动态光散射实验系统研制及脂肪酸酯类热扩散系数研究

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化石燃料日渐枯竭,环境污染日趋严峻。寻找新型可替代清洁能源对社会发展至关重要。生物柴油是一种清洁能源,来源广泛,燃烧污染物排放低,近年来在科学研究和工业应用方面均有较快发展。生物柴油的热物理性质是研究其燃烧和排放性能的重要基础,譬如,燃料的热扩散系数是研究其层流燃烧速度的重要参数。近年来,光散射法由于具有平衡态、非接触、绝对等优势,成为流体热扩散系数测量的重要方法。本文的主要工作是:搭建了动态光散射实验系统,并对其热扩散系数可靠性进行实验验证,随后采用动态光散射法研究了十种具有代表性的脂肪酸甲/乙酯的热扩散系数,并依据实验数据建立了关联模型;同时考虑到乙醇既可单独作为燃料,也可作为燃料添加剂以调整混合燃料的物性参数,因此本文还研究了乙醇与癸酸甲酯二元混合燃料的热扩散系数,并建立了该物理性质与温度和摩尔分数的关联模型。本文完成的主要研究工作如下:(1)搭建了动态光散射实验系统。该系统包含:散射光路、耐压实验本体、温度控制系统和数据采集系统等,并在实验系统中引入了多模光纤以代替光阑,有效减小动态光散射实验系统体积。利用参考流体正己烷和正十二烷对实验系统进行了验证,并分析了实验系统测量热扩散系数的不确定度。(2)利用搭建的动态光散射实验系统,研究了己酸甲酯、庚酸甲酯、辛酸甲酯、癸酸甲酯、月桂酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯等6种脂肪酸甲酯和4种脂肪酸乙酯的热扩散系数,温度范围为(303.15~473.15)K。将热扩散系数的实验数据关联为温度的三次多项式,以便于应用。(3)构建二元混合物,并利用动态光散射实验系统还研究了模型燃料乙醇/癸酸甲酯在不同配比下(0.2500、0.5000、0.7500)的热扩散系数,温度范围为(303.15~443.15)K,并将实验数据关联为摩尔分数和温度的三次多项式。
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