首页 二甲醚-柴油混合燃料发动机的试验研究

二甲醚-柴油混合燃料发动机的试验研究

举报
开通vip

二甲醚-柴油混合燃料发动机的试验研究 Equipment Manufactring Technology NO.9,2007 二甲醚 一柴油混合燃料发动机的试验研究 余克橡,苏永志,罗振华,李献菁,黄 华 (广西大学机械工程学院,广西 南宁530004) 摘要:通过在 S195柴油机上进行对比试验.分析了二甲醚和二甲醚柴油混合燃料对柴油机性能的影响。结果表明:加大二甲醚供油量, 能保持原机的动力性;按照当量油耗率计算,二甲醚经济性接近柴油,而二甲醚柴油混合燃料(DME10)在大负荷下具有较好的经济性; 燃用二甲醚时。CO、NOx和碳烟...

二甲醚-柴油混合燃料发动机的试验研究
Equipment Manufactring Technology NO.9,2007 二甲醚 一柴油混合燃料发动机的试验研究 余克橡,苏永志,罗振华,李献菁,黄 华 (广西大学机械工程学院,广西 南宁530004) 摘要:通过在 S195柴油机上进行对比试验. 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了二甲醚和二甲醚柴油混合燃料对柴油机性能的影响。结果表明:加大二甲醚供油量, 能保持原机的动力性;按照当量油耗率计算,二甲醚经济性接近柴油,而二甲醚柴油混合燃料(DME10)在大负荷下具有较好的经济性; 燃用二甲醚时。CO、NOx和碳烟都有大幅度下降,而HC排放在中低负荷下较高;燃用DME10时,在所有.r-~T排放均低于柴油。 关键词:二甲醚;柴油;性能;排放 中图分类号:U464.173 文献标识码:A 文章编号:1672—545X(2007)09-0008-03 随着石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高,可再生 的清洁代用燃料的研究与应用得到了迅速发展。二甲醚(DME) 是一种由煤、煤层气、天然气和生物原料生产出来的燃料。它在 常温下为惰性气体,无致癌作用、无腐蚀、无毒,长期暴露在空 气中也不会形成过氧化物。由于二甲醚十六烷值高,燃料中含 氧较高,柴油机燃用二甲醚时可大幅度降低排放和噪声。二甲 醚是一种清洁的而有发展前途的代用燃料,在柴油中掺烧二甲 醚,减少了对石油燃料的依赖和降低了大气污染。 1二甲醚、柴油理化特性和柴油机有关参数的调整 1.1二甲醚理化特性 表 1二甲醚、柴油理化特性对比 从表 1可看出二甲醚具有以下特性: (1)二甲醚化学分子中无 C—C键的分子结构,氧的重量 百分比高达 34.8%,这为发动机实现无烟排放提供了基础。 (2)二甲醚十六烷值高于柴油,具有良好的自燃性能,非常 适合作为柴油的代用燃料。 (3)二甲醚沸点较低(一24.9~C),能够快速形成良好的混合 气,从而缩短了滞燃期,使柴油机具有良好的冷启动性能。但二 甲醚在常温、常压下为气态,因此燃料供给系统需要改动。 (4)二甲醚热值仅为柴油热值的64.7%,二甲醚液体密度 只有柴油密度的 78.5%,为了达到原柴油机的动力性,以体积 计二甲醚供给量约是柴油的 1、9倍。 (5)二甲醚的粘度低(为柴油的 1/20),容易使高压供油系 统中二甲醚泄漏,也容易使偶件发生早期磨损。 (6)对金属无腐蚀,对普通橡胶、塑料有腐蚀作用。 1.2 S195柴油机基本参数和供油系统调整 1.2.1 S195柴油机基本参数 型号:$195; 型式 :四冲程、蒸发水冷、卧式、单缸、直喷式; 缸径 ×行程:95mmX 115mm; 排量 :O.815L; 标定功率:8.82kW; 标定转速:2000r/min; 压缩比:20 供油提前角:18。CA 喷油压力:16±0.49MPa 1.2.2 S195柴油机供油系统调整 1 2 3 4 5t 1 氮气瓶 2.电子秤 3.钢瓶 4.高压油泵 5.喷油器 图 1燃料供给示意图 由于二甲醚在常温下为气体,因此使用时先液化,燃料供 给示意图如图 1所示。 收稿日期:2007—07—10 作者简介:余克橡 ,男,广西南宁人,广西大学机械工程学院教师,工程师,主要从事内燃机教学与科研工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 《装备制造技术}2007年第9期 为了抑制二甲醚在管路中发生气阻,影响发动机的正常运 行,必须使得钢瓶内的压力保持在 1.9 2.1MPa。 2试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 本试验在标定转速(2000r/min)下按负荷特性试验进行。 试验中保持柴油机其他参数,而只改变柴油机的供油系统。单 独燃用二甲醚时,由于二甲醚燃料热值低,要达到使用柴油时 所发出的功率,必须加大供油量。因此,将S195型的喷油泵更 换成 S1110型的喷油泵;二甲醚的粘度只有柴油的 1/20,在实 际使用中,按照质量比,添加 了5%的地沟油来增加燃料的粘 度。