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微乳化乙醇柴油熱物性的計算與分析
胡鵬 孫平 寧海強 梅德清
江蘇大學汽車與交通工程學院 中國鎮(zhèn)江
a hptmisme717@126.com
關鍵詞：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)動機其理化的性質和優(yōu)良的燃燒特性發(fā)掘這種燃料,使柴油發(fā)動機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)驗公式計算混合燃料的熱物理參數(shù)，包括比熱容、粘度、導熱系數(shù)和擴散系數(shù)以及溫度的影響，壓力和乙醇含量對初始混合燃料的情況進行了調查。結果表明，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)驗公式來計算這種混合燃料的熱物理參數(shù)。
介紹
由于石油價格的提高和環(huán)境問題，全世界極力推動柴油發(fā)動機尋找可再生燃料。最近，發(fā)展替代燃料，以滿足排放標準，減少對化石燃料的依賴已經(jīng)受到了人們足夠的重 [1 - 3]。特別是乙醇被認為是主要的替代燃料之一，因為它是一種可再生能源。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]。當微乳化柴油研究的應用程序在柴油發(fā)動機和其他燃燒設備上使用時,有必要考慮混合燃料的瞬時變化的熱物理參數(shù)與溫度和壓力。然而,從設計手冊獲得的復雜關系,尤其是span80等表面活性劑，需要確定溫度之間的關系、壓力和熱物理參數(shù)的關系。由于這些原因，本文以微乳化乙醇混合燃料，和使用經(jīng)驗公式計算混合燃料的熱物理參數(shù)，和環(huán)境溫度的影響,壓力和乙醇含量對初始混合燃料的影響為例。
準備微乳化乙醇混合燃料
在實驗的過程中,試劑包含柴油、乙醇和span80,必要的設備包含JJ-1固定時間電動攪拌機和JY 10001電子天平。
微乳化乙醇柴油混合燃料的制備過程包括以下步驟。起初,15克的柴油和3 g的span80混合在一個燒杯。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質量。
熱物理參數(shù)的計算
(1)蒸發(fā)焓的計算
首先,使用里德爾方法計算第i個物種在正常沸點[7]的蒸發(fā)焓。然后, 沃森提出了使用 △H和T的關系計算第i個物種在任何溫度下的蒸發(fā)焓。其數(shù)學表達式給出的方程(1)。
(1)
的臨界溫度,正常沸點的臨界溫度,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)學表達式為（2）
（2）
當?shù)趇個物種的蒸發(fā)焓計算方程式為 (2)時。混合燃料的蒸發(fā)焓的計算方法是基于以下方程。
（3）
的蒸發(fā)焓是第i個物種,是相應的摩爾分數(shù)的臨界溫度和臨界壓力,分別為正常沸點的比率到臨界溫度。
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,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)形成的熱量的計算
各種化合物的生成熱計算方便和分子結構之間的關系,分析了其能源債券在添加劑的方法。這種方法能夠計算的生成熱不尋常的標本,如表面活性劑、計算精度可以滿足工程要求。本文計算的生成熱span80能結合求和方法,結果顯示在表1。能生成熱計算柴油(C12H26)和乙醇的結合求和方法,或從設計手冊中獲得他們的價值觀。
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)液體比熱容的計算
首先,氣體可以根據(jù)Rihani和Doraiswamy[9]提出的方法來計算第i個物種的比熱容貢獻。這種方法可以用來計算各種類型的有機化合物的氣體比熱容。它的數(shù)學表達式為
（4）
是第i個類型的官能團數(shù)量。氣體的比熱容span80 的方法是由Rshari-Doraiswamy集團提出的，在表2中。氣體比熱容計算柴油(C12H26)和乙醇能力的方法是由Rihani-Doraiswamy集團提出的,還可以從設計手冊獲得他們的價值觀。他們的數(shù)學表達式為
(5-a)(5-b) (5-c)
然后用Sternling-Brown方程提出了Sternling Brownby計算液體比熱容的第i個物種。他們是基于以下方程計算
(6)
ω是偏心因子,是臨界溫度,創(chuàng)業(yè)的比率是正常沸點臨界溫度,和單位的比熱容是car/(mol?k)。
當?shù)趇個物種的液體比熱容計算為公式(6)時,液體混合物液體比熱容的計算基于以下方程
(7)
液體比熱容的第i個物種,和相應的摩爾分數(shù)。
通過方程式(4)、(6)和(7) 的組合,我們可以計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,更多的熱量被吸收相同質量的燃料蒸發(fā)時,這有利于減少汽缸溫度,可以降低氮氧化物的形成。
(4)液體導熱系數(shù)的計算
起初,通過第i個物種在任何溫度下液體的導熱系數(shù),給出了方程(8)。所以,混合燃料的液體導熱系數(shù)可以表示為公式(8)。
(8)
(9)
r是一個常數(shù),在工程計算中和等于1,是第i個物種的質量濃度。乙醇含量和溫度對液體導熱系數(shù)顯示在圖3。
如圖3所示,液體導熱系數(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)擴散系數(shù)的計算
使用富勒提出的方法,Schettler和吉丁斯第i個物種天然氣擴散系數(shù)的計算表達式為[10]
(11)
T是絕對溫度,p壓力和單位，, v是分子,它是通過原子擴散量的總和所有類型的官能團,的單位是厘米2 / s。根據(jù)公式(15),擴散系數(shù)的數(shù)學表達式柴油、乙醇和span80
(12)
在空氣中第i個物種的擴散系數(shù)計算與公式(15),平均擴散系數(shù)計算蒸汽的公式(17)。微乳化乙醇柴油在溫度和壓力對系數(shù)的影響，如圖4。
(13)
根據(jù)圖4可知, 蒸汽的平均擴散系數(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,圖2顯示蒸汽的平均擴散系數(shù)降低隨著環(huán)境的壓力上升。以擴散系數(shù)成反比的環(huán)境壓力,擴散系數(shù)減少與環(huán)境壓力的增加有關,這可以減少液滴蒸發(fā)的速率。
總結
使用engirical計算公式，熱物理參數(shù),包括蒸發(fā)焓、熱形成液體比熱容、液體導熱系數(shù)和擴散系數(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)驗公式用來計算微乳化乙醇柴油混合燃料的熱物理參數(shù)。
確認
這項研究是由中國國家自然科學基金資助下合同No.50976051和優(yōu)先級的學術程序開發(fā)江蘇高等Enduction機構(PAPD)和江蘇省研究生科研創(chuàng)新基礎(CXZZ 12 0675)和江蘇省汽車工程重點實驗室開放基金(NO.QC201102)。
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