1.1目的及意义

随着经济的发展，我国的能源需求增长迅猛，过去十年能源消费增长了54.6%，2017年能源消费31.32亿t油当量，占全球能源消费总量的23.2%，是全世界最大的能源消费国。然而我国的石油、天然气等优质能源短缺，对外依存度高，能源结构严重失衡。2017年,煤炭在全部能源消费中占比为60%,石油占19%,天然气占7%,非化石能源占14%。而且我国的石油主要依赖进口，且对进口依赖度高，近年来呈逐年增长趋势，威胁着国家的能源安全。经济继续发展，我国对石油进口的依赖程度还会增加。过分依赖国际市场，必然会对我国的经济发展造成不利的影响。同时，石油的进口额增长幅度大于石油的进口量增长幅度，致使我们运用国外资源的成本不断攀升。而且化石燃料的污染问题也是不可忽略的。化石燃料燃烧产生的NOX是造成臭氧层破坏的主要原因之一。研究结果表明臭氧浓度降低10%,地面紫外辐射强度将提高20%,皮肤癌患者的数量必将增加。目前大气中的NOX浓度每年正以0.2%~ 0.3%的速度增长,这必将导致臭氧层变薄。化石燃料燃烧排放的含碳气体CO2、CH4产生的温室效应也越来越严重，全球气候变暖受到关注。化石燃料的颗粒物排放也会造成大气颗粒物污染。

面对化石燃料的不断消耗以及由此带来的污染问题，人们开始日益重视具有可再生以及碳中性等特点的生物质替代燃料。2,5-二甲基呋喃（DMF）作为新型生物质燃料具有广泛的原料来源和适于发动机应用的理化特性，是一种极具潜力的内燃机替代燃料。通过对DMF/柴油混合燃料的燃烧及排放特性研究，了解DMF/柴油混合燃料的各种燃烧及排放特性，研究DMF作为替代燃料的最佳方式，来减少国家化石燃料的使用，维护国家的能源安全，能源的可持续发展，减少化石燃料带来的排放污染。这些就是本次研究的主要目的及意义。

并且DMF的来源广泛，不像乙醇是从粮食中制备，不能进行商业化生产。2007年，美国威斯康星大学的YuriyRomán-Leshkov等人在《自然》杂志上报告了利用相应的化学催化手段得到DMF的过程》。2010年，Mandan等人在《绿色化学》的报告中指出一种将葡糖糖经两步转化得到2,5-二甲基呋喃的方法。2011年，Feroz Kabir Kazi等人在《化学工程》中的文章中阐述了从果糖转化得到DMF的技术经济分析。文中指出原料可利用率，价格，低产量以及高的投资成本将会是今后DMF商业化需要解决的主要问题。以上所述方法代表了利用生物质来合成DMF燃料的进步，从与DMF结构相似的果糖出发合成DMF，再到从自然界中比果糖含量更丰富的葡萄糖出发合成DMF，最后到从非食粮生物质原料纤维素出发合成DMF，这些制取DMF的方法一旦实现工业化，就会为DMF在内燃机上广泛使用打下了广泛的基础。

1.2国内外研究现状

关于呋喃类燃料的研究从上世纪八十年代就开始了，早期的研究主要集中在DMF的热解方面。如今国内外关于DMF燃烧基础研究以及在发动机上的研究有了一些初步报道。在国内，最具有代表性的是西安交通大学的吴学松等人关于DMF燃烧的研究。他们利用定容燃烧弹和高速纹影法,系统地研究了不同燃空当量比,不同初始压力和不同温度下DMF-空气-稀释气的层流传播和燃烧特性,获得了拉伸和无拉伸火焰传播速率,无拉伸层流燃烧速率和马克斯坦长度,分析了火焰的不稳定性。在国外，英国伯明翰大学开展了一系列关于DMF的燃烧以及车用发动机上的适应性研究。其中田国弘等人率先在单缸直喷点火发动机上进行了实验,对比了DMF,乙醇和汽油的燃烧与排放情况,结果表明DMF相比乙醇具有一定的优势。Daniel等人在同一发动机上比较了不同点火时刻和不同负荷下这3种燃料的燃烧排放特性,其中指出DMF的爆震极限没有乙醇高,这一现象与DMF的高辛烷值不相符。由于尚无具体的DMF的燃烧机理,他们的结果很少涉及DMF的化学燃烧过程,难以对某些实验现象进行合理解释。

2. 研究的基本内容与方案

2.1目标

此次研究的主要目标是得到DMF/柴油混燃料在柴油机上进行压缩燃烧时其最佳的燃料混合比例和最佳的喷油策略。