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微乳化乙醇柴油熱物性的計(jì)算與分析
胡鵬 孫平 寧海強(qiáng) 梅德清
江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院 中國(guó)鎮(zhèn)江
a hptmisme717@126.com
關(guān)鍵詞：乙醇柴油；微乳化油；熱物性
摘要：這種微乳化乙醇柴油混合燃料是一種理想的替代含氧氣的燃料，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)其理化的性質(zhì)和優(yōu)良的燃燒特性發(fā)掘這種燃料,使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以顯著降低有害排放,特別是有害顆粒的排放。有必要考慮這種混合燃料的瞬時(shí)變化的熱物理參數(shù)，溫度和壓力。由于這些原因，這些人使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算混合燃料的熱物理參數(shù)，包括比熱容、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)以及溫度的影響，壓力和乙醇含量對(duì)初始混合燃料的情況進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果表明，添加一些乙醇柴油可以有助于蒸發(fā)微乳化乙醇混合燃料，而這些都需要使用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算這種混合燃料的熱物理參數(shù)。
介紹
由于石油價(jià)格的提高和環(huán)境問(wèn)題，全世界極力推動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尋找可再生燃料。最近，發(fā)展替代燃料，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，減少對(duì)化石燃料的依賴已經(jīng)受到了人們足夠的重 [1 - 3]。特別是乙醇被認(rèn)為是主要的替代燃料之一，因?yàn)樗且环N可再生能源。這種燃料易氧化，因此一些乙醇柴油的興起可以減少有害物的排放[4 – 6]。當(dāng)微乳化柴油研究的應(yīng)用程序在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和其他燃燒設(shè)備上使用時(shí),有必要考慮混合燃料的瞬時(shí)變化的熱物理參數(shù)與溫度和壓力。然而,從設(shè)計(jì)手冊(cè)獲得的復(fù)雜關(guān)系,尤其是span80等表面活性劑，需要確定溫度之間的關(guān)系、壓力和熱物理參數(shù)的關(guān)系。由于這些原因，本文以微乳化乙醇混合燃料，和使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算混合燃料的熱物理參數(shù)，和環(huán)境溫度的影響,壓力和乙醇含量對(duì)初始混合燃料的影響為例。
準(zhǔn)備微乳化乙醇混合燃料
在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,試劑包含柴油、乙醇和span80,必要的設(shè)備包含JJ-1固定時(shí)間電動(dòng)攪拌機(jī)和JY 10001電子天平。
微乳化乙醇柴油混合燃料的制備過(guò)程包括以下步驟。起初,15克的柴油和3 g的span80混合在一個(gè)燒杯。然后,每次添加0.1g的乙醇。直到這些混合物變得渾濁,乙醇完全溶解的質(zhì)量是2.8克。有三種類型的燃料比:柴油系統(tǒng)1-78.9%,5.3%甲醇柴油和15.8% span80;柴油系統(tǒng)2-75.0%,10.0%甲醇和15.0% span80;柴油系統(tǒng)2-73.2%,12.2%甲醇和14.6% span80質(zhì)量。
熱物理參數(shù)的計(jì)算
(1)蒸發(fā)焓的計(jì)算
首先,使用里德?tīng)柗椒ㄓ?jì)算第i個(gè)物種在正常沸點(diǎn)[7]的蒸發(fā)焓。然后, 沃森提出了使用 △H和T的關(guān)系計(jì)算第i個(gè)物種在任何溫度下的蒸發(fā)焓。其數(shù)學(xué)表達(dá)式給出的方程(1)。
(1)
的臨界溫度,正常沸點(diǎn)的臨界溫度,和單位的蒸發(fā)焓的比例是焦每摩爾。根據(jù)公式(1),在任何溫度下,它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式為（2）
（2）
當(dāng)?shù)趇個(gè)物種的蒸發(fā)焓計(jì)算方程式為 (2)時(shí)?；旌先剂系恼舭l(fā)焓的計(jì)算方法是基于以下方程。
（3）
的蒸發(fā)焓是第i個(gè)物種,是相應(yīng)的摩爾分?jǐn)?shù)的臨界溫度和臨界壓力,分別為正常沸點(diǎn)的比率到臨界溫度。
圖1代表了蒸發(fā)焓與環(huán)境溫度之間的關(guān)系，有三種類型的燃料比大規(guī)模1.OMPa.的環(huán)境壓力。根據(jù)圖1,蒸發(fā)焓的微乳化乙醇柴油混合燃料的增加降低溫度和乙醇含量，之后添加一些乙醇柴油混合燃料的蒸發(fā)焓降低,蒸發(fā)率顯著增加。也就是說(shuō),液滴半徑變得更小,可提高燃料與空氣混合在的缸內(nèi)燃燒。
(2)形成的熱量的計(jì)算
各種化合物的生成熱計(jì)算方便和分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,分析了其能源債券在添加劑的方法。這種方法能夠計(jì)算的生成熱不尋常的標(biāo)本,如表面活性劑、計(jì)算精度可以滿足工程要求。本文計(jì)算的生成熱span80能結(jié)合求和方法,結(jié)果顯示在表1。能生成熱計(jì)算柴油(C12H26)和乙醇的結(jié)合求和方法,或從設(shè)計(jì)手冊(cè)中獲得他們的價(jià)值觀。
