小型農(nóng)用柴油機(jī)甲醇生物柴油燃燒與排放模擬的研究

袁林

摘 要：石油資源的緊缺已經(jīng)成為了現(xiàn)階段世界性的難題，我國(guó)對(duì)石油的消耗量也是巨大的，不僅包括眾多汽車的使用，還將石油資源應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，近年來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備數(shù)量增長(zhǎng)極為迅速，并且農(nóng)用拖拉機(jī)等柴油機(jī)設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮出了巨大的作用，農(nóng)用柴油機(jī)雖然動(dòng)力較強(qiáng)，但是在使用過(guò)程中易產(chǎn)生有害氣體對(duì)空氣造成污染，對(duì)此也衍生出了新型能源代替柴油作為燃料，實(shí)現(xiàn)農(nóng)用柴油機(jī)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保性。目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通常將甲醇與生物柴油混合作為小型柴油機(jī)的燃料，本文對(duì)甲醇生物柴油燃燒與排放模擬進(jìn)行簡(jiǎn)要探究，并對(duì)其特性作出簡(jiǎn)介，為早日實(shí)現(xiàn)農(nóng)用柴油機(jī)的節(jié)能減排貢獻(xiàn)一份力量。

關(guān)鍵詞：小型農(nóng)用柴油機(jī);甲醇;生物柴油;燃燒與排放;特性

我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重視程度逐漸增加，同時(shí)也加大了對(duì)農(nóng)用機(jī)械的投資研究，現(xiàn)階段，為遵循節(jié)能減排的環(huán)境理念，在小型農(nóng)用柴油機(jī)的燃料問(wèn)題上展開一定個(gè)創(chuàng)新，對(duì)甲醇生物柴油進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，希望通過(guò)甲醇生物柴油的特性來(lái)改善小型農(nóng)用柴油機(jī)的性能，同時(shí)緩解柴油機(jī)排污污染較大的問(wèn)題。甲醇的生產(chǎn)造價(jià)低廉，制作方式簡(jiǎn)單，將甲醇與生物柴油進(jìn)行混合，可以有效的提升柴油的燃燒效率，降低氮氧化合物的釋放，有助于改善柴油機(jī)的排放問(wèn)題，同時(shí)其還能降低柴油的使用量，實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約。生物柴油是由動(dòng)物油脂、植物油為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工等程序制成的可再生燃料，在一定程度上減少了我國(guó)對(duì)柴油消耗量較大的難題。

1 小型農(nóng)用柴油機(jī)甲醇生物柴油燃燒特性分析

將甲醇混合到生物柴油中形成混合型燃料，目前在小型農(nóng)用柴油機(jī)上的使用較多，其主要是將甲醇按照一定比例直接摻入到生物柴油內(nèi)，使該混合型燃料在配制上也較為便捷，其不需改造現(xiàn)有的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，不會(huì)增加小型農(nóng)用柴油機(jī)的建造成本，此外還可以采用缸內(nèi)噴射的方式。本文在對(duì)小型農(nóng)用柴油機(jī)甲醇生物柴油燃燒特性的分析主要根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行研究。

1.1 氣缸壓力和放熱率

生物柴油與甲醇混合后，能夠有效的提升燃料內(nèi)的十六烷值，其燃燒時(shí)的表現(xiàn)要優(yōu)于普通柴油，并且其燃燒后產(chǎn)生的物質(zhì)能夠改善機(jī)油的活性，能在一定程度上延長(zhǎng)機(jī)油的使用壽命，進(jìn)而減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。通過(guò)測(cè)試比對(duì)發(fā)現(xiàn)，甲醇生物柴油能更好的適應(yīng)低溫啟動(dòng)，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，能夠降低柴油機(jī)缸內(nèi)的最大爆發(fā)壓力，其燃燒抗爆性能更加優(yōu)秀，可以適用于更高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。由于甲醇生物柴油混合燃料具有良好的霧化性，與普通柴油相比更加稀釋，滯燃期內(nèi)油氣混合更均勻，使缸內(nèi)最大壓力升高率和最大放熱率升高，但是由于預(yù)混燃燒期推后，活塞下行，使得缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力有所降低。

