生物柴油热重分析及柴油机试验研究.pdf

第42卷第2期
小型内燃机与摩托车
Vol 42 No. 2
2013年4月
SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLE
Apr.2013
生物柴油热重分析及柴油机试验研究
肖淑梅2孙平梅德清'张锐
(1-江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江2120132-扬州职业大学汽车与电气系)
摘要:利用热重分析仪在氮气及氧气气氛下,对生物柴油和0#栄油进行热分析,考查了样品的挥发热
解及氧化特性,并计算热分析特性参教。对两种燃料进行了柴油机台架对比试验,并对燃烧特性数据
行分析。结果表明:生物柴油有良好的替代性;生物柴油的燃烧性能更加优越,使用在柴油机上时,较为
提前的着火延迟期可以使柴油机工作柔和,不粗暴。热重法对燃籵蒸发性能的研究对发効机缸内雾化
蒸发和燃烧过程有着指导意义。
关键词:生物柴油热重分析台架试验柴油机
中图分类号:5216.4;F325.22文献标识码:A文章编号:1671-0630(2013)02-0007~-05
The Study on Thermo-gravimetric Analysis and
Diesel Engine Test of Biodiesel
Xiao Shumei'2, Sun Ping ,Mei Deging Zhang Rui
School of Automobile Engineering, Jiangsu University(Zhenjiang, Jiangsu, 212013, China
Deparlment of Aulomnobile and Electrical Engineering, Yangzhou Polytechnic College
Abstract The thermo-xraviunelric analyses of biodiesel and 0*diesel were carried out in N and O2 atmos-
phere. The volatility, pyrolysis and combustion characteristics were determined, and the parameters of the
Thermo- metric analysis were calculated. The two kinds of fuel were tested on engine test bench and the re
sults were analyzed. The results indicated that the biodiesel shows good substitutable significance; its combus-
tion is better: Earlier ignition delay makes diesc) engine work softly, not crudely. The thermo-gravimetric a-
nalysis methods on fuel evaporation performance have the guiding significance for spray mixing and burning
diesel
Keywords: Biodiesel, Thermo-gravimetric analyses, Bench test, Diesel engine
用已经得到了较大的发展。生物柴油所含的双键数目
在石油资源日益耗竭和油价不断攀升的今天,积少,分子中含氧量较高,含碳支链数目少或没有,使得
极寻求可再生的清浩替代能源,其有非常重大的意义。生物柴油有较好的燃烧特性。
生物柴油技术是近十年来新能源研制和开发的热点
日前对生物柴油能提高柴油机热效率,减少尾气
作为·种优质的代用燃料,生物柴油在柴油机上的应中烟尘颗粒、NO、CO和HC排放的特点已经达成共
本基会项目:国家自然科学基金资助项目(50976051);:扬州职业大学科研基金项国(11A07)
作者简介:肖淑梅(1975-),女、博士研究生、主要研究方向为发动机代用燃料及俳放控制
万方数据
小型内燃机与摩托车
第42卷
识,但因其组成的复杂性,生物柴油的物理化学特性及
其对发动机排放性能的影响机理尚未完全清楚,研究
方向限于发动机红内燃烧与排放测试。生物柴油在发
动机各冲程阶段的详细机理,尤其是早期的蒸发和热
解性能,尚少涉及。柴油机内燃料油膜很薄,峬展在壁
面上,受热近似均匀,升温迅速,实际情况非常接近热
重分析仪的状态和环境,所以,本硏究采用热重分析法
并结合AWL台架试验系统,比对一般市售石化柴油,
深入分析牛物柴油的蒸发、热解和其在柴油机内燃烧
图2 TGA/DSC1型热重分析仪炉体
的性能本质特征
1热重试验设备与方法
量过程中的热流变化规律。试验中天平室必须处于恒
温状态以保证信号的重复性,必须使用外接恒温浴槽。
试验采用了瑞士 MIETLER公同的 TGA/)SCI型
采用热重分析法对柴油机用燃油进行分析时,燃
热重分析仪。图1是其结构示意图。仪器包含大平
油样品质量仅为数毫克至数十毫克,在坩埚內以非常
室、加热炉(见图2)和仪器室三大装置,与终端智能显
薄的油膜形式存在。在柴油机冷起动工况,直喷柴油
示屏相连。系统内一台高精度的梅特勒一托利多天
机活塞顶表面的最大油膜厚度会大于200um2l。试
平,用来测量样品重量变化信号;热传感器直接安装在
验前,可以根据钳涡底面尺寸和燃油样品质量及密度
测量单元中,能同时提供差式扫描量热信号(DSC),澳
等参数,计算出油膜厚度,从而精确模拟一般冷启动工
测量线路单元
况下,燃油的蒸发和热解状态。试验过程中的升温速
检测器
率,能够精确控制在0.1℃/min至300C/min之间,多
显示系统
试样
项研究结果表明,100℃/min的加热速率与冷起动过
电热炉
程中活塞温度的升高速率相近似2],所以,试验中将
测温系统
采用100℃/min的加热速率。
程序控制单元
本试验采用的生物柴油原料为地沟油,经酯交换
反应处理后转化为脂眆酸甲酣,由恒顺达生物柴油有
气氛控制单元
限公司提供,其结构为R-COOR。石化柴油为中石
图1热重分析仪结构示意图
化市售0号柴油。两者的理化性质参数见表1。
表1柴油、生物柴油理化性质
密度(20℃)/运动粘度(40℃)ソ
汽化热
含氧量/「低热值
项目
沸点/℃
闪点/:「十六烷值
(mn2?s-)
(k?kg
(%)
檗油
0.82-0.86
3.4
180-370
88
45
42.5
生物柴油
0.896
4.97
262
410
12.1
8.3
2热重试验结果与分析
其中探发指数:V=「",燃烧指数:V
图3和图4分别为试验所得到的柴油和生物柴油
在不同气氛下的TG(失重)、DG(失重率)曲线,表2
M/dt)
??Wっ式中,(dMdr)m为样品的DTG曲线峰
为试验