁海强;叶丽华4.柴油机燃用生物柴油-乙醇-水微乳化燃料性能研究 [J], 陈昊;祁东辉;边耀璋5.柴油机燃用甲醇-生物柴油-柴油微乳化燃料的试验研究 [J], 周庆辉;纪威;符太军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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不同质量分数水的微乳化柴油微观结构及其燃爆性能魏成龙;鲁长波;安高军;熊春华;解立峰;周友杰;杨冰;任连岭【摘要】借助高分辨率透射电镜(HRTEM)和纳米激光粒度分析仪(NLPSA),测定了含有不同质量分数水的微乳化柴油中“油包水”(W/O)粒子的微观结构和粒径分布特征;使用液体燃料可持续燃烧性能测定装置和液体燃料爆炸性能评定装置,测定其燃烧和爆炸性能.结果表明,随着微乳化柴油中水的质量分数增加,W/O粒子的平均粒径逐渐增加,粒径分布逐渐变宽,粒径均匀性变差.微乳化柴油中的水的质量分数与其燃爆性能并不是简单的线性关系,而是存在一个最佳值.在考察范围内,水质量分数为10％的微乳化柴油中的W/O粒子对应的平均粒径为25 nm,且粒径分布均匀,微乳化柴油闪点最高,强行点火不能持续燃烧,爆炸后的最大压力比配制微乳化柴油用的-10号军用柴油降低14.3％,是一种燃爆倾向显著降低的安全燃料.【期刊名称】《石油学报（石油加工）》【年(卷),期】2014(030)004【总页数】6页(P668-673)【关键词】微乳化柴油;粒径;持续燃烧;燃爆性能【作者】魏成龙;鲁长波;安高军;熊春华;解立峰;周友杰;杨冰;任连岭【作者单位】南京理工大学化工学院,江苏南京210094;总后勤部油料研究所,北京102300;总后勤部油料研究所,北京102300;总后勤部油料研究所,北京102300;南京理工大学化工学院,江苏南京210094;总后勤部油料研究所,北京102300;南京南联油料供应处,江苏南京210000;总后勤部油料研究所,北京102300【正文语种】中文【中图分类】TE65微乳化柴油是在柴油中掺入一定量的水、主乳化剂和助乳化剂所形成的一种外观澄清透明、高稳定性的微乳液［1］。
微乳化柴油代替纯柴油在发动机上使用，可使柴油在燃烧室内的雾化更加充分，燃烧更加完全［2－3］，不仅可以提高发动机的功率，降低油耗，同时可大幅度降低柴油机烟度及有害气体的排放，减少环境污染。
微乳化柴油的另一重要特性是它的阻燃抑爆功能［4－6］。
发动机使用微乳化柴油，在遇到炮火袭击时，不仅可以减缓爆炸，而且能够抑制火焰的大规模传播燃烧，甚至可以实现火焰自熄灭。
俄罗斯以标准柴油为基础研制了高稳定性的安全防火柴油，其质量组成为77%的普通柴油、15%的水、8%特殊配制的高效表面活性物质。
美国于20世纪70年代成功研制出防火柴油，其质量组成为 84% 柴油、10% 水、6% 表面活性剂［7］。
Weatherford［8－9］和 Gillberg［10］等分别报道了在油包水型微乳液中加入中间馏分油的阻燃燃料配方的研究进展。
这些阻燃燃料能通过自熄灭池火来降低其燃烧性，甚至在高于基础燃料的闪点温度下也是如此。
Weatherford和Naegeli［9］研究了掺水微乳柴油的池火自熄机理，对掺水防火燃料的发展提出了独到的见解。
笔者研制的微乳化柴油不仅可以确保发动机功率基本不受影响，同时，在炮弹打击的外场实验中，微乳化柴油表现出具有抑制爆炸和阻止火焰传播、实现自动熄灭功能的能力。
目前，国内相关的研究主要集中于乳化剂和操作条件对微乳化柴油性能［11－13］的影响，很少有对微乳化体系水的质量分数对其微观结构及其燃爆性能影响规律的系统研究。
