摘 要

全球近年来汽车行业的大力发展，导致能源的不断消耗，还造成了严峻的环境污染和温室效应。因此，寻找一种新的清洁可再生能源迫在眉睫，这对改善空气质量与解决能源短缺问题都至关重要。2，5-二甲基呋喃（DMF）以其独有的理化特性，能较好的满足如今柴油机的需求，是一种很有前景的替代燃料。

本实验在一台共轨发动机上进行。燃料方面，在柴油中添加DMF来配置10%和30%质量分数的DMF-柴油混合燃料，相应记为D10和D30，再采用纯柴油进行对比分析。实验设定发动机转速恒定为1800rpm，负荷选择10%和30%两种工况，采用四种不同比例的EGR率（0、7%、13%、25%），探究废气再循环对不同比例DMF/柴油混合燃料的燃烧和排放特性的影响。最后还研究了EGR对三种燃料的碳烟颗粒物排放的影响。结果表明：同一负荷下，和柴油相比，混合燃料具有更长的滞燃期、较高的指示热效率和有效燃油消耗率；随着 EGR阀开度的增加，燃烧滞燃期延长，缸内最大压力和缸内温度降低，最大压力升高率升高，放热率峰值降低，热效率下降; 在EGR阀开度较大时，NO_X 排放急剧下降; 相反的HC和 CO 排放会增加。最后，在颗粒物方面，同种工况下，添加DMF会使得碳烟颗粒总数目下降。且随着EGR率的增加，三种燃料的颗粒平均直径增大，另外，实验发现，颗粒平均直径会随DMF比例的增加而增大。

关键词；2，5-二甲基呋喃；废气再循环；燃烧和排放特性；颗粒物

Abstract

Rapid development of the global automotive industry in recent years has led to the continuous depletion of energy and caused serious environmental pollution and greenhouse effect. Therefore, looking for a new clean renewable energy is imminent, which is essential to improve air quality and solve energy shortages problem. 2,5-dimethylfuran (DMF) with its unique physical and chemical properties, which can better meet the needs of today's diesel engine, is a promising alternative fuel.

The experiment was carried out on a common rail engine. In terms of fuel, DMF was added to the diesel to configure 10% and 30% by mass DMF-diesel blends, denoted as D10 and D30, and then compared with pure diesel. In the experiment, the engine speed was set at 1800rpm and the load was selected to 10% and 30%. Using four different proportions of EGR rates(0、7%、13%、25%) to explore the effects of EGR to different proportions of DMF-diesel fuel on combustion and emission performances. Finally, the effect of EGR on the emission of soot particulate matter was studied. The results indicated that under the same load, compared with diesel, the mixed fuel has a longer stagnation period, a higher indication of thermal efficiency and effective fuel consumption. With the increase of EGR opening degrees, the maximum pressure and temperature increased in the cylinder, the maximum pressure rise rate increased, the peak heat release rate decreased and the thermal efficiency decreased; when the EGR opening was large, the NO_X emission dropped sharply; the opposite HC and CO emissions would increase. Finally, in the case of particulate matter, the same conditions, the addition of DMF would make the total number of soot particles decreased. And the average diameter of the three kinds of fuel increased with the increase of EGR rate. In addition, it was found that the average diameter of particles increased with the increase of DMF ratio.

Key Words: 2,5-dimethylfuran; Exhaust gas recirculation; Combustion and emission performances; Particulates

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1 DMF的制备 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.2.3 国外研究现状 3

1.3主要研究内容 4

第2章 实验平台搭建和实验方案 5

2.1 实验平台 5

2.1.1 实验台架及仪器设备 5

2.1.2进排气系统及排气检测系统 7

2.1.3外部燃油供给系统 7

2.1.4测量与控制系统 8

2.2实验方案 9

2.3 本章小节 11

第3章 EGR对混合燃料燃烧及排放特性的影响 12

3.1燃料理化特性 12

3.2 燃烧特性分析 12

3.3燃油经济性分析 16

3.4 排放特性分析 18

3.5 本章小结 22

第4章 DMF/柴油混合燃料碳烟颗粒排放特性分析 24

4.1碳烟颗粒研究实验方案与条件 24

4.2 EGR对碳烟颗粒粒径及分布的影响 24

4.3本章小结 29

第5章 结论 30

5.1研究总结 30

5.2研究展望 31

参考文献 32

致谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

在这日益追求生活质量的时代，汽车在不知不觉之间已经俨然成为人们的生活必需品，它也的确为人们的出行带来了极大的便利，汽车保有量日益增加是一个必然的趋势。截止到2015年底，我国汽车总保有量达到了1.72亿辆，达历史最高水平，成为世界第二大汽车保有国，仅次于美国。2016年我国私家车数量达1.65亿辆，上升趋势明显。按这个趋势，汽车保有量将会持续增长。而在汽车越来越普及的同时，也带来了诸多问题。

第一就是能源安全问题。近些年来许多国内外的学者都对石油枯竭问题做了许多研究与预测，结果都表明到了2020年，世界石油资源将开始下降^[1]。汽车产业的快速发展，必定会加大对石油资源的开拓以及原油引进，这对全球能源发展是不利的。如何解决国家能源安全与民众对汽车的需求的矛盾，是我国社会经济发展中面临的一个难题。另一大问题就是化石燃料的燃烧排放造成的环境污染。汽车主要有害排放物有碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_X）、二氧化碳（CO₂）、一氧化碳（CO）、硫化物（SO₂、H₂S）、颗粒物（PM）以及非常规有害物质^[2]等。其中柴油机是颗粒物和氮氧化物的主要排放来源。这些有害尾气的排放对人们的健康是一种潜在的威胁。并且大量的温室气体如CO₂的排放加剧了温室效应。因此，人们在车用燃料及排放方面做了许多研究，具有可再生以及碳中性等特点的生物质替代燃料得到高度重视^[3]。近年来，一种新型燃料——2，5- 二甲基呋喃(2，5-dimethylfuran，DMF)浮出水面，这种新型燃料能有效降低HC和CO₂等气体排放，许多国内外的学者都对它进行了如火如荼的研究。不过，虽然DMF与传统燃料相比有诸多优点，它也增加了NO_X的排放。因此，在使用新型燃料的同时，结合废气再循环( EGR－Exhausted Gas Recirculation)技术显得至关重要，废气再循环技术目前在柴油机领域的减排技术方面应用十分广泛。它主要原理是把燃烧后的排气重新引入缸内，充分利用废气中的N₂和CO₂等气体来降低缸内温度，从而减少有害气体的排放，这其中主要是降低NO_X的排放。