分別糾正功能組和的值24.7 kJ/mol 和-12.6 kJ/mol后[8]。所以形成熱span80 為1335.0 kJ/mol。
(3)液體比熱容的計(jì)算
首先,氣體可以根據(jù)Rihani和Doraiswamy[9]提出的方法來(lái)計(jì)算第i個(gè)物種的比熱容貢獻(xiàn)。這種方法可以用來(lái)計(jì)算各種類型的有機(jī)化合物的氣體比熱容。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
（4）
是第i個(gè)類型的官能團(tuán)數(shù)量。氣體的比熱容span80 的方法是由Rshari-Doraiswamy集團(tuán)提出的，在表2中。氣體比熱容計(jì)算柴油(C12H26)和乙醇能力的方法是由Rihani-Doraiswamy集團(tuán)提出的,還可以從設(shè)計(jì)手冊(cè)獲得他們的價(jià)值觀。他們的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
(5-a)(5-b) (5-c)
然后用Sternling-Brown方程提出了Sternling Brownby計(jì)算液體比熱容的第i個(gè)物種。他們是基于以下方程計(jì)算
(6)
ω是偏心因子,是臨界溫度,創(chuàng)業(yè)的比率是正常沸點(diǎn)臨界溫度,和單位的比熱容是car/(mol?k)。
當(dāng)?shù)趇個(gè)物種的液體比熱容計(jì)算為公式(6)時(shí),液體混合物液體比熱容的計(jì)算基于以下方程
(7)
液體比熱容的第i個(gè)物種,和相應(yīng)的摩爾分?jǐn)?shù)。
通過(guò)方程式(4)、(6)和(7) 的組合,我們可以計(jì)算出微乳化乙醇柴油混合燃料液體的比熱容，在不同的環(huán)境溫度下液體的比熱容微乳化乙醇柴油已經(jīng)呈現(xiàn)在圖2。
如圖2所示,液體比熱容的微乳化乙醇柴油混合燃料增加與環(huán)境溫度上升。在400 k后,液體比熱容與環(huán)境溫度的顯著增加。此外,液體混合物的液體比熱容隨乙醇含量的增加,和三種類型之間的差異減少了燃料比。添加一些乙醇柴油增加液體比熱容。也就是說(shuō),更多的熱量被吸收相同質(zhì)量的燃料蒸發(fā)時(shí),這有利于減少汽缸溫度,可以降低氮氧化物的形成。
(4)液體導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算
起初,通過(guò)第i個(gè)物種在任何溫度下液體的導(dǎo)熱系數(shù),給出了方程(8)。所以,混合燃料的液體導(dǎo)熱系數(shù)可以表示為公式(8)。
(8)
(9)
r是一個(gè)常數(shù),在工程計(jì)算中和等于1,是第i個(gè)物種的質(zhì)量濃度。乙醇含量和溫度對(duì)液體導(dǎo)熱系數(shù)顯示在圖3。
如圖3所示,液體導(dǎo)熱系數(shù)的微乳化乙醇柴油混合燃料減少，液體的溫度上升,隨著乙醇含量的增加而增大。一些乙醇柴油的加入有利于提高溫度,有助于蒸發(fā)。
(5)擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算
使用富勒提出的方法,Schettler和吉丁斯第i個(gè)物種天然氣擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為[10]
(11)
T是絕對(duì)溫度,p壓力和單位，, v是分子,它是通過(guò)原子擴(kuò)散量的總和所有類型的官能團(tuán),的單位是厘米2 / s。根據(jù)公式(15),擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式柴油、乙醇和span80
(12)
在空氣中第i個(gè)物種的擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算與公式(15),平均擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算蒸汽的公式(17)。微乳化乙醇柴油在溫度和壓力對(duì)系數(shù)的影響，如圖4。
(13)
根據(jù)圖4可知, 蒸汽的平均擴(kuò)散系數(shù)在附近液滴隨環(huán)境溫度的上升而變化,這也有利于液滴的蒸發(fā)。同時(shí),圖2顯示蒸汽的平均擴(kuò)散系數(shù)降低隨著環(huán)境的壓力上升。以擴(kuò)散系數(shù)成反比的環(huán)境壓力,擴(kuò)散系數(shù)減少與環(huán)境壓力的增加有關(guān),這可以減少液滴蒸發(fā)的速率。
總結(jié)
使用engirical計(jì)算公式，熱物理參數(shù),包括蒸發(fā)焓、熱形成液體比熱容、液體導(dǎo)熱系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。在環(huán)境溫度的影響下, 初步研究了混合燃料的壓力和乙醇含量的情況。結(jié)果表明,添加一些乙醇柴油可以有助于蒸發(fā)微乳化乙醇柴油混合燃料,這些經(jīng)驗(yàn)公式用來(lái)計(jì)算微乳化乙醇柴油混合燃料的熱物理參數(shù)。
確認(rèn)
這項(xiàng)研究是由中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金資助下合同No.50976051和優(yōu)先級(jí)的學(xué)術(shù)程序開(kāi)發(fā)江蘇高等Enduction機(jī)構(gòu)(PAPD)和江蘇省研究生科研創(chuàng)新基礎(chǔ)(CXZZ 12 0675)和江蘇省汽車工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(NO.QC201102)。
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