含水乙醇乳化燃料高压喷雾燃烧时消烟作用的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51276115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Soot emissions in diesel engines can be greatly reduced through using aqueous ethanol emulsified fuels. However, the mechanism of the soot reduction is not well understood. The possible effects of aqueous ethanol addition are: 1)changes in the fuel physical properties including kinematic viscosity, surface tension,and distillation temperature may help to improve spray atomization, accelerarate droplet evaporation, and enhance mixture formation processes; 2)extended ignition delay allows more time for fuel-air mixing; 3) increased oxygenate component in the fuel helps to reduce soot emissions; 4) lowered flame temperature affacts soot formation and oxidation. In this study,the spray angle, spray tip penetration, and droplet size distribution of the non-evaporating and evaporating spray (both liquid and vapor phases)in a high-pressure, constant-volume vessel are studied by using marco/micro high speed imaging techniques. Further,a simplified model of spray mixture development based the law of momentum conservation is established and calibrated with the experimental data. Then, with the model the quantity of entrained ambient air and the fuel concentration distribution in the mixture are analyzed,and the physical effects of the aqueous ethanol addition are clarified. To understand the chemical effects of aqueous ethanol addition, experiments with spray combustion are conducted with the standard fuel (a mixture of hexadecane and 2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane) as baseline fuel and the aqueous ethanol as additives. To isolate the effects of extended ignition delay due to aqueous ethanol addition, the fuel ignitability is changed with varing the ratio of the two components in the standard fuel. Two-color method is employed to visualize the distributions of soot (KL factor) and flame temperature. Flame lift-off lengths of different fuels are characterized by imaging the OH radical distribution. Finally, combining the experimental resutls with the analysis based on reaction kinetics calcualtion for soot formation and oxidation, the effects of extended ignition delay, increased oxygenate coponents in the fuel, and the lowered flame temperature are clarified.The results of this study will provide important information for the fuel design and combustion system design when using aqueous ethanol emulsified fuels.
利用含水乙醇乳化燃料可以大幅降低柴油机碳烟排放,但其机理有待解明。含水乙醇乳化混入的影响有:燃料微观结构与粘度等物性的变化及"微爆"现象引起的液体射流雾化机理的改变对混合气形成特性的影响;燃料自着火性、含氧量等化学组分结构的变化对滞燃期、火炎温度等燃烧特性的影响;喷雾火炎几何形态的变化对碳烟的影响。本研究利用宏观与微观高速摄影技术,对定容容器内的非蒸发与蒸发喷雾气液两相的锥角、贯穿距及粒径分布进行系统地分析并建立简化数学模型,分析喷雾内卷入当量空气量分布,阐明含水乙醇混入的物理影响。采用标准燃料为基础燃料,通过改变其自着火性的策略灵活控制滞燃期,利用两色法测量火炎温度与碳烟浓度(KL值)的分布,结合反应动力学计算,阐明燃料化学组分结构的变化对碳烟的影响。最后,进行火炎lift-off特性分析,阐明喷雾火炎几何结构特征对碳烟特性的影响。本研究结果将为燃料设计及相关燃烧系统的设计提供重要信息。

