在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，正丁醇作為一種極具潛力的可再生燃料，其在內(nèi)燃機中的應(yīng)用特性受到了廣泛關(guān)注。特別是在生物柴油與正丁醇組合應(yīng)用于先進燃燒模式的研究中，深入探究其著火及反應(yīng)區(qū)擴展特性，對于優(yōu)化燃燒過程、提高熱效率以及降低污染物排放具有重要意義。本文通過構(gòu)建燃燒反應(yīng)機理并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進行驗證，模擬研究了生物柴油噴入正丁醇-空氣預(yù)混合氣的著火及燃燒過程，分析了不同參數(shù)對燃燒特性的影響，為正丁醇在內(nèi)燃機中的高效清潔應(yīng)用提供了理論支持。

  一、正丁醇-生物柴油聯(lián)合燃燒反應(yīng)機理構(gòu)建與驗證

  《2025-2030年中國正丁醇行業(yè)發(fā)展趨勢分析與未來投資研究報告》基于生物柴油的真實組分，構(gòu)建了包含218個組分和856個反應(yīng)的聯(lián)合燃燒反應(yīng)機理，該機理整合了生物柴油和正丁醇的燃燒特性。通過與實驗數(shù)據(jù)對比驗證，該機理在不同工況下對油酸甲酯和正丁醇的著火延遲時間的預(yù)測與實驗值吻合良好，表明其具有較高的準(zhǔn)確性。此外，基于KIVA-4程序的模擬研究，修正后的定容燃燒室模型和噴油器參數(shù)設(shè)置，能夠有效模擬生物柴油的噴霧特性，包括液相和氣相貫穿距，以及在不同溫度條件下的火焰抬升長度和碳煙分布，進一步驗證了模型的可靠性。

  二、正丁醇-生物柴油燃燒過程中的缸內(nèi)初始溫度影響

  正丁醇行業(yè)分析提到缸內(nèi)初始溫度對生物柴油噴入正丁醇-空氣預(yù)混合氣的燃燒過程有著顯著影響。隨著缸內(nèi)初始溫度的升高，生物柴油的著火時刻逐漸提前，滯燃期縮短，火焰抬升長度減小，OH分布濃度增加，表明燃燒反應(yīng)更為劇烈。在850 K至900 K的溫度范圍內(nèi)，滯燃期從0.45 ms縮短至0.30 ms。此外，初始溫度的升高使得碳煙總量減少，而氮氧化物的生成量增加。具體而言，當(dāng)缸內(nèi)初始溫度為850 K時，碳煙生成量為4.22×10^-6 kg，而當(dāng)溫度升至900 K時，碳煙生成量降至2.53×10^-6 kg;相反，氮氧化物的生成量從6.31×10^-8 kg增加至1.94×10^-7 kg。

  三、正丁醇-生物柴油燃燒過程中的初始氧氣濃度影響

  初始氧氣濃度同樣對生物柴油噴入正丁醇-空氣預(yù)混合氣的燃燒過程起著關(guān)鍵作用。較高的初始氧氣濃度可以縮短滯燃期，減少火焰抬升長度，促進燃燒反應(yīng)的加快。當(dāng)初始氧氣摩爾分數(shù)從15%增加到21%時，滯燃期從0.75 ms大幅減少至0.45 ms。同時，較高的氧氣濃度能夠加強碳煙的氧化，導(dǎo)致其總量減少，而氮氧化物的生成量則顯著增加。在初始氧氣摩爾分數(shù)為15%時，碳煙生成量為4.77×10^-6 kg，而當(dāng)氧氣摩爾分數(shù)升至21%時，碳煙生成量降至4.22×10^-6 kg;氮氧化物的生成量則從2.11×10^-10 kg增加至6.31×10^-8 kg。

  四、正丁醇在內(nèi)燃機中的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)

  正丁醇作為一種可再生燃料，在內(nèi)燃機中的應(yīng)用展現(xiàn)出廣闊前景。其與生物柴油的組合不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較高的熱效率，還能有效降低主要污染物的排放。然而，正丁醇的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)，如在高載荷工況下對壓力振蕩的控制以及一氧化碳和未燃燒碳氫化合物的排放問題。通過優(yōu)化燃燒反應(yīng)機理和噴油策略，構(gòu)建更為復(fù)雜的混合氣分層結(jié)構(gòu)，有望進一步提升正丁醇在內(nèi)燃機中的應(yīng)用性能，拓展其穩(wěn)定運行的高載荷工況范圍，降低污染物排放，為實現(xiàn)內(nèi)燃機的低碳甚至凈零碳排放目標(biāo)提供有力支持。

  綜上所述，通過對生物柴油噴入正丁醇-空氣預(yù)混合氣的著火及反應(yīng)區(qū)擴展特性進行模擬研究，深入分析了缸內(nèi)初始溫度和初始氧氣濃度對燃燒過程的影響，揭示了正丁醇在內(nèi)燃機中的燃燒特性及其污染物排放規(guī)律。這些研究成果不僅為正丁醇在內(nèi)燃機中的高效清潔應(yīng)用提供了理論依據(jù)，也為進一步優(yōu)化燃燒過程、提高燃燒效率、降低污染物排放指明了方向，對于推動內(nèi)燃機行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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