地溝油制生物柴油及其柴油機燃燒模擬研究.pdf

1、發(fā)動機代用燃料的開發(fā)與利用技術是目前車輛動力裝置節(jié)能與環(huán)保的一個主要研究方向。論文研究目的為了緩解能源危機，減少環(huán)境污染，探索從低端地溝油生產(chǎn)生物柴油的新工藝方法，系統(tǒng)地研究了從地溝油制取生物柴油的理論和試驗方法，柴油機燃用生物柴油的燃燒模擬和試驗研究。主要進行了以下方面的研究工作。 1.通過對地溝油成分與結構分析，系統(tǒng)地研究了從地溝油制備生物柴油的生產(chǎn)機理，對傳統(tǒng)的酯交換方程進行了修正補充，建立了酸敗油在酸催化條件下的實際化學

2、反應方程式，使甘油三酸酯和脂肪酸分別在同一系統(tǒng)中與醇類發(fā)生酯交換和酯化反應。通過正交試驗，得到了地溝油在不同油醇摩爾比、催化劑用量、反應時間和反應溫度下得到不同產(chǎn)率的生物柴油，發(fā)現(xiàn)甲醇反應最優(yōu)方案為油醇摩爾比為1：30，催化劑用量為5％，反應時間6小時，反應溫度65℃時，從地溝毛油制取的生物柴油最優(yōu)理論產(chǎn)率為94.31％，比試驗最佳產(chǎn)率高2.31％；乙醇反應最優(yōu)方案為油摩爾比為1：30，催化劑用量為1％，反應時間為10小時，反應溫度為7

3、8℃時，從地溝毛油制取生物柴油的最優(yōu)理論產(chǎn)率為91.35％。比試驗最佳產(chǎn)率高3.35％。對影響生物柴油產(chǎn)率的各種因素進行了詳細分析，建立了在酸催化條件下從地溝油制取生物柴油的化學反應動力學方程。 2.基于生物柴油-柴油的燃料特性，系統(tǒng)地研究了柴油機缸內(nèi)燃燒過程的多維數(shù)學模型和數(shù)值計算方法，對缸內(nèi)湍流模型、噴霧液相模型、燃燒化學反應模型等進行了具體分析。采用RNGk-ε模型模擬缸內(nèi)湍流流動，運用離散液滴的碰撞、破碎模型模擬了燃油噴

4、霧的運動情況；采用擴展的Zeldovich機理與碳煙兩步生成機理分別建立了氮氧化物和碳煙生成模型。 3.采用任意拉格朗日——歐拉法(ArbitraryLagrange-Euler)，對缸內(nèi)工作過程的控制方程進行求解，在壓力迭代過程中運用放大壓力梯度法，在不改變其他參數(shù)的前提下，通過放大低馬赫數(shù)流動的壓力波動提高計算效率，對噴霧方程采用MonteCarlo法進行計算，較好地兼顧了油滴計算量與計算精度的關系。 4.在PC機上

5、，通過重新設置變量和編寫特定程序，對S195單缸渦流式柴油機的缸內(nèi)工作過程進行了網(wǎng)格生成、求解器計算和后處理等過程的實現(xiàn)。應用FLUENT計算軟件實現(xiàn)了缸內(nèi)過程的實時模擬計算，得到了理想的計算結果，通過發(fā)動機臺架試驗，對計算結果進行了驗證。 5.采用二階隱含式非穩(wěn)態(tài)計算方法，對于柴油和生物柴油在不同摻混比例下的燃燒過程進行了計算模擬與試驗研究，發(fā)現(xiàn)各比例下的最高壓力點均出現(xiàn)在上止點后7℃，在相同工況下，燃燒生物柴油產(chǎn)生的最高缸壓

6、比燃燒柴油要略有升高，約為3.1％；最高缸內(nèi)溫度大約升高7％。這主要是因為在相同負荷下，生物柴油的燃油消耗量高，雖然生物柴油的熱值比柴油稍低，但總的放熱量比柴油大造成的。通過計算發(fā)現(xiàn)生物柴油的NOx排放比柴油高，碳煙排放比柴油大大降低。 6.通過發(fā)動機臺架試驗，測試了S195單缸渦流室柴油機燃用不同摻混比例柴油和生物柴油的氣缸壓力隨曲軸轉角的變化關系；排氣溫度、動力性、經(jīng)濟性以及CO、HC、NOx和碳煙的排放情況，試驗結果表明：