1.2 柴油機(jī)缸內(nèi)平均溫度

將甲醇摻入到生物柴油中，在化學(xué)催化劑的反應(yīng)下能夠生產(chǎn)脂肪酸酯，其性質(zhì)近似于柴油，甲醇生物柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒時(shí)，其初始平均溫度相對(duì)較低，隨著甲醇汽化程度的增大，混合燃料的燃燒量也在逐漸增加，進(jìn)而使得缸內(nèi)溫度明顯升高。但是在達(dá)到一定溫度后，甲醇生物柴油比普通柴油的霧化性能要高許多，甲醇霧化會(huì)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的熱量，使其與空氣更加均勻的混合，在持續(xù)一段時(shí)間后，缸內(nèi)的平均溫度相對(duì)穩(wěn)定，其溫度數(shù)值要比普通柴油的平均溫度低，在最大溫度上也稍有不足，但是甲醇生物柴油中的氧元素含量較高，能夠在一定程度上促進(jìn)燃料的燃燒，并且對(duì)柴油機(jī)的熱效率提升也是有著 較大幫助的，所以不會(huì)小型農(nóng)用柴油機(jī)功率降低過(guò)多的問(wèn)題，保證了柴油機(jī)實(shí)際使用的動(dòng)力性能。

2 小型農(nóng)用柴油機(jī)甲醇生物柴油排放特性

農(nóng)用柴油機(jī)排放污染較高一直以來(lái)都是農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)中的重要問(wèn)題，近年來(lái)通過(guò)技術(shù)上的改進(jìn)，農(nóng)用小型柴油機(jī)的排放性能有所改善，但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，以及柴油燃燒的特點(diǎn)，致使在一定條件下，柴油機(jī)的排放仍然存在著較多的問(wèn)題，因此目前多采用甲醇生物柴油作為替代燃料，希望可以在根本上解決農(nóng)用柴油機(jī)排放污染嚴(yán)重的問(wèn)題。柴油機(jī)排放的污染氣體主要有NOx 、油煙等，還存在著少量的SOx 、HC以及CO等有害氣體，此外就是引起溫室效應(yīng)的CO2。柴油燃燒在溫度高、氧氣足的情況下會(huì)產(chǎn)生較多的NOx，在高溫低氧含量的情況下則會(huì)產(chǎn)生較多的油煙，因此柴油機(jī)缸內(nèi)平均溫度與氧氣含量是產(chǎn)生NOX、油煙的關(guān)鍵控制點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)儀器測(cè)得，在使用甲醇生物柴油并且缸內(nèi)溫度較高時(shí)，氧氣含量比普通柴油要低，其主要是甲醇的霧化性能出色，加快了燃油混合氣的形成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速的擴(kuò)散，增加了燃燒對(duì)氧氣的消耗量。甲醇生物柴油燃燒的平均溫度低和耗氧量高的綜合條件下，在一定程度上抑制了NOx的形成。同時(shí)甲醇對(duì)生物柴油的稀釋能力較強(qiáng)，避免燃料大部分粘貼在燃燒室底層，甲醇的添加還會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的含氧量，使燃燒缺氧問(wèn)題得到解決，因此甲醇生物柴油在使用時(shí)所產(chǎn)生的油煙問(wèn)題有效減少。此外，甲醇生物柴油燃料燃燒的更加完全，有效的減少HC以及CO等有害氣體的排放。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，甲醇生物柴油的混合燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒的更徹底，并且具有良好的熱傳導(dǎo)效率，在根本上保證了小型農(nóng)用柴油機(jī)的功率，使柴油機(jī)的動(dòng)力性能有所改善。同時(shí)甲醇生物柴油的霧化性較強(qiáng)，氧含量充足，燃燒時(shí)不易產(chǎn)生油煙，并且其燃燒后發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的平均溫度與氧分子體積分?jǐn)?shù)都相對(duì)較低，對(duì)NOX的形成起到一定的限制作用。

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