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发展清洁可再生能源,对减轻我国石油对外的依赖,实现能源结构多元化,保障国家能源安全及实现“双碳”目标,促进我国经济社会的可持续发展,有着重要的长远意义和现实需求。正戊醇（n-pentanol）是一种清洁可再生燃料,可通过木质纤维或糖类作物制备,在广西等甘蔗产区原料丰富。但我国甘蔗产业发展过程中含糖类木质纤维废弃物没有得到充分利用,根据国内外相关研究动态,有希望妥善利用这些废弃物规模化生产正戊醇,以综合利用这些资源。近年来,随着生物酶工程领域的技术进步,戊醇类长链醇的生物转化率逐步提高,正戊醇燃料在经济性方面的优势正逐步显现,为其大规模应用展示了良好前景。正戊醇可与柴油任意比例互溶,从而能与柴油掺混形成混合燃料应用在柴油机上。本文采用模拟及试验研究方法,对0号柴油（记为D100）、柴油中掺混25%正戊醇的混合燃料（记为P25）、柴油中掺混50%正戊醇的混合燃料（记为P50）进行了对比研究,主要研究工作如下:（1）基于自制定容弹及自制控制器,采用高速摄影的方法,对纯柴油与正戊醇混合燃料（以下简称混合燃料）的喷雾特性进行了对比试验研究。研究表明,0号柴油油束前端出现薄雾较混合燃料多;与纯柴油相比,混合燃料贯穿距离明显缩短,喷雾锥角微增大,喷雾投影面积大幅缩小,P50的喷雾投影面积仅为纯柴油的42%。混合燃料有更好的喷雾蒸发混合特性。（2）基于正戊醇燃烧的详细机理,集成应用了DRGEP（Directed Relation Graph with Error Propagation）、SA（Sensitivity Analysis）、RPA（Reaction Path Analysis）和ROP（Rate Of Production）方法,建立了正戊醇燃烧的简化动力学机理。采用CFD计算程序耦合简化机理,进行了柴油及正戊醇混合燃料的缸内直喷燃烧和污染物生成的模拟计算。燃烧模拟计算结果表明,上止点后一定范围内,随着曲轴转角的增大,混合气浓度逐渐降低,缸内温度逐渐升高,NOx排放逐渐增多;在相同的曲轴转角下,纯柴油、P25与P50的缸内高温面积、混合气浓度、NOx及碳烟依次减小。正戊醇燃料相比柴油燃烧温度较低,缸内温度分布及当量比分布有较明显差异,NOx分布及碳烟分布显示了缸内污染物生成的部分片段,能够提供一定的分析依据。（3）采用一台2升排量的增压直喷柴油机,进行了柴油机燃用混合燃料的燃烧与排放试验研究。结果表明,无EGR（Exhaust Gas Recirculation）时,随正戊醇掺混比例增大,缸内最高压力和HC的比排放降低,NOx和CO比排放量增多。随着EGR率增大,混合燃料的发动机缸内压力和NOx比排放下降,CO比排放先波动后大幅增多,HC比排放呈现先下降后升高趋势,碳烟排放大幅降低且对EGR有较强的耐受性。相同负荷下,CO和HC比排放随着正戊醇掺混比例增大而增多。在高负荷下,混合燃料相比柴油,有较弱的NOx和碳烟排放的“trade-off”关系。低转速下,正戊醇掺混比例越高,混合燃料的放热率越大。随着转速提高,CO比排放呈现先减少后增大,HC和NOx比排放呈持续下降趋势,且随正戊醇掺混比例增大,HC和NOx比排放下降幅度越大。随着喷油压力升高,纯柴油的CO比排放呈现先减少后微增多趋势,而正戊醇混合燃料CO比排放则呈现持续降低趋势,纯柴油的HC比排放降低,正戊醇混合燃料HC比排放呈现先减少后增多趋势;随着喷射压力升高,NOx比排放呈现先快速增多后变缓的趋势。而在相同喷油压力下,混合燃料中正戊醇比例越大,NOx排放越多。柴油机燃用混合燃料,可以改善燃烧过程,降低颗粒物排放,但NOx排放有所增加。研究发现混合燃料的碳烟排放对EGR的敏感程度较低,即在EGR率增大时,混合燃料的碳烟排放增加不多,且随正戊醇掺混比例增大,其碳烟排放对EGR的耐受性越高。将EGR技术与正戊醇燃料的使用相结合,可以达到同时降低NOx和颗粒物排放的目的。（4）正戊醇的十六烷值为20左右,着火性能与柴油相比差距较大。基于燃料设计的理念,在上述研究的基础上,应用2-乙基己基硝酸酯作为十六烷值改进剂,在P50燃料中分别添加0.5%、1%、2%的2-乙基己基硝酸酯进行十六烷值改进（分别记为P50-E0.5%、P50-E1.0%和P50-E2%）,研究了不同EGR率下十六烷值改进剂对正戊醇混合燃料的燃烧过程、热效率和排放的影响。结果表明,在正戊醇混合燃料添加十六烷值改进剂,在低EGR率工况,对缸内压力与放热率影响较小,在高EGR率工况,可提高缸内压力,且压力峰值对应的曲轴转角提前;混合燃料添加十六烷值改进剂后,其滞燃期缩短,但对燃烧持续期影响不大;P50-E2%的滞燃期与使用纯柴油时相当,发动机最高燃烧温度比P50燃料高,但均低于燃用纯柴油时的最高燃烧温度。P50热效率比纯柴油低,P50-E0.5%和P50-E1.0%燃料在低EGR率工况的热效率比纯柴油高。与纯柴油相比,P50-E1.0%及P50-E2%燃料CO比排放降低,大EGR率工况下P50-E2%燃料HC比排放降低;在EGR率小于20%的工况,P50-E0.5%、P50-E1.0%和P50-E2%燃料的NOx比排放下降,EGR率为30%工况,添加十六烷值改进剂比例越高,NOx比排放越高;添加十六烷值改进剂比例增加,碳烟排放比P50稍增多,但全部工况下碳烟排放仍显著低于柴油,尤其在高EGR率下,仍基本保持了P50碳烟排放EGR高耐受性的特点。基于上述试验结果,在正戊醇混合燃料中添加1%的2-乙基己基硝酸酯十六烷值改进剂,可以得到燃油经济性及排放较佳的综合优化指标。研究表明,正戊醇混合燃料在柴油机上的应用,是有较佳的实用化前景和潜力的。在优化掺混比例,优化各种应用参数,改进十六烷值后,正戊醇燃料在动力性、经济性和排放特性方面可以基本达到实用化的条件。研究的数据和分析结果,也可以为继续深化研究正戊醇应用途径提供一定的研究依据。正戊醇混合燃料的应用,对甘蔗残渣等生物质转化为可再生含氧燃料的资源化综合利用,提供了一个良好途径。研究的数据和分析对此类后续深化探究亦有较大理论意义和实用价值。