结项摘要

在柴油机中燃用含水乙醇乳化燃料不仅可以提升生物乙醇全生命循环利用效率,还可以大幅降低柴油机氮氧化物与碳烟等有害物排放。然而,关于含水乙醇柴油乳化燃料喷雾燃烧特性的基础研究较少,特别是关于含水乙醇乳化燃料燃烧时消烟作用的机理方面还存在诸多疑点亟待阐明。本项目研究旨在利用多种光学测试技术研究含水乙醇柴油乳化燃料喷雾燃烧特性,阐明其消烟作用的机理。首先,课题组自主设计研制了预混合燃烧式高温高压定容燃烧容器并搭建了高压共轨燃油喷射系统;开发了含水乙醇柴油乳化燃料的稳定混合方法并对混合燃料的蒸馏特性、密度、动粘度,表面张力、十六烷值及含氧量等物理化学特性进行了实验测试与计算;利用高速阴影摄影技术对乳化燃料在不同喷射压力、不同环境密度、温度等惰性条件下非蒸发喷雾与蒸发喷雾锥角与贯穿距离等宏观特性进行了观测与分析;利用米氏散射技术测试了表征燃料液滴蒸发快慢的最大液相贯穿距离;最后,开发了基于黑体辐射理论的两色法并对其测试不确定性进行充分分析后,进行了不同氛围氧浓度条件下的喷雾燃烧实验,对含水乙醇柴油乳化燃料喷雾燃烧温度场与碳烟浓度(KL值)二维分布的时间演变特性进行了测试与分析。研究结果表明,虽然随着含水乙醇添加量的增加,乳化燃料密度、动粘度及表面张力等物性有一定变化,特别是蒸馏温度有显著降低,但是无论室温条件下的非蒸发喷雾还是高环境温度条件下的蒸发喷雾锥角与贯穿距离等宏观特性没有明显差异;而蒸发喷雾中表征蒸发快慢的最大液相贯穿距离显著增加,表明蒸发混合速率降低。然而,各氛围氧浓度下,随着含水乙醇量的增加,滞燃期明显增长,喷雾火焰中碳烟浓度显著降低。这些结果表明,含水乙醇乳化燃料消烟作用可主要归因于滞燃期的增长与燃料含氧量的增加。在本实验条件下,无论蒸发喷雾还是喷雾燃烧实验中都没能观测到具有说服力的“微爆”现象。分离滞燃期增长与含氧量增加的影响以及“微爆”现象的观测与证实需进一步研究。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
预燃式定容燃烧弹的研制与喷雾特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机电一体化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭涛;李铁;王斌;张小卿
  • 通讯作者:
    张小卿
柴油含水乙醇乳化燃料物性及喷雾燃烧特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内燃机工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭涛;王斌;石奇;何鹏飞
  • 通讯作者:
    何鹏飞
柴油蒸发喷雾液相贯穿距波动的量化分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    汽车工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李铁;张小卿;郭涛;石奇
  • 通讯作者:
    石奇
Characteristics of non-evaporating, evaporating and burning sprays of hydrous ethanol diesel emulsified fuels
含水乙醇柴油乳化燃料的非蒸发、蒸发和燃烧喷雾特性
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2016.11.070
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Bin Wang;Tao Guo;Qi Shi;Ming Zheng
  • 通讯作者:
    Ming Zheng
柴油-含水乙醇乳化燃料配制及理化特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    车用发动机
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛亮;李铁
  • 通讯作者:
    李铁

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其他文献

柴油机非蒸发喷雾相似性研究[
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    周昕毅;李铁
  • 通讯作者:
    李铁
香根草和马唐的根系特征及对坡地紫色土抗侵蚀性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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桥梁柔性对中低速磁浮车辆平曲线通过的影响
  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李苗;尚贤洪;李铁;陈晓昊;罗世辉;马卫华;雷成
  • 通讯作者:
    雷成
单根铜纳米线在超高悬空微动电极上的微滴定介电泳装配研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄超雷;曾鸿江;田孝军;刘杰;董再励;李铁;王跃林
  • 通讯作者:
    王跃林
miR-423-5p在牛肌肉组织中表达及其靶基因预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    浙江农业学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈雯;张伟伟;邵淑丽;付学鹏;黄鑫;李铁
  • 通讯作者:
    李铁

其他文献

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李铁的其他基金

高强化船舶柴油机喷雾火焰碰壁瞬时传热特性与仿真建模研究
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高强化船舶柴油机喷雾火焰碰壁瞬时传热特性与仿真建模研究
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  • 批准年份:
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  • 项目类别:
    面上项目
基于相似性理论的船舶柴油机比例模型实验关键问题研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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