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 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 ， 溫度和壓力。 由于這些原因 ， 這 些人 使用經驗公式計算混合燃料的熱物理參數 ， 包括比熱容、粘度、導熱系數和擴散系數 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驗公式來計算這種混合燃料的熱物理參數。 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 的關系 。由于這些原因 ， 本文以 微乳化乙醇 混合燃料 ， 和使用經驗公式計算混合燃料的熱物理參數 ， 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。根據公式 (1),在任何溫度下 ,它們的數學表達式 為（ 2） （ 2） 當第 i 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 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 Rihani和 Doraiswamy9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。它的數學表達式 為 （ 4） 是第 i 個類型的官能團數量。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) 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/(molk)。 當第 i 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。 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 已經呈現在圖 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 ,給出了方程 (8)。 所以 ,混合燃料的液體導熱系數可以表示為公式 (8)。 (8) (9) r 是一個常數 ,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顯示在圖 3。 如圖 3 所示 ,液體導熱系數的 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 公式 (15),擴散系數的數學表達式柴油、乙醇和 span80 (12) 在空氣中第 i 個物種的擴散系數計算與 公式 (15),平均擴散系數計算蒸汽的公式 (17)。 微乳化乙醇柴油在 溫度和壓力對系數的影響 ，如 圖 4。 (13) 根據圖 4 可知 , 蒸汽 的 平均擴散系數在附近液滴隨環(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 平均擴散系數降低 隨著 環(huán)境 的 壓力上升。 以 擴散系數成反比的環(huán)境壓力 ,擴散系數減少與環(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 ,包括蒸發(fā)焓、熱形成液體比熱容、液體導熱系數和擴散系數。 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 ,這些經驗公式用來計算 微乳化乙醇柴油 混合燃料 的 熱物理參數。 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)。 參考文獻 1Ping X,Mu Y,Yuan J,He H.Carbonyl emission from ethanol-eblended gasoline and biodieselee thancbediesel used in engines. Atmospheric Environment 2008,42:1349e58. 2Laguerta M, Armas O, GarciaeGontreras R. Stability of diesele bioetbanol blends for use in diesel engines Fuel,2007,86:135le7 3G.R.kannan,R.A nand. Experimental investigation on diesel engine with diestrolewater micro-emulsions Energy,2011:36: 1680-1687. 4He BQ,Wang JX,Yan XG.et al. Study on combustion and emission characteristic of diesel engines using ethanol blended diesed fuels C /SAE2003-02-0762,2003. 5CHIEN Hong,YAN Wen-sheng,SHEN Li zhong,et al. Study on Engine Performance with CLZ Micro-Emulsified Ethanol-Diesel BlendsJ.Chinese internal Combustion Engine Engineering,2011,32(2);74-78 6Chen Zhenbin,Ni Jimi,Ye Nianye, et al. Fuel economy and emi 一 ssions of ethanol-diesel Hends with different proportionsJ.Trans- actions of the CSAE, 2011,27(4): 164-169. 7Riedel l.Chem.Ing.Tech.,1954,26:679 8HuJun,Guo Ziru Estimation the Heat of Formation of Span-80 by Experience Additive MethosJ Coal Mine Blasting,2009,3:9-1 l. 9Rihani D N,Doriswamy L K. Estimate o