由于燃料中95%是二甲醚,所以其性能、排放所体现的是 二甲醚的性质 ,5%的地沟油对燃烧与排放影响不大,表示为 DME。燃用二 甲醚一柴油混合燃料时 ,二甲醚占总质量 的 10%,表示为 DME10。 3发动机动力性能分析 使用二甲醚燃料时,发动机运转正常、平稳。由于加大了供 油量,动力性能没有下降。由于在柴油中掺烧 10%的二甲醚 , 改善了混合燃料的品质,使得燃烧噪音、工作噪音降低,调节油 门时,响应速度快,改善了原机的动力性。 4发动机经济性能分析 对发动机经济性的评价,以燃油消耗率作为评价指标,而 二甲醚、地沟油的单位质量的热值只有柴油的64.7%和 89%, 单纯以燃油消耗率做评价,显然不合理,因此引入当量系数计 算。在计算混合燃料当量燃油消耗率时,采用如下公式: 当量系数=0.647 x DME所占比例 +0.89 x地沟油(或 1 x 柴油 )所占比例 (1) 当量燃油消耗率=当量系数 X实际耗油率 (2) DME所占比例为95%,计算得当量系数为0.659;DME10 当量系数为 0.967。 600 500 400 300 200 D 4 8 12 be’4g,/kW‘h】 图 2当量油耗率 be 从图2可以看出,经过折算后二甲醚与柴油的油耗率较接 近,其平均燃油消耗率仅为柴油的1.05倍。而DME10混合燃 料,在中高负荷下当量油耗率则明显低于柴油。在标定点下,柴 油 be为 260 g W·h,DME10;be 为 231_3g W·h,比柴油低 11%。 二甲醚对燃烧的影响是显而易见的。在 2000r/min中高负 荷下能改善发动机的燃料经济性,原因是二甲醚中氧的原子量 与二甲醚的分子量之比为 34.8% ,使得二甲醚在燃烧过程中 具有自供氧能力,并且雾化性能好,燃烧速度快,能提高柴油的 雾化、蒸发效果,改善燃烧。 5发动机排放性能分析 口 q 5 12 Pe/kW 巨j E三 图3 CO排放 图3为 CO排放随负荷的变化关系。从图中可看出,在低 负荷下,CO的排放都比较小,CO值为0.1%以下;而在大负荷 下,DME排放趋势较平缓上升,最大值为 0.15%,仅为同负荷 下柴油的 18.3%,而 DME10最大值为柴油的33%。试验结果表 明,柴油机燃用二甲醚在降低 CO排放方面,效果非常显著。 CO是由于燃料的不完全燃烧而产生的,温度的高低和局 部缺氧对 CO的产生影响很大 在中小负荷下,空燃比较高,燃 烧较为完全,因而 CO排放较低。随着负荷的增加,缸内过量空 气系数逐渐减小,燃烧恶化,CO排放增加,但由于二甲醚雾化 性能好,含氧,在中高负荷下改善了燃烧,使得CO排放较低。 5.2 HC排放 图 4为HC排放随负荷变化关系图,从图中可以看出:燃 烧柴油时的HC总体排放是随着负荷的增大而先增后减,而对 于二甲醚,其 HC排放趋势是先增加后减少。在中低负荷下 HC 排放要高于柴油,最大值同比为柴油的4倍。在大负荷下,排放 水平则低于柴油。DME10的 HC排放要低于柴油,降低幅度在 20%~40%之间。 1 0 O 8O fi.o 0 40 = 20 O 0 4 8 12 Pe/kW 1二=旦 苎 : 墨 兰! 图4 HE;排放 究其原因:在小负荷下,由于混合气较稀薄,再加上二甲醚 本身含氧,汽化潜热高,燃烧温度较低,一部分二甲醚未能燃 烧,因而 HC排放较大;在中等、大负荷下,由于燃烧温度逐渐 上升,二甲醚又含氧,沸点低,易汽化,燃烧速率加快,即使混合 9 8 6 4 2 0 0 放 弓 嘣 堡0r】 扫 O C 5 维普资讯 http://www.cqvip.com Equipment Manufactring Technology NO.9,2007 气浓度较大,对于燃烧也是有利的,HC排放降低。试验说明掺 烧二甲醚后,混合燃料燃烧状况好,壁面淬冷区温度较高,减少 了HC生成量。 5.3 NOx排放 0 4 8 l2 Pe/kW L二:!::. 竺 二兰二 兰::兰:. 兰 I 图5 NOx排放 图5为NOx排放随负荷变化关系图,从图中可以看出:随 着发动机负荷的增大,NOx排放也逐渐增大,但二甲醚 NOx排 放的增幅远小于柴油;在 1.5kW下 ,燃烧柴油时 ,NOx的排放 值为 310 X 10 ,而二甲醚只有 160 X 10-6,在 10kW 下,柴油的 NOx排放值为 1200 X 10 ,二甲醚为 580 X 10 ,相当于柴油的 48.3%。试验表明,使用二甲醚能大幅度降低 NOx的排放。 DME10混合燃料燃烧生成的 NOx量要小于柴油量,NOx排放 最大降幅达 25%。 NOx的产生取决于高温、富氧和燃烧持续时问。其中,温度 是最主要 的因素 :发动机负荷增大 ,缸内温度增加 ,所以 NOx 排放增加。二甲醚 NOx排放程度比柴油小,一方面是由于二甲 醚具有比柴油更高的十六烷值。着火性能优良,滞燃期较短,参 加预混燃烧的量较少,使得气缸内的最高燃烧压力与温度降 低,从而抑止 NOx的生成 ;另一方面,二甲醚具有较大的汽化 潜热,在汽化过程中吸收大量的热量,缸内温度下降,这也在一 定程度上抑止 NOx的生成。 