笔者选择含有不同质量分数水的微乳化柴油，从微观表征出发，分析水质量分数对微乳化柴油微观形态的影响，并探讨水质量分数对其理化性能以及燃爆性能的影响规律。
1 实验部分1.1 原料与试剂－10号军用柴油，取自山西岩会油库；油酸，分析纯，天津市科密欧化学试剂公司产品；单乙醇胺、正辛醇，分析纯，广东汕头市陇西化工厂产品；去离子水，实验室自制。
1.2 仪器北京金科利达仪器有限公司ES3200电子天平；上海阳光科学仪器制造有限公司YBN-2型石油产品黏度测定仪；大连瑞高自动化有限公司DSY-002A型闭口闪点测定仪；加拿大Phase Technology公司PSA-70X型冰点、倾点、凝点测定仪；荷兰Philips公司Tecnai12型高分辨率透射电镜（HRTEM）；美国Brookhaver 仪器公司Zetaplus Zeta potential analyzer型纳米激光粒度分析仪（NLPSA）；自主研制的液体燃料持续燃烧性能测定装置、液体燃料爆炸性能评定装置。
1.3 实验方法1.3.1 微乳化柴油的制备将油酸与单乙醇胺按一定比例依次加入锥形瓶，搅拌均匀，配制成阴离子型乳化剂。
取一定量的柴油和乳化剂，依次加入锥形瓶，充分震荡摇匀，再向其中加水，得到浑浊的乳状液。
用滴管逐滴加入醇，并充分振荡、搅拌，重复以上过程，直至形成澄清透明的微乳液，记录此时的柴油、乳化剂、醇和水的量。
得到的微乳化柴油样品的组成列于表1。
表1 配制的微乳化柴油（MED）的组成Table 1 Composition of prepared MED samplesw （Diesel）/% w （Emulsifier and cosurfactant）/% w（H2O）/%100 0 0 75 20 5 72 18 10 68 17 151.3.2 微观形貌的表征将1滴微乳化柴油置于覆有Formvar支持膜的铜网上，自然晾干后，用2%磷钨酸（PTA）染色剂对载有微乳化柴油的铜网负染30min［14］，用滤纸吸走多余的染体，于透射电镜下观察，拍照。
1.3.3 W/O粒子粒径测量实验前开启仪器，预热0.5h，设置折射率参数，柴油为1.46，水为1.33。
用待测量样品反复洗涤比色皿3～5次，然后注入待测样品，在25℃下测定，测定时间为120s。
通过软件分析处理得到被测样品的W/O粒子粒径。
1.3.4 理化性能分析按照国家标准 GB/T 261［15］、GB/T 510［16］、GB/T 265［17］方法，依次测定微乳化柴油的闪点、凝点和黏度。
1.3.5 燃爆性能测量（1）燃烧性能取2mL样品加入样品池，在100℃恒温条件下加热30s，持续点火15s，然后将点火源移开，液体燃料持续燃烧性能测定装置根据火焰热辐射强度自动记录样品的持续燃烧时间。
（2）爆炸性能首先将点火剂连接在电子点火装置上，将50mL样品注入燃料进样仓，之后密封仪器和进样仓。
进样仓充入高压空气后将样品瞬间释放，经分布板雾化扩散后，保证样品以气溶胶形式均匀分散到爆炸仓内。
计算机自动控制点火引爆液体燃料气溶胶，通过内置压力传感器实时记录爆炸过程的压力变化，通过软件处理得到爆炸压力－时间曲线。
以爆炸后压力和压力上升速率来表征微乳化柴油的爆炸性能。
2 结果与讨论2.1 微乳化柴油（MED）的水质量分数与其微观结构的关系微乳液的特点是在油相、表面活性剂和水相之间的精准平衡［18］，任何组分质量的变化都会对油包水（W/O）体系中粒子的粒径大小和分布均匀性造成影响。
2.1.1 对MED微观形貌的影响图1为含有不同质量分数水的MED典型的HRTEM照片。
