替代燃料导热系数的实验研究

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随着人类对化石能源的过度依赖,全球能源危机日趋严峻。此外,在化石能源利用过程中,过度的可吸入颗粒物、温室气体等燃烧产物排放,造成了严重的环境污染和全球变暖。面对日益严重的能源危机和环境气候问题,开发替代燃料已成为目前研究的热点。生物柴油是新型环境友好型替代能源,其主要成分为碳数分布在C6~C24的长链脂肪酸酯,被认为是一种优质的替代燃料,国内外学者已经对其展开了广泛研究,是当前能源开发利用的重要方向。导热系数是燃料一个重要的热物理性质,对于热设计和内燃机优化来说是必不可少的,然而替代燃料生物柴油的导热系数相关研究还很稀少。本文工作的主要目的是为生物柴油作为绿色能源替代燃料的规模化应用以及其他热设计领域的深入研究,提供急需的导热系数数据和计算方程。利用瞬态单丝法导热系数实验系统,对替代燃料进行导热系数实验研究。本文取得的主要成果有:1.基于瞬态单丝法建立了一套测量液体导热系数的实验系统。在0.1MPa-15MPa压力范围内,300K-340K温度范围内,用标准物质纯水对该实验系统进行了检验,得到的实验值与文献参考值之间的最大相对偏差为-0.72%,平均绝对偏差为0.33%,结果表明本实验系统测量结果准确可靠,该系统可用于其他液体导热系数的测量。高压下液相导热系数实验系统的扩展不确定度小于2%(置信水平0.95),重复性好于±0.5%。2.在0.1MPa-15MPa压力范围内,272K-352K温度范围内,对壬酸甲酯、庚酸甲酯、己酸甲酯纯质的液相导热系数进行实验研究,并将导热系数拟合成关于温度和压力的方程,壬酸甲酯、庚酸甲酯和己酸甲酯导热系数的实验值与拟合方程的计算值最大相对偏差分别为-0.18%、0.12%和-0.07%,平均绝对偏差分别为0.06%、0.05%和0.02%。3.在0.1MPa压力下,292K-362K温度范围内,对癸酸甲酯、癸酸乙酯与正十二烷二元混合物的液相导热系数进行实验研究,并基于导热系数实验数据,优化改进用于计算二元混合物液相导热系数的三个经典方程,使其可以计算二元混合物在任意浓度配比下的导热系数。癸酸甲酯、癸酸乙酯与正十二烷二元混合物导热系数的实验值与改进后三个经典方程的计算值最大相对偏差分别为0.48%和-0.53%。4.在0.1MPa压力下,292K-362K温度范围内,对月桂酸乙酯与正丙醇、正丁醇、正戊醇二元混合物的液相导热系数进行实验研究,并基于导热系数实验数据,优化改进用于计算二元混合物液相导热系数的三个经典方程,月桂酸乙酯与正丙醇、正丁醇、正戊醇二元混合物导热系数的实验值与改进后三个经典方程的计算值最大相对偏差分别为-0.64%、-0.52%和0.35%。
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