基于HACA理论研究柴油掺烧含氧燃料碳烟生成氧化的燃烧机制

The HACA evolution mechanism of soot can’t provide accurate guidance on the practice of particulate matters reduction by using oxygenated fuels in diesel engine，when blending liquid fuel with oxygenate fuels. In this project we will focus on verifying the effects of oxygenated fuels molecular structure on soot formation. In order to systematically investigate the mechanisms of the diesel and oxygenated blended fuels on soot formation and oxidation, advanced optical diagnostics, numerical simulation and engine bench test will be conducted. The main contents include: 1) On the basis of optical diagnosis of basic flames, HACA mechanism and oxygenated fuel combustion mechanism, the study about influence mechanisms of hydrocarbon structure of oxygenated fuel on soot formation by means of intermediate products of C3-C5 unsaturated hydrocarbons will be carried out. 2) Based on optical diagnostics, numerical simulation and oxygenous groups analysis, the general law of oxygen functional group of oxygenated fuels on soot formation will be studied. 3) Employing engine bench test, numerical simulation and experimental design, the influence mechanisms of chemical structural characteristics and physical parameters of oxygenated fuels on soot formation and PM emission will be investigated. This research has important theoretical significance on revealing the influence and mechanism of physical and chemical properties of oxygenated fuels on soot formation. In addition, it also has practical engineering guidance for seeking the oxygenated fuel contributed to soot reduction from a wide range of feedstock and physicochemical properties.

大分子液体燃料掺烧含氧燃料时，碳烟HACA演化机制不够准确，不能指导柴油机应用含氧燃料降低颗粒物实践。本项目拟研究不同含氧燃料结构对碳烟生成的影响，采用自发光诊断、激光诊断、柴油机台架等手段与数值模拟结合的方法，系统研究柴油掺烧含氧燃料影响碳烟生成氧化的机制。主要内容包括：1)在基础火焰的光学诊断和基于HACA机制以及含氧燃料燃烧机制的数值模拟等基础上，研究柴油替代燃料掺烧大分子含氧燃料后，含氧燃料碳氢结构通过C3~5等不饱和烃中间产物影响碳烟生成的机制。2)基于光学诊断、数值模拟和含氧基团分析，研究含氧燃料含氧官能团影响碳烟生成的一般规律。3)通过柴油机台架试验、数值模拟和实验设计，研究含氧燃料化学结构和物性参数影响碳烟生成和PM排放的机制。本研究对于揭示含氧燃料理化特性对碳烟生成的影响和作用机理有重要理论意义，对从广泛的原料和理化特性中寻找有利降低碳烟排放的含氧燃料有实际工程指导价值。

大分子液体燃料掺烧含氧燃料时，碳烟HACA演化机制不够准确，不能指导柴油机应用含氧燃料降低颗粒物实践。本项目拟研究不同含氧燃料结构对碳烟生成的影响，采用自发光诊断、激光诊断、柴油机台架和定容燃烧弹光学诊断等手段结合的方法，系统研究柴油掺烧含氧燃料影响碳烟生成氧化的机制。主要内容包括：1)在基础火焰的光学诊断和基于HACA机制以及含氧燃料燃烧机制的基础上，研究柴油替代燃料掺烧大分子含氧燃料后，含氧燃料碳氢结构通过C3~5等不饱和烃中间产物影响碳烟生成的机制。2)基于光学诊断和含氧基团分析，研究含氧燃料含氧官能团影响碳烟生成的一般规律。3)通过柴油机台架试验、定容燃烧弹光学诊断和实验设计，研究含氧燃料化学结构和物性参数影响碳烟生成和PM排放的机制。基础火焰光学诊断研究表明，不同含氧燃料通过影响C2、CH、CO2和不饱和烃生成，影响soot的生成，通过影响CH2O和OH生成，影响soot的氧化；不同不饱和烃中间产物影响PAH不同的增长过程，这是HACA机制的重要补充。综合柴油机台架和定容燃烧弹光学诊断、柴油机掺烧和双燃料模式应用含氧燃料的试验研究，看出燃料理化特性对雾化混合的作用主要为燃烧和NOx排放，对于soot和PM排放而言，燃料理化特性对雾化混合的作用仍然居于次要位置，soot和PM排放更依赖于不同含氧燃料通过HACA机制的作用。本研究对于揭示含氧燃料分子结构和理化特性对碳烟生成的影响和作用机理有重要理论意义，对从广泛的原料和理化特性中寻找有利降低碳烟排放的含氧燃料有实际工程指导价值。