5.4碳烟排放 随着发动机负荷的增大,碳烟排放也逐渐增大,但二甲醚 的碳烟排放增幅远远小于柴油。在大负荷下,柴油燃烧时的烟 度增长趋势非常明显,8.8kW下烟度值为 2.354m-。,而在 10kW 下烟度值达到了2.5m一。而二甲醚燃烧时,在低负荷(1.5kW、 3kW)下,碳烟的排放值分别为0.042 m 和0.052 m一,基本接 近于 0;在 10kW大负荷下,其排放值也只有 0.49 m一,相当于 柴油的20%。在大负荷下,DME10对比柴油,碳烟排放降幅在 50% ~70%。 3 2 5 1 5 l 0 5 O 0 4 8 12 FIe/kW 巨j 五至 三 图6碳烟排放 二甲醚分子结构中,不存在 C—C键,而且富氧 ,从而抑止 了大部分碳烟的生成;同时,二甲醚的沸点低、易于汽化的特点 使其能快速均匀地与空气形成混合气,提高扩散燃烧速率,缩 短燃烧持续期 ,有利于抑制碳烟的生成与排放,从而大幅度地 降低碳烟排放 ,最大幅度达 80%,低负荷下接近于零排放 ; DME10混合燃料由于加入了二甲醚,改善了柴油的燃烧状况。 6结论 (1)使用二甲醚和二甲醚柴油混合燃料 ,发动机都能达到 原有的动力性或有改善。 (2)按照当量油耗率来计算,二甲醚经济性接近柴油;使用 DME10混合燃料,在大负荷下能提高发动机的经济性。在标定 点下,DME10 be 比柴油低 1 1%。 (3)排放性能方面,燃用二甲醚时,CO、NOx和碳烟都有大 幅度下降,而 HC排放在中低负荷下较高;燃用 DME10时,在 所有工况下排放均低于柴油。 参考文献: [1]周家贤.二甲醚一21世纪的一种清洁燃料【JJ.上海化工,2005, (3):1--4. [2]Troy A.Semelsberger,Rodney L.Borup and Howard L.Greene. Dimethyl ether (DME)as all alternative fuel【JJ.Journal of Power Sources,2006,156(1):497-571. [3]胡 真,郑国璋,杨庆佛.ZS195柴油机燃用二甲醚的实验研究【JJ. 内燃机工程,2001,(1):62—65. [4]郭泽荣.ZS195直喷式柴油机上燃用二甲醚的实验研究[D].太原: 太原理工大学,2003. [5】李 君,朱昌吉,马光兴.二甲醚发动机性能试验研究【J】.燃烧科学 与技术,2003,9(3):200—204. Experiment and Research of DME— DieseI Blended FueI Engine YU Ke-xiang,SU Yong-zhi,LUO Zhen-hua,L/Xian-jing,HUANG Hua (School of Mechanical Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,China) Abstract:In this paper the influences on the performance of a diesel engine fueled with DME and DME-diesel blended fuel were analyzed. The results show that through enhances the DME fuel feed the original machine power Can be maintained.According to the equivalent oil con— sumption rate,DME’S economical efficiency approaches tO the diesel and DME-diesel blended fuel(DME10)under heavy load has better e— conomical efficiency.When burned with DME,emission of CO,NOx and smoke have large scale drop,but HC emission is higher when the load is low and middle.Burned with DME10,under all operating model emission is lower than diese1. Key WOrds:DME;Diesel;Performance;Emission 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 2 0 8 B 4 2 i 0_【 0z 维普资讯 http://www.cqvip.com
本文档为【二甲醚-柴油混合燃料发动机的试验研究】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_850073
暂无简介~
格式:pdf
大小:154KB
软件:PDF阅读器
页数:0
分类:交通与物流
上传时间:2014-04-02
浏览量:22