醇类燃料羟基位置对RCCI排气颗粒物特性的影响研究

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颗粒物是柴油机的主要排放污染物,对人体健康、环境和气候均有不利影响。为减少柴油机颗粒物的排放,研究人员提出使用醇类燃料和先进的缸内燃烧技术。其中,活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)是一种高效环保的新型燃烧策略。由于RCCI燃烧模式可以灵活选择燃料配比,使得许多醇类燃料得到广泛研究。随着对醇类燃料的深入研究,发现燃料分子羟基位置会对发动机燃烧和排放产生重要影响。因此,本文在一台重型六缸柴油机上,选用柴油作为RCCI高活性燃料,选用丙醇和丁醇异构体共六种醇类燃料作为RCCI低活性燃料,构建出羟基位置不同的C3直链醇、C4直链醇和C4支链醇,开展醇类燃料羟基位置和预混比例(premix ratio,RP)对RCCI发动机燃烧特性和排气颗粒物特性影响规律的系统研究。主要研究结果如下:(1)对于C3直链醇和C4直链醇来说,醇类燃料羟基位置內移将导致放热率峰值增加,滞燃期和燃烧持续期延长。而对于C4支链醇来说,醇类燃料羟基位置內移将导致放热率峰值减小,滞燃期和燃烧持续期缩短。随着醇类燃料RP增加,放热率峰值和缸内压力峰值将会增加,滞燃期延长和燃烧持续期将会缩短。(2)醇类燃料羟基位置內移将导致颗粒物数量浓度峰值和总数量浓度增加。随着醇类燃料RP增加,颗粒物数量浓度峰值、几何平均粒径和总数量浓度将会降低,颗粒物数量浓度峰值所对应的粒径无明显影响。(3)醇类燃料羟基位置和RP对颗粒物的微观形貌和基本碳粒子的微观形貌没有显著影响。醇类燃料/柴油RCCI、纯柴油燃烧与醇类燃料/柴油掺混燃烧所得排气颗粒物和基本碳粒子的微观形貌没有明显差异。此外,醇类燃料/柴油RCCI排气颗粒物的分形维数介于1.56-2.15之间。醇类燃料羟基位置內移或RP增加都将导致排气颗粒物的分形维数逐渐增加。(4)对于C3直链醇来说,醇类燃料羟基位置內移将导致基本碳粒子的平均粒径和微晶层间距增大。对于C4直链醇来说,醇类燃料羟基位置內移将导致基本碳粒子平均粒径增大,微晶长度和层间距减小。对于C4支链醇来说,醇类燃料羟基位置內移将导致基本碳粒子平均粒径、微晶曲率和层间距增大,微晶长度减小。
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