图1 含不同质量分数水的MED的HRTEM照片Fig.1 HRTEM photographs of MED containing different mass fractions of H2Ow（H2O）/%：（a）0；（b）5；（c）10；（d）15由图1可见，不含水的纯柴油（图1（a））中只有少量固体颗粒物，而 MED中（图1（b）、（c）、（d）），出现了大量的黑色粒子，这是W/O粒子［18］；随着MED中水质量分数增加，其中W/O粒子的尺寸逐渐增大，分散均匀度降低；含5%和10% （质量分数，下同）水的MED中，W/O粒子的大小分布比较均匀，而含15%水的MED中，W/O粒子的大小则变得非常不均匀，大尺寸颗粒明显增加。
对图1中的W/O粒子和不同粒子间的距离逐一进行统计，计算得到 W/O粒子的大小和不同粒子间的距离。
结果表明，含5%水的MED中，W/O粒子平均直径在24nm左右，粒子平均间距约为40nm；含10%水的MED中，W/O粒子平均直径在56nm左右，粒子平均间距约为60nm；含15%水的MED中，W/O 粒子大小不均匀，平均直径在90nm左右，同时粒子分散性较差，大粒子的平均间距一般在129nm，小粒子的平均间距在78nm左右。
2.1.2 对 W/O粒子粒径的影响图2为含不同质量分数水的微乳化柴油的W/O粒子的粒径分布。
由图2可见，含5%水的MED中，W/O粒子的粒径集中在6.9～11.2nm范围，平均粒径9.7nm，分布比较均匀；含10%水的MED中，有82%的 W/O粒子粒径分布集中在12.8～41.6nm范围，平均粒径25.1nm，整体来说分布比较均匀；含15%水的MED中，W/O粒子粒径分布呈双峰型，其中有53%的粒子粒径分布在20nm附近，47%的粒子粒径分布在60nm附近，平均粒径34.8nm，分布非常不均匀。
这一结果与HRTEM结果基本一致，但 HRTEM测定的 W/O粒子尺寸稍大，这是由于HRTEM测定时需要使用磷钨酸负染，导致所显示的粒径要比真实的粒径大。
图2 含不同质量分数水的MED中W/O粒子的粒径分布Fig.2 W/O particle size distribution of MED containing different mass fractions of H2Ow（H2O）/%：（1）5；（2）10；（3）15由此可见，随着含水质量分数的增加，MED中的W/O粒子粒径分布逐渐变宽。
这是因为随着微乳化体系中水的增加，表面活性剂的亲水－亲油性勉强平衡，界面膜强度减弱，水滴间的碰撞机率增大，水的聚并作用增强，W/O粒子粒径增大，且分布变宽［19－20］。
2.2 水质量分数对微乳化柴油（MED）理化性能的影响表2为含不同质量分数水的MED的理化性能指标。
由表2可知，与配制MED所用的－10号柴油相比，含5%水的MED的闪点上升，此后随着水质量分数的增加，MED的闪点持续下降。
这可能是由于含5%水的MED中的W/O粒子比较小，分散也很均匀，当MED吸热蒸发时，水滴能够快速吸热蒸发［21］，水蒸气有效地将油蒸气与空气隔绝，同时水蒸气也稀释了油蒸气的浓度，使得燃烧极限范围对应的温度增加，表现为闪点升高；随着水质量分数继续增加，MED的W/O粒子粒径的均匀性下降，且粒子间平均间距增大，水的蒸发并不像之前那么充分，水蒸气的稀释、隔绝作用下降，闪点随之下降。
表2 含不同质量分数水的MED的理化性能Table 2 Physical and chemical properties of MED containing different mass fractions of H2Ow（H2O）/% Flash point/℃Condensation point/℃η20/（mm2·s－1）0 84 －14 3.934 5 89 －16 7.467 10 85 －14 8.443 15 77 －14 9.739与－10号柴油相比，含不同质量分数水的MED的凝点并没有发生明显的变化。