小型农用柴油机甲醇生物柴油燃烧与排放模拟的研究

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　　摘 要：石油资源的紧缺已经成为了现阶段世界性的难题，我国对石油的消耗量也是巨大的，不仅包括众多汽车的使用，还将石油资源应用到农业生产中，近年来我国农业机械设备数量增长极为迅速，并且农用拖拉机等柴油机设备在农业生产中发挥出了巨大的作用，农用柴油机虽然动力较强，但是在使用过程中易产生有害气体对空气造成污染，对此也衍生出了新型能源代替柴油作为燃料，实现农用柴油机的实用性、经济以及环保性。目前在农业生产中，通常将甲醇与生物柴油混合作为小型柴油机的燃料，本文对甲醇生物柴油燃烧与排放模拟进行简要探究，并对其特性作出简介，为早日实现农用柴油机的节能减排贡献一份力量。
　　关键词：小型农用柴油机;甲醇;生物柴油;燃烧与排放;特性
　　我国对农业生产的重视程度逐渐增加，同时也加大了对农用机械的投资研究，现阶段，为遵循节能减排的环境理念，在小型农用柴油机的燃料问题上展开一定个创新，对甲醇生物柴油进行了进一步的研究，希望通过甲醇生物柴油的特性来改善小型农用柴油机的性能，同时缓解柴油机排污污染较大的问题。甲醇的生产造价低廉，制作方式简单，将甲醇与生物柴油进行混合，可以有效的提升柴油的燃烧效率，降低氮氧化合物的释放，有助于改善柴油机的排放问题，同时其还能降低柴油的使用量，实现成本的节约。生物柴油是由动物油脂、植物油为原料，经过化学加工等程序制成的可再生燃料，在一定程度上减少了我国对柴油消耗量较大的难题。
　　1 小型农用柴油机甲醇生物柴油燃烧特性分析
　　将甲醇混合到生物柴油中形成混合型燃料，目前在小型农用柴油机上的使用较多，其主要是将甲醇按照一定比例直接掺入到生物柴油内，使该混合型燃料在配制上也较为便捷，其不需改造现有的柴油发动机结构，不会增加小型农用柴油机的建造成本，此外还可以采用缸内喷射的方式。本文在对小型农用柴油机甲醇生物柴油燃烧特性的分析主要根据以下几点进行研究。
　　1.1 气缸压力和放热率
　　生物柴油与甲醇混合后，能够有效的提升燃料内的十六烷值，其燃烧时的表现要优于普通柴油，并且其燃烧后产生的物质能够改善机油的活性，能在一定程度上延长机油的使用寿命，进而减少发动机的磨损。通过测试比对发现，甲醇生物柴油能更好的适应低温启动，并且在发动机工作时，能够降低柴油机缸内的最大爆发压力，其燃烧抗爆性能更加优秀，可以适用于更高压缩比的发动机内。由于甲醇生物柴油混合燃料具有良好的雾化性，与普通柴油相比更加稀释，滞燃期内油气混合更均匀，使缸内最大压力升高率和最大放热率升高，但是由于预混燃烧期推后，活塞下行，使得缸内最大爆发压力有所降低。
　　1.2 柴油机缸内平均温度
　　将甲醇掺入到生物柴油中，在化学催化剂的反应下能够生产脂肪酸酯，其性质近似于柴油，甲醇生物柴油在发动机内燃烧时，其初始平均温度相对较低，随着甲醇汽化程度的增大，混合燃料的燃烧量也在逐渐增加，进而使得缸内温度明显升高。但是在达到一定温度后，甲醇生物柴油比普通柴油的雾化性能要高许多，甲醇雾化会吸收发动机缸内的热量，使其与空气更加均匀的混合，在持续一段时间后，缸内的平均温度相对稳定，其温度数值要比普通柴油的平均温度低，在最大温度上也稍有不足，但是甲醇生物柴油中的氧元素含量较高，能够在一定程度上促进燃料的燃烧，并且对柴油机的热效率提升也是有着 较大帮助的，所以不会小型农用柴油机功率降低过多的问题，保证了柴油机实际使用的动力性能。
　　2 小型农用柴油机甲醇生物柴油排放特性
　　农用柴油机排放污染较高一直以来都是农业机械化生产中的重要问题，近年来通过技术上的改进，农用小型柴油机的排放性能有所改善，但是由于农业生产环境的特殊性，以及柴油燃烧的特点，致使在一定条件下，柴油机的排放仍然存在着较多的问题，因此目前多采用甲醇生物柴油作为替代燃料，希望可以在根本上解决农用柴油机排放污染严重的问题。柴油机排放的污染气体主要有NOx 、油烟等，还存在着少量的SOx 、HC以及CO等有害气体，此外就是引起温室效应的CO2。柴油燃烧在温度高、氧气足的情况下会产生较多的NOx，在高温低氧含量的情况下则会产生较多的油烟，因此柴油机缸内平均温度与氧气含量是产生NOX、油烟的关键控制点。通过实验以及相关仪器测得，在使用甲醇生物柴油并且缸内温度较高时，氧气含量比普通柴油要低，其主要是甲醇的雾化性能出色，加快了燃油混合气的形成，进而实现快速的扩散，增加了燃烧对氧气的消耗量。甲醇生物柴油燃烧的平均温度低和耗氧量高的综合条件下，在一定程度上抑制了NOx的形成。同时甲醇对生物柴油的稀释能力较强，避免燃料大部分粘贴在燃烧室底层，甲醇的添加还会增加发动机内部的含氧量，使燃烧缺氧问题得到解决，因此甲醇生物柴油在使用时所产生的油烟问题有效减少。此外，甲醇生物柴油燃料燃烧的更加完全，有效的减少HC以及CO等有害气体的排放。
　　3 结语
　　综上所述，甲醇生物柴油的混合燃料在发动机内燃烧的更彻底，并且具有良好的热传导效率，在根本上保证了小型农用柴油机的功率，使柴油机的动力性能有所改善。同时甲醇生物柴油的雾化性较强，氧含量充足，燃烧时不易产生油烟，并且其燃烧后发动机缸内的平均温度与氧分子体积分数都相对较低，对NOX的形成起到一定的限制作用。
　　参考文献：
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